Name: Management von Atembewegungsartefakten in 18F-Fluorodeoxyglucose Positronen-Emissionstomographie mit einem Amplituden-basierten optimalen Respiratory Gating-Algorithmus (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-07-23T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 53 s
Description: Erfahren Sie, wie der amplitudenbasierte optimale Respiratory-Gating-Algorithmus Atembewegungsartefakte in 18F-FDG-PET-Bildern korrigiert. Diese Methode verbessert Bildqualität und diagnostische Genauigkeit für die klinische Patientenversorgung.

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Die Autoren danken Richard Raghoo für die Bereitstellung der PET-Bilder in Abbildung 1.

Alle Verfahren, an denen menschliche Teilnehmer beteiligt waren, entsprachen den ethischen Standards des internen Prüfungsausschusses (IRB) des Universitätsklinikums Radboud und der Erklärung von Helsinki von 1964 und ihren späteren Änderungen oder vergleichbaren ethischen Standards. Der ORG-Algorithmus ist ein herstellerspezifisches Produkt und ist für die Siemens Biograph mCT PET/CT Scanner-Familie und neuere PET/CT-Modelle verfügbar.
1. Patientenvorbereitung
<ol><li>Patienten-Anamnese<ol>
<li>Überprüfen Sie den Namen und das Geburtsdatum des Patienten. Inklusionskriterien ähneln routinemäßigen nicht-gated PET-Scans. Es sind keine zusätzlichen Ein- oder Ausschlusskriterien erforderlich.</li>
		<li>Überprüfen Sie das mit der Spritze gelieferte Etikett mit dem Radiotracer (Name, Geburtsdatum und Aktivitätsmenge). HINWEIS: Die Dem Patienten verabreichte Aktivitätsmenge hängt von der Körpermasse des Patienten ab und kann zwischen den Institutionen variieren (in diesem Protokoll wird eine Menge von 3,2 MBq/kg vorgeschlagen).</li>
		<li>Stellen Sie sicher, dass die klinischen Informationen auf dem Antragsformular korrekt sind, indem Sie den Patienten befragen. Fragen Sie den Patienten, ob es in letzter Zeit relevante Änderungen in der Behandlung oder Medikamente gab.</li>
		<li>Fragen Sie den Patienten, ob er Diabetes mellitus (DM) hat. Falls der Patient DM hat, fragen Sie, ob er oder sie eine geeignete Zubereitung befolgt hat (d. h. keine Verabreichung von kurz arbeitendem Insulin weniger als 4 Stunden vor dem PET-Scan oder die Verwendung von Blutzuckersenkenden (wie Metformin).</li>
		<li>Fragen Sie den Patienten, ob er Allergien hat oder Antikoagulanzien verwendet.</li>
		<li>Messen Sie den Blutzucker des Patienten, indem Sie einen Tropfen Blut anwenden, der durch Stechen der Fingerspitze des Patienten auf einem speziellen Teststreifen gewonnen wird (die Serumglukose sollte 11,0 mmol/L nicht überschreiten).</li>
		<li>Erklären Sie dem Patienten die Patientenvorbereitung und die bildgebenden Verfahren.</li>
	</ol></li>
	<li>Verwaltung des Radiotracers<ol>
<li>Sichern Sie venösen Zugang zum Patienten, indem Sie eine periphere venöse Kanüle in eine der antecubitalen Venen einsetzen.</li>
		<li>Befestigen Sie ein Drei-Wege-Stopp-Hahnsystem mit Luer-Sperre an einer 20 ml-Spritze mit Saline (dies ist die sekundäre Spritze).</li>
		<li>Spülen Sie das Drei-Wege-Stop-Hahn-System mit Saline (zum Zweck der Entlüftung).</li>
		<li>Befestigen Sie den Drei-Wege-Stopphahn mit Spritze am Ende der venösen Kanüle.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob die venöse Kanüle patentiert ist, indem Sie sorgfältig 10 ml Saline durch die Kanüle spülen (fragen Sie den Patienten, ob er irgendwelche Beschwerden während der Spülung hat).</li>
		<li>Befestigen Sie die Spritze mit dem Radiotracer (Primärspritze) am Drei-Wege-Stopphahn. Drehen Sie die Ventile des Drei-Wege-Stopphahns, so dass die Strömungsrichtung der Flüssigkeit durch das System von der Spritze mit dem Radiotracer bis zur peripheren venösen Kanüle verläuft. Verabreichen Sie den Radiotracer, indem Sie den Kolben der Spritze langsam drücken (die Spritze, die den Tracer enthält, wird in einen speziellen bleiabgeschirmten Behälter gelegt).</li>
		<li>Drehen Sie die Ventile des Drei-Wege-Stopphahns so, dass die Spritze, die Dies enthält, mit der Primärspritze (die den Radiotracer enthielt) verbunden ist, und spülen Sie die Spritze, um restliche Radiotracer aus der Spritze zu spülen.</li>
		<li>Drehen Sie die Ventile des Drei-Wege-Stopphahns und drücken Sie den Kolben der Primärspritze, um dem Patienten restliche Radiotracer zu verabreichen, die in der Spritze verbleiben.</li>
		<li>Wiederholen Sie Schritt 1.2.7. und 1.2.8. Dreimal.</li>
		<li>Drehen Sie den Drei-Wege-Stopp-Hahn (um einen Blutrückfluss aus der Vene des Patienten zu verhindern) und lösen Sie die primäre Spritze. Befestigen Sie eine dritte Spritze mit Furosemid, drehen Sie den Drei-Wege-Stopphahn erneut und verabreichen Sie 0,5 g/kg Furosemid (mit einer maximalen Menge von 10 mg), indem Sie den Kolben der Spritze drücken. Entfernen Sie die periphere venöse Kanüle und drücken Sie mit einem sterilen Verband auf die Punktionsstelle. Prüfen Sie, ob es keine signifikanten Blutungen und von der Punktionsstelle gibt, und fixieren Sie den Verband mit medizinischem Klebeband.</li>
	</ol></li>
	<li>Patienteninkubation<ol>
<li>Lassen Sie den Patienten 50 Minuten in einer bequemen Position ruhen, vorzugsweise in einem schwach beleuchteten Raum.</li>
		<li>Nach 50 Minuten weisen Sie den Patienten an, seine Blase zu leeren.</li>
		<li>Nach 55 Minuten begleiten Sie den Patienten zum Scanner und positionieren Sie den Patienten mit den Armen nach oben auf dem Scannerbett. Verwenden Sie geeignete Armunterstützung, um es so komfortabel wie möglich für den Patienten zu machen. Wenn der Patient nicht in der Lage ist, seine Arme zu heben, kann das Scannen mit der Armeposition neben dem Patienten durchgeführt werden.</li>
		<li>Beobachten Sie das Atemmuster des Patienten und sichern Sie den Atemgurt um den Brustkorb des Patienten (normalerweise ist die Position direkt unter dem Rippenkäfig optimal). Stellen Sie sicher, dass der Sensor an einer Stelle platziert wird, an der abdominale Wandexkursion nach der Sichtkontrolle identifiziert wird (in der Regel 5-7 cm von der Mittellinie entfernt). Sichern Sie den Gurt um den Patienten herum mit dem Velcro-basierten Schließsystem.</li>
		<li>Prüfen Sie auf dem Scanner-Display, ob das Atemsignal innerhalb der Grenzen des minimalen und maximalen Bereichs bleibt (wenn das Atemsignal den Gurt entsprechend schneidet, befestigen oder festzieht).</li>
		<li>Tipp: Stellen Sie sicher, dass der Gurt fest genug um die Brust des Patienten befestigt ist. Da die Patienten nach einiger Zeit in einen entspannteren Zustand eintreten, neigt das Atemsignal dazu, zu sinken (Baseline Drift des Signals). Dadurch wird verhindert, dass das Signal aus dem Rahmen fällt, wodurch eine hohe Qualität des Ersatzsignals erhalten bleibt, das für die Atmungsgating verwendet wird.</li>
		<li>Beginnen Sie mit dem Scannen nach 60 Minuten nach der Inkubationszeit.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Bildaufnahme und -rekonstruktion
<ol><li>Protokollauswahl<ol>
<li>Wählen Sie das Ganzkörperprotokoll auf dem Scanner aus. Dies kann geschehen, indem Sie den Cursor über die entsprechende Protokollkategorie bewegen (angezeigt durch die Kreise neben dem Patientensymbol in der Untersuchungskarte), und auf das entsprechende Protokoll klicken (Abbildung 3).</li>
		<li>Das ORG-Erfassungsprotokoll beginnt mit einem Scout-Scan (Topogramm) des Patienten. Um die Erfassung des Topogramms zu initiieren, drücken Sie die Starttaste des Scanners (gelbe rundumstehende Taste mit Strahlungszeichen) auf dem Scanner-Steuerkasten (Abbildung 4). Um die Erfassung des Topogramms zu stoppen oder abzubrechen, drücken Sie die Suspend- bzw. Stop-Taste.</li>
		<li>Planen Sie zunächst die PET-Bettpositionen auf dem Topogramm. Dies kann geschehen, indem Sie auf die linke Maustaste auf das Topogramm klicken und den Scanbereich festlegen.</li>
		<li>Wählen Sie die Bettpositionen aus, die für die Atembewegung korrigiert werden sollen (Abbildung 5). HINWEIS: Dies sind die "gated" Bettpositionen, die den Thorax bedecken. Die "gated" Bettpositionen werden im Listmode aufgezeichnet. Je nach klinischer Indikation können auch Bettpositionen, die den Oberbauch abdecken, abgezäut werden (z.B. wenn die Bildgebung für Leber- oder Bauchspeicheldrüsenläsionen angezeigt wird). Für die nicht-gated Bettpositionen ist es nur notwendig, die Sinogramme für die Bildrekonstruktion aufzuzeichnen.</li>
		<li>Stellen Sie die Bildaufnahmezeit für die PET-Bettpositionen ein (Abbildung 5). HINWEIS: Je nach Menge der injizierten Aktivität muss die Scandauer der nicht-gated Bettpositionen angepasst werden, um eine ausreichende Bildqualität zu erzielen. Zusätzlich wird die Aufnahmezeit der nicht-gated bett positionen in Kombination mit dem Duty Cycle, der für die Bildrekonstruktion der Gated Bettpositionen verwendet wird, die Aufnahmezeit der Gated Bettpositionen bestimmt. Bei einem Duty-Cycle von 35 % ergibt die Verlängerung des Scans um Faktor 3 ungefähr ähnliche Statistiken für Gated- und Non-Gated-Bettpositionen. Vorgeschlagenes Bildgebungsprotokoll am Radboud University Medical Center ist eine Aufzeichnungszeit für nicht-gated Bettpositionen von 2 Minuten, während für Gated Bettpositionen die Aufzeichnungszeit 6 Minuten mit einem Betriebszyklus von 35% beträgt.</li>
		<li>Nach dem Einrichten der Erfassungsparameter halten Sie die Starttaste (gelbe Rundtaste mit Strahlungszeichen) auf der Scanner-Steuerbox gedrückt und warten Sie, bis sich das Scannerbett wieder in die Startposition bewegt hat. Drücken Sie erneut die Starttaste, um einen niedrig dosierten CT-Scan vom Patienten (Kopf bis Fuß) zu erhalten. Drücken Sie nach dem Erwerb des CT-Scans die Starttaste, um den PET-Scan zu starten.</li>
		<li>Während der Bildaufnahme regelmäßig den Patienten und die Qualität des Atemsignals überprüfen (bei Bedarf den Atemgurt einstellen). HINWEIS: Die Einstellung des Gurtes sollte nur durchgeführt werden, wenn keine Atembettpositionen erfasst werden. Daher sollten Anpassungen vor oder nach dem Erwerb dieser Bettpositionen vorgenommen werden. Die Einstellung des Gurtes während der Erfassung der Gated-Bettposition wirkt sich auf die Qualität der ORG-Bilder aus. Eine sorgfältige Beobachtung des Atemsignals und eine mögliche Einstellung des Atemgurts vor der Erfassung der Gated Bettpositionen sind erforderlich, um einem signifikanten Grundabdriften des Signals während des PET-Scans entgegenzuwirken.</li>
	</ol></li>
	<li>Bildrekonstruktion<ol>
<li>Überprüfen Sie das erfasste Atemsignal und wählen Sie den geeigneten Betriebszyklus für die Gated-Bettpositionen aus (Abbildung 6). HINWEIS: Der Amplitudenbereich, der für die Atemungs-Gating verwendet wird, wird auf das Atemsignal überlagert). Prüfen Sie, ob es zu Inkonsistenzen oder Basisdriften im Atemsignal geht, die die Qualität des Atemgezobses beeinflussen können.</li>
		<li>Wählen Sie das für die Anzeige optimierte Bildrekonstruktionsprotokoll aus (Abbildung 7). Dies ist in der Regel ein hochauflösendes Bildrekonstruktionsprotokoll mit kleineren Voxelgrößen zur Erkennung kleiner Läsionen. Es ist wichtig zu erkennen, dass der ORG-Algorithmus den optimalen Amplitudenbereich unter Verwendung des gesamten Atemsignals der ausgewählten Bettpositionen berechnet. Obwohl unterschiedliche Arbeitszyklen für unterschiedliche Bettpositionen verwendet werden können (z. B. um ein unterschiedliches Atemsignal zu korrigieren), wird die Verwendung unterschiedlicher Arbeitszyklen für unterschiedliche Bettpositionen nicht empfohlen, da dies zu Abweichungen in der Bildqualität zwischen den verschiedenen Bettpositionen führen wird. HINWEIS: Hier ist ein Beispiel für die Bildrekonstruktion Spross en:<ul>
<li>Algorithmus: TrueX + TOF (UltraHD PET)</li>
			<li>Anzahl der Iterationen:3</li>
			<li>Anzahl der Teilmengen: 21</li>
			<li>Matrixgröße: 400 × 400</li>
			<li>Nach-Rekonstruktionsfilterung, Kernel (3D Gaußian), volle Breite halb maximal (FWHM): 3,0 mm</li>
			<li>Arbeitszyklus 35%</li>
		</ul>
</li>
		<li>Darüber hinaus rekonstruieren Sie die PET-Bilder mit einem Protokoll, das der Research4Life (EARL)-Initiative für quantitative PET-Bildgebung entspricht. Dabei handelt es sich in der Regel um Bilder mit niedrigerer Auflösung, bei denen eine spezifische Filterung nach der Rekonstruktion angewendet wird. HINWEIS: Hier ist ein Beispiel für die Bildrekonstruktion summieren Protokoll für die Bildquantifizierung:<ul>
<li>Algorithmus: TrueX + TOF (UltraHD PET)</li>
			<li>Anzahl der Iterationen: 3</li>
			<li>Anzahl der Teilmengen: 21</li>
			<li>Matrixgröße: 256</li>
			<li>Nach-Rekonstruktionsfilterung, Kernel (3D Gaußian), volle Breite halb maximal (FWHM): 8,0 mm</li>
			<li>Arbeitszyklus 35%</li>
		</ul>
</li>
		<li>Senden Sie die rekonstruierten Bilder an das PACS-Archiv. Die Bilder können nun vom Nuklearmediziner ausgewertet werden</li>
	</ol></li>
</ol>

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</ol>

Die Autoren erklären keinen Interessenkonflikt.

In der Nuklearmedizin sind die sich verschlechternden Wirkungen von Atemwegsartefakten in der PET-Bildgebung seit langem anerkannt. Es wurde in vielen Studien gezeigt, dass die verwischende Wirkung von Atembewegungsartefakten die Bildquantifizierung und Läsionsnachweisbarkeit erheblich beeinflussen kann. Obwohl mehrere Respiratierungsmethoden entwickelt wurden, wird die Atemgezerbisung derzeit in der klinischen Praxis nicht weit verbreitet. Dies ist insbesondere auf eine daraus resultierende variable Bildqualität, eine i...

Positronen-Emissionstomographie (PET) in Kombination mit Röntgen-Computertomographie (CT) ist ein weithin akzeptiertes bildgebendes Werkzeug in der klinischen Praxis zur genauen Diagnose und klinischen Inszenierung einer Vielzahl von Krankheiten1. Der Vorteil der PET-Bildgebung ist die Möglichkeit, eine Vielzahl biologischer Prozesse in vivo mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit zu visualisieren und zu quantifizieren2. Dies wird durch intravenöse Verabreichung einer radioaktiv markierten Verbindung, auch als Radiotracer bekannt, an den Patienten erreicht. Je nach verwendetem Radiotracer können Gewebemerkmale wie Glukosestoffwechsel, Zellproliferation, Hypoxiegrad, Aminosäuretransport und Expression von Proteinen und Rezeptoren visualisiert und quantifiziert werden2.
Obwohl mehrere Radiotracer entwickelt, validiert und in der klinischen Praxis verwendet wurden, ist das radioaktive Glukoseanalog 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG) der am weitesten verbreitete Radiotracer in der klinischen Praxis. Angesichts der Tatsache, dass sich FDG überwiegend in Zellen mit erhöhter glykolytischer Rate ansammelt (d. h. Zellen mit erhöhter Glukoseaufnahme und Umwandlung in Pyruvat zur Energieerzeugung), ist es möglich, Gewebe mit unterschiedlichen Stoffwechselzuständen zu unterscheiden. Ähnlich wie bei Glukose ist der erste Schritt der FDG-Aufnahme der Transport vom extrazellulären Raum über die Plasmamembran in den intrazellulären Raum, der durch Glukosetransporter (GLUT)3erleichtert wird. Sobald sich die FDG im intrazellulären Raum befindet, führt die Phosphorylierung durch Hexokinasen zur Erzeugung von FDG-6-Phosphat. Im Gegensatz zu Glucose-6-Phosphat kann FDG-6-Phosphat jedoch nicht in den Krebs-Zyklus eintreten, um eine weitere aerobe Dissimilation zu erhalten, da in der zweiten (2') Kohlenstoffposition keine Hydroxylgruppe (OH) besteht. Da die umgekehrte Reaktion, die Dephosphorylierung von FDG-6-Phosphat zurück zu FDG, in den meisten Geweben kaum vorkommt, wird das FDG-6-Phosphat intrazellulärgefangen 3. Daher hängt der Grad der FDG-Aufnahme von der Expression der GLUT (insbesondere GLUT1 und GLUT3) auf der Plasmamembran und der intrazellulären enzymatischen Aktivität von Hexokinasen ab. Das Konzept dieser kontinuierlichen Aufnahme und Eintäugung von FDG wird als metabolisches Fangen bezeichnet. Die Tatsache, dass fDG sich bevorzugt in Geweben mit erhöhter metabolischer Aktivität ansammelt, ist in Abbildung 1adargestellt, die die physiologische Verteilung von FDG bei einem Patienten zeigt. Dieses FDG-PET-Bild zeigt eine höhere Aufnahme in Herz-, Gehirn- und Lebergeweben, die unter normalen Bedingungen als metabolisch aktive Organe bekannt sind.
Die hohe Empfindlichkeit zum Nachweis von Unterschieden im Stoffwechselzustand von Geweben macht FDG zu einem ausgezeichneten Radiotracer zur Unterscheidung normaler Krankheiten, da ein veränderter Stoffwechsel ein wichtiges Kennzeichen für viele Krankheiten ist. Dies ist leicht in Abbildung 1bdargestellt, die ein FDG-PET-Bild eines Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC) im Stadium IV zeigt. Es gibt eine erhöhte Aufnahme im Primärtumor sowie bei metastasierenden Läsionen. Neben der Visualisierung spielt die Quantifizierung der Radiotracer-Aufnahme eine wichtige Rolle im klinischen Management von Patienten. Quantitative Indizes, die aus PET-Bildern abgeleitet werden, die den Grad der Radiotracer-Aufnahme widerspiegeln, wie der standardisierte Aufnahmewert (SUV), metabolische Volumina und die Gesamtläsionsglykolyse (TLG), können verwendet werden, um wichtige prognostische Informationen zu liefern und das Behandlungsverhalten für verschiedene Patientengruppen4,5,6zu messen. In dieser Hinsicht wird fDG-PET-Bildgebung zunehmend zur Personalisierung von Strahlentherapie und systemischer Behandlung bei onkologischen Patienten eingesetzt7. Darüber hinaus wurde die Verwendung von FDG-PET zur Überwachung der induzierten Toxizität akuter Behandlung, wie strahleninduzierte Ösophagitis8, Pneumonitis9 und systemische Entzündungsreaktionen10, beschrieben und liefert wichtige Informationen für bildgesteuerte Behandlungsentscheidungen.
Angesichts der wichtigen Rolle von PET für das klinische Management von Patienten ist Bildqualität und quantitative Genauigkeit wichtig, um Behandlungsentscheidungen auf der Grundlage von PET-Bildern angemessen zu leiten. Es gibt jedoch zahlreiche technische Faktoren, die die quantitative Genauigkeit von PET-Bildern beeinträchtigen können11. Ein wichtiger Faktor, der die Bildquantifizierung in PET erheblich beeinflussen kann, hängt mit den längeren Erfassungszeiten von PET im Vergleich zu anderen radiologischen Bildgebungsmodalitäten zusammen, in der Regel mehrere Minuten pro Bettposition. Infolgedessen werden die Patienten in der Regel angewiesen, während der PET-Bildgebung frei zu atmen. Das Ergebnis ist, dass PET-Bilder unter atembedingter Bewegung leiden, was zu einer erheblichen Verwischung der Organe im Thorax und Oberbauch führen kann. Diese atembedingte Bewegungsunschärfe kann eine angemessene Visualisierung und quantitative Genauigkeit der Radiotracer-Aufnahme erheblich beeinträchtigen, was das klinische Management von Patienten beeinflussen kann, wenn PET-Bilder für Diagnose und Inszenierung verwendet werden, die Zielvolumendefinition für Strahlenbehandlungsplanungsanwendungen und die Überwachung des Therapieverhaltens12.
Mehrere Atemgezerstwarten wurden entwickelt, um PET-Bilder für Atembewegungsartefakte zu korrigieren13. Diese Methoden können in prospektive, retrospektive und datengesteuerte Gating-Strategien kategorisiert werden. Prospektive und retrospektive Atemgezwitscher-Techniken beruhen in der Regel auf der Erfassung eines Atemersatzsignals während der PET-Bildgebung14. Diese Atemersatzsignale werden verwendet, um den Atemzyklus des Patienten zu verfolgen und zu überwachen. Beispiele für Atemschutzgeräte sind die Erkennung von Brustwandexkursionen mit Drucksensoren12 oder optischen Tracking-Systemen (z.B. Videokameras)15, Thermoelemente zur Messung der Temperatur der atemluft16und Spirometer zur Messung des Luftstroms und damit indirektdieSchätzung von Volumenänderungen in der Lunge des Patienten17.
Die Atemverzierung erfolgt dann in der Regel durch kontinuierliche und gleichzeitige Aufzeichnung eines Ersatzsignals (bezeichnet S(t)) mit den PET-Daten während der Bildaufnahme. Mit dem erworbenen Ersatzsignal können PET-Daten ausgewählt werden, die einer bestimmten Atemphase oder einem Amplitudenbereich (Amplituden-basiertes Gating) entsprechen,12,13,18. Phasenbasiertes Gating erfolgt, indem jeder Atemzyklus in eine feste Anzahl von Toren unterteilt wird, wie in Abbildung 2adargestellt. Die Atemverzierung erfolgt dann durch Auswahl der Daten, die in einer bestimmten Phase während des Atemzyklus des Patienten erfasst wurden, um für die Bildrekonstruktion verwendet zu werden. In ähnlicher Weise beruht amplitudenbasiertes Gating auf der Definition eines Amplitudenbereichs des Atemsignals, wie in Abbildung 2bdargestellt. Wenn der Wert des Atemsignals innerhalb des eingestellten Amplitudenbereichs liegt, werden die entsprechenden PET-Listenmodusdaten für die Bildrekonstruktion verwendet. Bei retrospektiven Gating-Ansätzen werden alle Daten gesammelt und die PET-Daten nach der Bildaufnahme erneut eingeteilt. Obwohl prospektive Atmungs-Gating-Methoden die gleichen Konzepte wie retrospektive Gating-Ansätze für die Wiedereinlösung von PET-Daten verwenden, basieren diese Methoden auf der prospektiven Erfassung von Daten während der Bildaufnahme. Wenn eine ausreichende Menge an PET-Daten gesammelt wird, wird die Bildaufnahme abgeschlossen. Die Schwierigkeit solcher prospektiven und retrospektiven Gating-Ansätze besteht darin, eine akzeptable Bildqualität aufrechtzuerhalten, ohne die Bildaufnahmezeiten bei unregelmäßiger Atmung signifikant zu verlängern13. In diesem Zusammenhang sind phasenbasierte Respiratationsmethoden besonders empfindlich gegenüber unregelmäßigen Atemmustern13,19, bei denen erhebliche Mengen an PET-Daten aufgrund der Ablehnung unangemessener Auslöser verworfen werden können, was zu einer erheblichen Verringerung der Bildqualität oder einer inakzeptablen Verlängerung der Bildaufnahmezeit führt. Darüber hinaus kann bei der Annahme unangemessener Auslöser die Leistungsfähigkeit des Atemggating-Algorithmus und damit die Wirksamkeit der Bewegungsabstoßung aus den PET-Bildern reduziert werden, da Atemtore in verschiedenen Phasen des Atemzyklus definiert werden, wie in Abbildung 2adargestellt. Tatsächlich wurde berichtet, dass amplitudenbasiertes Atemgezerstäubensungssystem stabiler ist als phasenbasierte Ansätze bei Unregelmäßigkeiten im Atemsignal13. Obwohl amplitudenbasierte Respiratationsalgorithmen bei unregelmäßigen Atemfrequenzen robuster sind, sind diese Algorithmen empfindlicher gegenüber dem Basisdriften des Atemsignals. Das Driften des Ausgangssignals kann aus zahlreichen Gründen auftreten, wenn sich die Muskelspannung des Patienten (d. h. der Übergang eines Patienten in einen entspannteren Zustand während der Bildaufnahme) oder Atemmusteränderungen ergeben. Um ein solches Grundabdriften des Signals zu verhindern, ist darauf zu achten, dass Tracking-Sensoren sicher am Patienten befestigt werden und die Atemsignalatmung regelmäßig überwacht wird.
Obwohl diese Probleme bekannt sind, erlauben herkömmliche Atemregelalgorithmen nur eine begrenzte Kontrolle über die Bildqualität und erfordern in der Regel eine signifikante Verlängerung der Bildaufnahmezeit oder erhöhte Mengen an Radiotracer, die dem Patienten verabreicht werden. Diese Faktoren führten zu einer begrenzten Anwendung solcher Protokolle in die klinische Routine. Um diese Probleme im Zusammenhang mit der variablen Qualität der Atemschutzaufnahmen zu umgehen, wurde eine spezifische Art von Amplituden-basiertem Gating-Algorithmus, auch bekannt als optimale Spiratierung (ORG), vorgeschlagen18. Die Atemverzierung mit ORG ermöglicht es dem Benutzer, die Bildqualität der Atemschutzbilder anzugeben, indem er einen Arbeitszyklus als Eingabe für den Algorithmus bereitstellt. Der Betriebszyklus ist definiert als Prozentsatz der erfassten PET-Listenmodusdaten, die für die Bildrekonstruktion verwendet werden. Im Gegensatz zu vielen anderen Atemregelalgorithmen ermöglicht dieses Konzept dem Anwender, die Bildqualität der rekonstruierten PET-Bilder direkt zu bestimmen. Basierend auf dem angegebenen Betriebszyklus wird ein optimaler Amplitudenbereich berechnet, der die spezifischen Eigenschaften des gesamten Atemersatzsignals berücksichtigt18. Der optimale Amplitudenbereich für einen bestimmten Betriebszyklus wird berechnet, indem mit einer Auswahl verschiedener Werte für die untere Amplitudengrenze (L) des Atemsignals begonnen wird. Für jede ausgewählte Untergrenze wird die obere Amplitudengrenze (U) so angepasst, dass die Summe der ausgewählten PET-Daten, definiert als Daten, die erfasst werden, wenn das Atemsignal in den Amplitudenbereich (L<S(t)<U fällt), dem angegebenen Tastzyklus entspricht. Bei einem Betriebszyklus von 50 % und sechs Minuten erworbener PET-Listenmodusdaten wird der Amplitudenbereich an drei Minuten (50 %) angepasst. PET-Daten. Der optimale Amplitudenbereich (W) ist definiert als der kleinste Amplitudenbereich für Atemleiter, der noch die erforderliche Menge an PET-Daten (d. h. ArgMax([U-L])) enthält, wie in Abbildung 2c12dargestellt. Durch die Angabe des Zollzyklus macht der Benutzer also einen Kompromiss zwischen der Geräuschmenge und dem Grad der Restbewegung, der sich in den ORG PET-Bildern befindet. Die Senkung des Zollzyklus erhöht die Geräuschmenge, aber dies wird auch die Menge der Restbewegung in den PET-Bildern reduzieren (und umgekehrt). Obwohl die Konzepte und Wirkungen von ORG in früheren Berichten beschrieben wurden, besteht der Zweck dieses Manuskripts darin, Ärzten Details zu den spezifischen Protokollen bei der Verwendung von ORG in der klinischen Praxis zu liefern. Daher wird die Verwendung von ORG in einem klinischen Bildgebungsprotokoll beschrieben. Es werden verschiedene praktische Aspekte zur Verfügung gestellt, darunter Patientenvorbereitung, Bildaufnahme und Rekonstruktionsprotokolle. Darüber hinaus wird das Manuskript die Benutzeroberfläche der ORG-Software und spezifische Entscheidungen abdecken, die bei der Durchführung von Atemgebungsarbeiten während der PET-Bildgebung getroffen werden können. Schließlich werden die Auswirkungen von ORG auf die Lesionsnachweisbarkeit und Bildquantifizierung, wie in früheren Studien gezeigt, diskutiert.

<table><tbody><tr><td>Sensoranschluss, Sensor, Blackbox, Wellendeck, Gummiband, Wägezellensensor (Komplettset)</td><td>Anzai Medical Co.</td><td>Beatmungssystem AZ-733V</td><td>http://www.anzai-med.co.jp/en/product/item/az733v</td></tr></tbody></table>

management von atembewegungsartefakten in 18f-fluorodeoxyglucose positronen-emissionstomographie mit einem amplituden-basierten optimalen respiratory gating-algorithmus

Management of Respiratory Motion Artefacts in 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography using an Amplitude-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm

Die Positronen-Emissionstomographie (PET) in Kombination mit der Röntgen-Computertomographie (CT) ist eine wichtige molekulare Bildgebungsplattform, die für eine genaue Diagnose und klinische Inszenierung einer Vielzahl von Krankheiten erforderlich ist. Der Vorteil der PET-Bildgebung ist die Fähigkeit, eine Vielzahl biologischer Prozesse in vivo mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit zu visualisieren und zu quantifizieren. Es gibt jedoch mehrere Faktoren, die die Bildqualität und die quantitative Genauigkeit von PET-Bildern bestimmen. Einer der wichtigsten Faktoren, die die Bildqualität in der PET-Bildgebung des Thorax und des Oberbauchs beeinflussen, ist die Atembewegung, was zu einer atmungsinduzierten Bewegungsverwischung anatomischer Strukturen führt. Die Korrektur dieser Artefakte ist erforderlich, um eine optimale Bildqualität und quantitative Genauigkeit von PET-Bildern zu gewährleisten.
Es wurden mehrere Atemleitertechniken entwickelt, die in der Regel auf der Erfassung eines Atemsignals gleichzeitig mit PET-Daten beruhen. Basierend auf dem erfassten Atemsignal werden PET-Daten für die Rekonstruktion eines bewegungsfreien Bildes ausgewählt. Obwohl diese Methoden gezeigt haben, dass sie Atembewegungsartefakte effektiv aus PET-Bildern entfernen, hängt die Leistung von der Qualität des erfassten Atemsignals ab. In dieser Studie wird die Verwendung eines amplitudenbasierten optimalen Respirator-Gating(ORG)-Algorithmus diskutiert. Im Gegensatz zu vielen anderen Atemregelalgorithmen erlaubt ORG dem Benutzer die Kontrolle über die Bildqualität im Vergleich zur Menge der abgelehnten Bewegung in den rekonstruierten PET-Bildern. Dies wird erreicht, indem ein optimaler Amplitudenbereich basierend auf dem erfassten Ersatzsignal und einem benutzerdefinierten Betriebszyklus (der Prozentsatz der PET-Daten, die für die Bildrekonstruktion verwendet werden) berechnet wird. Der optimale Amplitudenbereich ist definiert als der kleinste Amplitudenbereich, der noch die für die Bildrekonstruktion erforderliche PET-Datenmenge enthält. Es wurde gezeigt, dass ORG zu einer effektiven Entfernung von atmungsinduzierter Bildunschärfe in der PET-Bildgebung des Thorax und des Oberbauchs führt, was zu einer verbesserten Bildqualität und quantitativen Genauigkeit führt.

Die Verwendung von ORG in PET führt zu einer allgemeinen Verringerung der atembedingten Verwischung der Bilder. Zum Beispiel führte ORG in einer klinischen Bewertung von Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC) zum Nachweis von mehr Lungenläsionen und hilar/mediastinalen Lymphknoten20. Dies zeigt sich leicht in Abbildung 8 und Abbildung 9, die nicht-gated und ORG PET Bilder von Patienten mit NSCLC zeigen.
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Amplitudenbasiertes optimales Atemgewirr (ORG) entfernt effektiv ateminduzierte Bewegungsunschärfe aus klinischen 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG) Positronen-Emissionstomographie (PET)-Bildern. Die Korrektur von FDG-PET-Bildern für diese Atembewegungsartefakte verbessert die Bildqualität, diagnosende und quantitative Genauigkeit. Die Entfernung von Atemwegsartefakten ist wichtig für ein angemessenes klinisches Management von Patienten mit PET.

Management von Atembewegungsartefakten in 18F-Fluorodeoxyglucose Positronen-Emissionstomographie mit einem Amplituden-basierten optimalen Respiratory Gating-Algorithmus

Positron emission tomography (PET) combined with X-ray computed tomography (CT) is an important molecular imaging platform that is required for accurate ...

Die sich verschlechternden Auswirkungen von Atembewegungsartefakten in der PET/CT-Bildgebung sind seit langem anerkannt. Optimale Spiratierung ist eine Methode, mit der PET/CT-Bilder für diese Bewegungsartefakte korrigiert werden. Die Aufrechterhaltung einer ausreichenden Bildqualität ist für die meisten Atemregelalgorithmen problematisch.Der optimale Atemgating-Algorithmus ermöglicht es dem Anwender, eine ausreichende Bildqualität zu pflegen und zu definieren. Atembewegungsartefakte können die Bildqualität und die quantitative Genauigkeit erheblich beeinflussen. Daher ist die Entfernung dieser Artefakte aus PET-Bildern wichtig, um die diagnostische Genauigkeit und die Fähigkeit zur Überwachung der Behandlungsreaktionen zu verbessern.Demonstriert wird das Verfahren von Jurrian, einem leitenden Technologen am Department of Radiology and Nuclear Medicine. Vor der Verwaltung des Radiotracers. Es ist wichtig, den Blutzucker des Patienten zu messen.Nach der Erläuterung der Vorbereitungs- und Bildgebungsverfahren für den Patienten, legen Sie eine periphere venöse Kanüle in eine der antekubitalen Venen des Patienten ein und befestigen Sie ein Drei-Wege-Stoppcock-System mit einem Köderschloss an einer 20-Milliliter-Spritze aus Saline. Entlüfigen Sie den Hahn mit Deraline und befestigen Sie den Stoppschnepfe an der venösen Kanüle. Überprüfen Sie die Durchgängigkeit der Kanüle mit 10 Milliliter naline, und befestigen Sie die Spritze mit dem Radiotracer an der Drei-Wege-Hahn.Drehen Sie dann die Ventile des Drei-Wege-Stopphahns so, dass die Richtung der Flüssigkeit von der Spritze mit dem Radiotracer zur peripheren venösen Kanüle fließt. Die Spritze wurde in einen speziellen Wolfram-geschirmten Behälter gelegt. Um den Radiotracer zu verabreichen, drücken Sie den Spritzenkolben des Behälters langsam ab.Wenn der gesamte Tracer geliefert wurde. Drehen Sie die Ventile des Hahns so, dass die Spritze, die die Saline enthält, mit der Radiotracerspritze verbunden ist, und spülen Sie die Spritze, um restliche Radiotracer innerhalb der Spritze in der Saline zu erfassen. Drehen Sie dann die Ventile des Hahns und liefern Sie die Herz-Mittelspülung mit Restradiotracer an den Patienten.Nachdem die letzte Waschung von Radiotracer verabreicht worden war, entfernen Sie die Radiotracer-Spritze. Und liefern Sie 0,5 Milligramm pro Kilogramm Furosemid durch die venöse Kanüle. Nachdem das Furosemid abgegeben wurde, lassen Sie den Patienten 50 Minuten in einer bequemen Position ruhen, bevor er den Patienten bittet, seine Blase zu leeren.Nach 55 Minuten den Patienten zum Scanner begleiten und den Patienten in der Hinternposition mit den Armen auf dem Scannerbett liegen lassen. Verwenden Sie geeignete Armunterstützung, um den Patienten so komfortabel wie möglich zu machen. Und beobachten Sie das Atmungsmuster des Patienten.Sichern Sie den Atemgurt um den Brustkorb oder den Oberbauch des Patienten mit dem Sensor, der so platziert ist, dass der Bauchwandausflug nach einer Sichtkontrolle identifiziert werden kann. Verwenden Sie dann das Haken- und Schleifenverschlusssystem, um den Gurt um den Patienten herum zu sichern, und überprüfen Sie das Scanner-Display, um zu bestätigen, dass das Atemsignal innerhalb der Grenzen des minimalen und maximalen Bereichs bleibt. Wählen Sie 60 Minuten nach der Registrierung des Patienten das Ganzkörperprotokoll auf dem Scanner aus und klicken Sie auf das optimale Gated Acquisition-Protokoll.Verschieben Sie die Scannertabelle an die richtige Position für die Erfassung des Topogramms. Um die Erfassung des Topogramms zu initiieren, drücken Sie die Starttaste des Scanners in der Scanner-Steuerbox und klicken Sie auf die linke Maustaste auf dem Topogramm, um den Scanbereich festzulegen. Dann erhalten Sie einen niedrig dosierten CT-Scan des Patienten.Als Nächstes stellen Sie die PET-Bettposition ein, die für die Atembewegung korrigiert werden soll, und legen Sie die Bildaufnahmezeit für die Bettpositionen fest. Wenn die Erfassungsparameter eingegeben wurden, halten Sie die Bewegungstaste so lange, bis das Scannerbett wieder in die Startposition verschoben wurde, und drücken Sie erneut den Start, um den PET-Scan zu starten. Während der Erfassung, überprüfen Sie regelmäßig den Patienten und die Qualität des Atemsignals.Bestätigen Sie am Ende des Scans, dass das Atemsignal erfasst wurde, und starten Sie die Scanrekonstruktion. Die Verwendung optimaler Gating in PET-Bildern führt zu einer allgemeinen Reduktion der atembedingten Verwischung der Bilder. In einer klinischen Bewertung von Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkrebs führte beispielsweise eine optimale Verzahnung zum Nachweis von mehr Lungenläsionen sowie hilar- und mediastinalen Lymphknoten.Diese Unterschiede können einen wichtigen Einfluss auf das Patientenmanagement haben, insbesondere bei nicht-kleinzelligen Lungenkrebspatienten mit frühen Krankheitsstadien. Ein wichtiger Vorteil des optimalen Atemregelalgorithmus ist, dass die Bildqualität vom Anwender bestimmt werden kann. In dieser Abbildung können zwei unterschiedliche optimal getorte PET- und nicht-gated PET-Bilder mit unterschiedlicher statistischer Qualität beobachtet werden.Während die statistische Qualität des optimal getorten PET-Bildes mit einem Betriebszyklus von 35% rekonstruiert wird und das nicht gated äquivalente Bild konstant bleibt. Der Kompromiss zwischen Bildrauschen und der Menge der Bewegungsabstoßung aus den Haustierbildern wird durch den Zollzyklus bestimmt. Obwohl die Bildqualität bei Verwendung des optimalen Atemgating-Algorithmus erhalten bleibt, ist eine angemessene Positionierung des Gurtes vor dem Scannen wichtig, um ein hochwertiges Atemsignal zu erhalten.

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Management von Atembewegungsartefakten in ¹⁸F-Fluorodeoxyglucose Positronen-Emissionstomographie mit einem Amplituden-basierten optimalen Respiratory Gating-Algorithmus

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