Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Beheer van Respiratory Motion Artefacten in 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography met behulp van een Amplitude-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm

5.6K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/60258

⸱

23 juli 2020

 ,  ,  , 
1Department of Radiology, Leiden University Medical Centre, 2Department of Radiology and Nuclear Medicine, Radboud University Medical Centre

In dit artikel

Samenvatting

Amplitude-gebaseerde optimale ademhalingsgating (ORG) verwijdert effectief ademhalingsvervaging uit klinische 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) positron emissietomografie (PET) beelden. Correctie van FDG-PET-beelden voor deze ademhalingsbewegingsartefacten verbetert de beeldkwaliteit, diagnostische en kwantitatieve nauwkeurigheid. Verwijdering van respiratoire bewegingsvoorwerpen is belangrijk voor een adequate klinische behandeling van patiënten die PET gebruiken.

Samenvatting

Positron emissietomografie (PET) in combinatie met röntgentomografie (CT) is een belangrijk moleculair beeldvormingsplatform dat nodig is voor een nauwkeurige diagnose en klinische enscenering van een verscheidenheid aan ziekten. Het voordeel van PET-beeldvorming is de mogelijkheid om een groot aantal biologische processen in vivo te visualiseren en te kwantificeren met een hoge gevoeligheid en nauwkeurigheid. Er zijn echter meerdere factoren die de beeldkwaliteit en kwantitatieve nauwkeurigheid van PET-afbeeldingen bepalen. Een van de belangrijkste factoren die de beeldkwaliteit in PET-beeldvorming van de thorax en bovenbuik beïnvloeden, is ademhalingsbeweging, wat resulteert in respiratie-geïnduceerde bewegingsvervaging van anatomische structuren. Correctie van deze artefacten is vereist voor het bieden van een optimale beeldkwaliteit en kwantitatieve nauwkeurigheid van PET-beelden.

Er zijn verschillende ademhalingsgatingstechnieken ontwikkeld, die doorgaans afhankelijk zijn van de verwerving van een ademhalingssignaal gelijktijdig met PET-gegevens. Op basis van het verkregen ademhalingssignaal worden PET-gegevens geselecteerd voor reconstructie van een bewegingsvrij beeld. Hoewel is aangetoond dat deze methoden ademhalingsbewegingsartefacten effectief uit PET-beelden verwijderen, is de prestatie afhankelijk van de kwaliteit van het ademhalingssignaal dat wordt verkregen. In deze studie wordt het gebruik van een amplitude-based optimal respiratory gating (ORG) algoritme besproken. In tegenstelling tot veel andere ademhalingsgating algoritmen, ORG laat de gebruiker om controle over de beeldkwaliteit ten opzichte van de hoeveelheid afgewezen beweging in de gereconstrueerde PET-beelden hebben. Dit wordt bereikt door een optimaal amplitudebereik te berekenen op basis van het verworven surrogaatsignaal en een door de gebruiker gespecificeerde taakcyclus (het percentage PET-gegevens dat wordt gebruikt voor beeldreconstructie). Het optimale amplitudebereik wordt gedefinieerd als het kleinste amplitudebereik dat nog steeds de hoeveelheid PET-gegevens bevat die nodig is voor beeldreconstructie. Het werd aangetoond dat ORG resulteert in een effectieve verwijdering van respiratie-geïnduceerde beeldvervaging in PET-beeldvorming van de thorax en bovenbuik, wat resulteert in een betere beeldkwaliteit en kwantitatieve nauwkeurigheid.

Inleiding

Positron Emission Tomography (PET) in combinatie met röntgengeïsfluïdeerografie (CT) is een algemeen aanvaard beeldvormingsinstrument in de klinische praktijk voor nauwkeurige diagnose en klinische enscenering van een verscheidenheid aan ziekten1. Het voordeel van PET-beeldvorming is de mogelijkheid om een groot aantal biologische processen in vivo te visualiseren en te kwantificeren met een hoge gevoeligheid en nauwkeurigheid2. Dit wordt bereikt door intraveneus het toedienen van een radioactief geëtiketteerde verbinding, ook wel bekend als een radiotracer, aan de patiënt. Afhankelijk van de radiotracer die wordt gebruikt, kunnen weefselkenmerken zoals glucosemetabolisme, cellulaire proliferatie, mate van hypoxie, aminozuurtransport en expressie van eiwitten en receptoren worden gevisualiseerd en gekwantificeerd2.

Hoewel verschillende radiotracers zijn ontwikkeld, gevalideerd en gebruikt in de klinische praktijk, is de radioactieve glucoseanaloog 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) de meest gebruikte radiotracer in de klinische praktijk. Gezien het feit dat FDG zich voornamelijk ophoopt in cellen met een verhoogd glycolytisch tempo (d.w.z. cellen met verhoogde glucoseopname en conversie naar pyruvaat voor energieproductie), is het mogelijk om weefsels met verschillende metabolische toestanden te onderscheiden. Vergelijkbaar met glucose, de eerste stap van FDG opname is het vervoer van de extra cellulaire ruimte over het plasmamembraan naar de intra-cellulaire ruimte, die wordt vergemakkelijkt door glucose transporters (GLUT)3. Zodra de FDG zich in de intracellulaire ruimte bevindt, zal fosforylatie door hexokinasen resulteren in de productie van FDG-6-fosfaat. In tegenstelling tot glucose-6-fosfaat kan FDG-6-fosfaat echter niet in de Krebs-cyclus terechtkomen voor verdere aërobe dissimitatie als gevolg van de afwezigheid van een hydroxylgroep (OH) in de tweede (2') koolstofpositie. Gezien het feit dat de omgekeerde reactie, de dephosfolatie van FDG-6-fosfaat terug naar FDG, nauwelijks voorkomt in de meeste weefsels, wordt de FDG-6-fosfaat intracellulair gevangen3. Daarom is de mate van fdg-opname afhankelijk van de expressie van de GLUT (met name GLUT1 en GLUT3) op het plasmamembraan en de intracellulaire enzymatische activiteit van hexokinasen. Het concept van deze continue opname en overvulling van FDG wordt aangeduid als metabole vang. Het feit dat FDG zich bij voorkeur ophoopt in weefsels met een verhoogde metabolische activiteit wordt weergegeven in figuur 1a, waaruit de fysiologische verdeling van FDG bij een patiënt blijkt. Deze FDG-PET beeld toont een hogere opname in hart,hersenen, en leverweefsels, waarvan bekend is dat metabolisch actieve organen onder normale omstandigheden.

De hoge gevoeligheid voor het opsporen van verschillen in de metabole toestand van weefsels maakt FDG een uitstekende radiotracer voor het discrimineren van normaal van zieke weefsels, gezien het feit dat een veranderd metabolisme een belangrijk kenmerk is voor veel ziekten. Dit is gemakkelijk afgebeeld in figuur 1b, met een FDG-PET beeld van een patiënt met stadium IV niet-kleincellige longkanker (NSCLC). Er is een verhoogde opname in de primaire tumor en in gemetastaste laesies. Naast visualisatie speelt kwantificering van de opname van radiotracer een belangrijke rol in het klinisch beheer van patiënten. Kwantitatieve indices die zijn afgeleid van PET-beelden die de mate van opname van radiotracer weerspiegelen, zoals de gestandaardiseerde opnamewaarde (SUV), metabolische volumes en totale laesieglycolyse (TLG), kunnen worden gebruikt om belangrijke prognostische informatie te verstrekken en de behandelingsrespons voor verschillende patiëntengroepen4,5,6te meten . In dit verband wordt FDG-PET-beeldvorming steeds vaker gebruikt om radiotherapie en systemische behandeling bij oncologische patiënten te personaliseren7. Bovendien is het gebruik van FDG-PET voor het monitoren van acute behandeling geïnduceerde toxiciteit, zoals straling geïnduceerde sofagitis8, pneumonitis9 en systemische ontstekingsreacties10, beschreven en biedt het belangrijke informatie voor het nemen van beeldgestuurde behandelingsbeslissingen.

Gezien de belangrijke rol van PET voor klinisch management van patiënten, is beeldkwaliteit en kwantitatieve nauwkeurigheid belangrijk voor het adequaat begeleiden van behandelingsbeslissingen op basis van PET-beelden. Er zijn echter tal van technische factoren die kwantitatieve nauwkeurigheid van PET-afbeeldingen in gevaar kunnen brengen11. Een belangrijke factor die de beeldkwantificering in PET aanzienlijk kan beïnvloeden, is gerelateerd aan de langere acquisitietijden van PET in vergelijking met andere radiologische beeldvormingsmodaliteiten, meestal enkele minuten per bedpositie. Als gevolg hiervan worden patiënten meestal geïnstrueerd om vrij adem te halen tijdens PET-beeldvorming. Het resultaat is dat PET-beelden last hebben van ademhalingsbeweging, wat kan leiden tot aanzienlijke vervaging van organen in de thorax en bovenbuik. Deze door de luchtwegen veroorzaakte bewegingsvervaging kan een aanzienlijke aantasting van adequate visualisatie en kwantitatieve nauwkeurigheid van de opname van radiotracer aanzienlijk aantasten, wat van invloed kan zijn op het klinisch beheer van patiënten bij het gebruik van PET-beelden voor diagnose en enscenering, doelvolumedefinitie voor toepassingen voor het plannen van stralingsbehandeling en monitoring van therapierespons12.

Verschillende ademhalingsgating methoden zijn ontwikkeld in een poging om PET-beelden te corrigeren voor ademhalingsbeweging artefacten13. Deze methoden kunnen worden onderverdeeld in prospectieve, retrospectieve en datagestuurde gatingstrategieën. Prospectieve en retrospectieve ademhalingsgatingstechnieken zijn doorgaans afhankelijk van de verwerving van een surrogaatsignaal tijdens PET-beeldvorming14. Deze ademhalings surrogaat signalen worden gebruikt om te volgen en toezicht op de patiënt ademhalingscyclus. Voorbeelden van ademhalingsvolgapparatuur zijn detectie van borstwandexcursie met behulp van druksensoren12 of optische volgsystemen (bijvoorbeeld videocamera's)15, thermokoppels om de temperatuur van ademlucht16te meten , en spirometers om de luchtstroom te meten en daardoor indirect volumeveranderingen in de longen van de patiënt te schatten17.

Ademhalingsgating wordt dan meestal bereikt door continu en gelijktijdig een surrogaatsignaal (aangewezen S(t)) op te nemen, met de PET-gegevens tijdens het verkrijgen van het beeld. Met behulp van het verkregen surrogaatsignaal kunnen PET-gegevens worden geselecteerd die overeenkomen met een bepaalde ademhalingsfase of amplitudebereik (amplitude-based gating)12,13,18. Fasegebonden gating wordt uitgevoerd door elke ademhalingscyclus te verdelen in een vast aantal poorten, zoals afgebeeld in figuur 2a. Ademhalingsgating wordt vervolgens uitgevoerd door gegevens te selecteren die in een bepaalde fase tijdens de ademhalingscyclus van de patiënt zijn verkregen om te worden gebruikt voor beeldreconstructie. Op dezelfde manier is op amplitude gebaseerde gating gebaseerd op het definiëren van een amplitudebereik van het ademhalingssignaal, zoals blijkt uit figuur 2b. Wanneer de waarde van het ademhalingssignaal binnen het ingestelde amplitudebereik valt, worden de bijbehorende PET-listmodegegevens gebruikt voor beeldreconstructie. Voor retrospectieve gating-benaderingen worden alle gegevens verzameld en wordt het opnieuw binning van de PET-gegevens uitgevoerd na het verkrijgen van afbeeldingen. Hoewel toekomstige ademhalingsgatingsmethoden dezelfde concepten gebruiken als retrospectieve gating-benaderingen voor het opnieuw binning van PET-gegevens, zijn deze methoden afhankelijk van het prospectief verzamelen van gegevens tijdens het verwerven van afbeeldingen. Wanneer voldoende PET-gegevens worden verzameld, wordt de beeldverwerving afgerond. De moeilijkheid van dergelijke prospectieve en retrospectieve gating benaderingen is het handhaven van aanvaardbare beeldkwaliteit zonder aanzienlijke verlenging van beeld verwerving tijden wanneer onregelmatige ademhaling optreedt13. In dit verband zijn op fases gebaseerde ademhalingsgatingsmethoden bijzonder gevoelig voor onregelmatige ademhalingspatronen13,19, waarbij aanzienlijke hoeveelheden PET-gegevens kunnen worden weggegooid als gevolg van afwijzing van ongepaste triggers, wat resulteert in een aanzienlijke vermindering van de beeldkwaliteit of een onaanvaardbare verlenging van de beeldverwervingstijd. Bovendien, wanneer ongepaste triggers worden geaccepteerd, de prestaties van de ademhaling gating algoritme en daardoor de effectiviteit van de beweging afwijzing van de PET-beelden kan worden verminderd als gevolg van het feit dat ademhalingspoorten worden gedefinieerd in verschillende fasen van de ademhalingscyclus, zoals afgebeeld in figuur 2a. Er is namelijk gemeld dat op amplitudes gebaseerde ademhalingsgating stabieler is dan fasegebaseerde benaderingen in geval van onregelmatigheden in het ademhalingssignaal13. Hoewel amplitude-gebaseerde ademhaling gating algoritmen zijn robuuster in de aanwezigheid van onregelmatige ademhalingsfrequenties, deze algoritmen zijn gevoeliger voor baseline drifting van de luchtwegen signaal. Drifting van het basislijnsignaal kan optreden als gevolg van tal van redenen wanneer de spierspanning van de patiënt (d.w.z. de overgang van een patiënt in een meer ontspannen toestand tijdens het verkrijgen van het beeld) of ademhalingspatroon verandert. Om te voorkomen dat een dergelijk uitgangsspoor van het signaal afdrijft, moet ervoor worden gezorgd dat de volgsensoren veilig aan de patiënt worden bevestigd en dat het ademhalingssignaal regelmatig wordt gecontroleerd.

Hoewel deze problemen bekend zijn, traditionele ademhaling gating algoritmen staan slechts beperkte controle over de beeldkwaliteit en vereisen meestal een aanzienlijke verlenging van de beeldverwerving tijd of verhoogde hoeveelheden radiotracer worden toegediend aan de patiënt. Deze factoren resulteerden in beperkte goedkeuring van dergelijke protocollen in klinische routine. Om deze problemen in verband met de variabele kwaliteit van de ademhalingsgated beelden te omzeilen , is een specifiek type op amplitude gebaseerd gating-algoritme, ook wel optimale ademhalingsgating (ORG) genoemd, voorgesteld18. Respiratory gating met ORG stelt de gebruiker in staat om de beeldkwaliteit van de ademhalingsbeelden te specificeren door een taakcyclus te leveren als input voor het algoritme. De taakcyclus wordt gedefinieerd als een percentage van de verkregen PET-lijstmodusgegevens die worden gebruikt voor beeldreconstructie. In tegenstelling tot veel andere ademhalingsgating algoritmen, dit concept stelt de gebruiker in staat om direct te bepalen beeldkwaliteit van de gereconstrueerde PET-beelden. Op basis van de gespecificeerde taakcyclus wordt een optimaal amplitudebereik berekend, waarbij rekening wordt gehouden met de specifieke kenmerken van het gehele ademhalingss surrogaatsignaal18. Het optimale amplitudebereik voor een specifieke taakcyclus wordt berekend door te beginnen met een selectie van verschillende waarden voor de lagere amplitudelimiet, aangewezen (L), van het ademhalingssignaal. Voor elke geselecteerde ondergrens wordt de bovengrens van de amplitude, aangeduid (U), zodanig aangepast dat de som van de geselecteerde PET-gegevens, gedefinieerd als gegevens die zijn verkregen wanneer het ademhalingssignaal binnen het amplitudebereik valt (LU-L])), zoals afgebeeld in figuur 2c12. Door de taakcyclus te specificeren, maakt de gebruiker dus een afweging tussen de hoeveelheid ruis en de mate van resterende beweging die zich in de PET-beelden van de ORGANISATIE begeeft. Het verlagen van de duty-cyclus zal de hoeveelheid ruis verhogen, maar dit zal ook de hoeveelheid resterende beweging in de PET-beelden verminderen (en vice versa). Hoewel de concepten en effecten van ORG zijn beschreven in eerdere rapporten, het doel van dit manuscript is om clinici te voorzien van details over de specifieke protocollen bij het gebruik van ORG in de klinische praktijk. Daarom wordt het gebruik van ORG in een klinisch beeldvormingsprotocol beschreven. Er zullen verschillende praktische aspecten worden geboden, waaronder patiëntvoorbereiding, beeldverwerving en reconstructieprotocollen. Verder zal het manuscript betrekking hebben op de gebruikersinterface van de ORG-software en specifieke keuzes die kunnen worden gemaakt bij het uitvoeren van ademhalingsgating tijdens PET-beeldvorming. Ten slotte wordt het effect van ORG op laesie detecteerbaarheid en beeldkwantificering besproken, zoals blijkt uit eerdere studies.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Alle procedures waarbij menselijke deelnemers betrokken waren, waren in overeenstemming met de ethische normen van de interne toetsingscommissie (IRB) van het Radboud universitair medisch centrum en met de verklaring van Helsinki van 1964 en de latere wijzigingen of vergelijkbare ethische normen. Het ORG-algoritme is een leveranciersspecifiek product en is beschikbaar op de Siemens Biograph mCT PET/CT-scannerfamilie en nieuwere PET/CT-modellen.

1. Voorbereiding van de patiënt

  1. Patiënt anamnese
    1. Controleer de naam en geboortedatum van de patiënt. Inclusiecriteria zijn vergelijkbaar met routinematige niet-gated PET-scans. Er zijn geen aanvullende in- of uitsluitingscriteria vereist.
    2. Controleer het etiket geleverd met de spuit met de radiotracer (naam, geboortedatum en hoeveelheid activiteit).
      OPMERKING: De hoeveelheid activiteit die aan de patiënt wordt toegediend, is afhankelijk van de lichaamsmassa van de patiënt en kan variëren tussen instellingen (in dit protocol wordt een bedrag van 3,2 MBq/kg voorgesteld).
    3. Zorg ervoor dat de klinische informatie op het aanvraagformulier correct is door de patiënt te interviewen. Vraag de patiënt of er recente relevante veranderingen in de behandeling of medicatie.
    4. Vraag de patiënt of hij of zij diabetes mellitus (DM) heeft. In het geval dat de patiënt DM heeft, vraag dan of hij of zij de juiste voorbereiding heeft gevolgd (d.w.z. geen toediening van kortwerkende insuline minder dan 4 uur voorafgaand aan de PET-scan, of het gebruik van bloedglucoseverlagende middelen (zoals metformine).
    5. Vraag de patiënt of hij of zij allergieën heeft of antistollingsmiddelen gebruikt.
    6. Meet de bloedglucose van de patiënt door een druppel bloed toe te passen die is verkregen door de zijkant van de vingertop van de patiënt te prikken op een speciale teststrip (de serumglucose mag niet meer dan 11,0 mmol/L bedragen).
    7. Leg de voorbereidings- en beeldvormingsprocedures van de patiënt aan de patiënt uit.
  2. Administratie van de radiotracer
    1. Beveilig veneuze toegang tot de patiënt door het inbrengen van een perifere veneuze canule in een van de antecubital aderen.
    2. Bevestig een drieweg stop pik systeem met Luer slot aan een 20 mL spuit met zout (dit is de secundaire spuit).
    3. Spoel de drie weg stop pik systeem met zout (met het oog op deaeratie).
    4. Bevestig de drie weg stop pik met spuit aan het einde van de veneuze canule.
    5. Controleer of de veneuze canule patent is door zorgvuldig 10 mL zout door de canule te spoelen (vraag de patiënt of hij of zij klachten heeft tijdens het spoelen).
    6. Bevestig de spuit met de radiotracer (primaire spuit) aan de drieweg stop pik. Draai de kleppen van de drie weg stop pik, zodat de stroomrichting van vloeistof door het systeem loopt van de spuit met de radiotracer naar de perifere veneuze canule. Beheer de radiotracer door langzaam de zuiger van de spuit te duwen (de spuit met de tracer wordt in een speciale loodschilde container geplaatst).
    7. Draai de kleppen van de drieweg stophaan zodanig dat de spuit met zoutoplossing is aangesloten op de primaire spuit (die de radiotracer bevatte) en spoel de spuit door om eventuele resterende radiotracer uit de spuit te spoelen.
    8. Draai de kleppen van de drieweg stophaan en duw de zuiger van de primaire spuit om eventuele resterende radiotracer die in de spuit blijft aan de patiënt toe te dienen.
    9. Herhaal stap 1.2.7. en 1.2.8. drie keer.
    10. Draai de drieweg stop pik (om terugstroom van bloed uit de ader van de patiënt te voorkomen) en los de primaire spuit. Bevestig een derde spuit met furosemide, draai de drieweg stop pik opnieuw en toedien 0,5 g/kg furosemide (met een maximale hoeveelheid van 10 mg) door de zuiger van de spuit te duwen. Verwijder de perifere veneuze canule en druk uit te oefenen op de punctieplaats met behulp van een steriel verband. Controleer of er geen significante bloedingen en van de punctieplaats en bevestig het verband met behulp van medische tape.
  3. Incubatie van patiënten
    1. Laat de patiënt 50 minuten rusten in een comfortabele positie, bij voorkeur in een slecht verlichte ruimte.
    2. Na 50 minuten, instrueer de patiënt om hun blaas ongeldig te maken.
    3. Begeleid de patiënt na 55 minuten naar de scanner en plaats de patiënt met de armen omhoog op het scannerbed. Gebruik de juiste armsteun om het zo comfortabel mogelijk te maken voor de patiënt. Als de patiënt niet in staat is om zijn of haar armen te verheffen, kan scannen worden uitgevoerd met de armen positie naast de patiënt.
    4. Observeer het ademhalingspatroon van de patiënt en bevestig de ademhalingsriem rond de thorax van de patiënt (meestal is de positie net onder de ribbenkast optimaal). Zorg ervoor dat de sensor wordt geplaatst op een locatie waar de buikwandexcursie wordt geïdentificeerd na visuele inspectie (meestal 5-7 cm van de middellijn). Beveilig de riem rond de patiënt met behulp van het slotsluitingssysteem op basis van klittenband.
    5. Controleer op het scannerdisplay of het ademhalingssignaal binnen de grenzen van het minimum- en maximumbereik blijft (als het ademhalingssignaal knipt, bevestig of draai de riem op de juiste manier aan).
    6. Tip: Zorg ervoor dat de riem stevig genoeg rond de borst van de patiënt is bevestigd. Gezien het feit dat patiënten na enige tijd in een meer ontspannen toestand komen, daalt het ademhalingssignaal meestal (baseline drift van het signaal). Dit voorkomt dat het signaal uit te gaan van grenzen, waardoor een hoge kwaliteit van surrogaat signaal dat wordt gebruikt voor ademhalingsgating.
    7. Begin met scannen op 60 minuten na de incubatietijd.

2. Beeldverwerving en -reconstructie

  1. Protocolselectie
    1. Selecteer het protocol van de hele behuizing op de scanner. Dit kan worden gedaan door de cursor over de juiste protocolcategorie te verplaatsen (aangegeven door de cirkels naast het patiëntpictogram op de examenkaart) en op het juiste protocol(figuur 3)te klikken.
    2. Het ORG acquisitieprotocol start met een scoutscan (topogram) van de patiënt. Druk op de starttoets van de scanner (gele ronde toets met stralingsbord) op de scannercontrolebox(figuur 4)om de aanschaf van het topogram te starten. Als u de overname van het topogram wilt stoppen of afbreken, drukt u op respectievelijk de toets opschorten of stoppen.
    3. Begin met het plannen van de PET bed posities op het topogram. Dit kan door op de linkermuisknop op het bovensteogram te klikken en het scanbereik in te stellen.
    4. Selecteer de bedposities die moeten worden gecorrigeerd voor ademhalingsbeweging(figuur 5).
      LET OP: Dit zijn de 'gated' bed posities die de thorax bedekken. De 'gated' bed posities worden vastgelegd in listmode. Afhankelijk van de klinische indicatie kunnen ook bedposities die de bovenbuik bedekken worden afgesloten (bijvoorbeeld wanneer beeldvorming is aangegeven voor lever- of alvleesklierlaesies). Voor de niet-gated bed posities, is het alleen nodig om de sinogrammen voor beeldreconstructie op te nemen.
    5. Stel de opnametijd in voor de PET-bedposities(figuur 5).
      OPMERKING: Afhankelijk van de hoeveelheid geïnjecteerde activiteit moet de scanduur van de niet-gated bedposities worden aangepast om voldoende beeldkwaliteit te leveren. Bovendien wordt de opnametijd van de niet-gated bedposities in combinatie met de taakcyclus die wordt gebruikt voor beeldreconstructie van de gated bedposities, de opnametijd van de gated bedposities bepaald. Bijvoorbeeld, voor een duty cycle van 35%, verlenging van de scan met factor 3 levert ongeveer vergelijkbare statistieken voor gated en niet-gated bed posities. Voorgesteld beeldvormingsprotocol in het Radboud Universitair Medisch Centrum is een opnametijd voor niet-gated bedposities van 2 minuten, terwijl voor gated bedposities de opnametijd 6 minuten is met behulp van een duty cycle van 35%
    6. Na het instellen van de acquisitieparameters houdt u de starttoets (gele ronde knop met een stralingsbord) ingedrukt op de controlekast van de scanner en wacht u tot het scannerbed weer in de startpositie is geplaatst. Druk nogmaals op de starttoets om een CT-scan met een lage dosis van de patiënt (van kop tot voeten) te verkrijgen. Na het aanschaf van de CT-scan drukt u op de starttoets om de PET-scan te starten.
    7. Controleer tijdens het verkrijgen van het beeld regelmatig de patiënt en de kwaliteit van het ademhalingssignaal (pas indien nodig de ademhalingsriem aan).
      OPMERKING: Aanpassing van de gordel mag alleen worden uitgevoerd wanneer er geen gated bedposities van de luchtwegen zijn verworven. Daarom moeten aanpassingen worden gedaan voor of nadat deze bedposities zijn verworven. Aanpassing van de riem tijdens de verwerving van de gated bed positie zal de kwaliteit van de ORG beelden beïnvloeden. Zorgvuldige observatie van het ademhalingssignaal en mogelijke aanpassing van de ademhalingsriem voordat de gated bedposities worden verdwaalt, is nodig om significante uitgangsafdrijving van het signaal tijdens het scannen van PET tegen te gaan.
  2. Beeldreconstructie
    1. Bekijk het verkregen ademhalingssignaal en selecteer de juiste taakcyclus voor de gated bedposities (figuur 6).
      LET OP: Het amplitudebereik dat wordt gebruikt voor ademhalingsgating wordt op het ademhalingssignaal geplaatst). Controleer op inconsistenties of uitgangsafwijkingen in het ademhalingssignaal die de kwaliteit van de ademhalingsgating kunnen beïnvloeden.
    2. Selecteer het protocol voor afbeeldingsreconstructie dat is geoptimaliseerd voor weergave(figuur 7). Dit is meestal een hoge resolutie beeldreconstructie protocol met kleinere voxel maten voor detectie van kleine laesies. Het is van belang om te beseffen dat het ORG-algoritme het optimale amplitudebereik zal berekenen met behulp van het volledige ademhalingssignaal van de geselecteerde bedposities. Hoewel verschillende taakcycli kunnen worden gebruikt voor verschillende bedposities (bijvoorbeeld om te corrigeren voor een wisselend kwaliteitssignaal, wordt het niet aangeraden om verschillende taakcycli te gebruiken voor verschillende bedposities, aangezien dit variaties in beeldkwaliteit tussen verschillende bedposities zal introduceren.
      OPMERKING: Hier is een voorbeeld afbeelding reconstructie protocol voor het bekijken:
      • Algoritme: TrueX + TOF (UltraHD PET)
      • Aantal iteraties:3
      • Aantal subsets: 21
      • Matrixgrootte: 400 × 400
      • Post-reconstructie filtering, kernel (3D Gaussian), volledige breedte halve maximum (FWHM): 3,0 mm
      • Taakcyclus 35%
    3. Reconstrueer de PET-beelden verder met een protocol dat voldoet aan het Research4Life (EARL) initiatief voor kwantitatieve PET-beeldvorming. Dit zijn meestal afbeeldingen met een lagere resolutie met specifieke post-reconstructie filtering toegepast.
      OPMERKING: Hier is een voorbeeld afbeelding reconstructie protocol voor beeld kwantificering:
      • Algoritme: TrueX + TOF (UltraHD PET)
      • Aantal iteraties: 3
      • Aantal subsets: 21
      • Matrixgrootte: 256
      • Post-reconstructie filtering, kernel (3D Gaussian), volledige breedte halve maximum (FWHM): 8,0 mm
      • Taakcyclus 35%
    4. Stuur de gereconstrueerde afbeeldingen naar het PACS-archief. De beelden zijn nu klaar om te worden geëvalueerd door de nucleaire arts

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Het gebruik van ORG in PET resulteert in een algehele vermindering van de ademhaling-geïnduceerde vervaging van de beelden. Bijvoorbeeld, in een klinische evaluatie van patiënten met niet-kleincellige longkanker (NSCLC), ORG resulteerde in de detectie van meer longlaesies en hilar / mediastinale lymfeklieren20. Dit wordt gemakkelijk aangetoond in figuur 8 en figuur 9, met niet-gated en ORG PET-beelden van patiënten met NSCLC.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

In de nucleaire geneeskunde gemeenschap, de verslechterende effecten van de luchtwegen artefacten in PET-beeldvorming zijn goed erkend voor een lange tijd. Het is aangetoond in vele studies dat het vervagende effect van ademhalingsbeweging artefacten kan aanzienlijk invloed hebben op beeldkwantificering en laesie detecteerbaarheid. Hoewel er verschillende ademhalingsgatingsmethoden zijn ontwikkeld, wordt ademhalingsgating momenteel niet op grote schaal gebruikt in de klinische praktijk. Dit is met name te wijten aan een ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs verklaren geen belangenconflict.

Dankbetuigingen

De auteurs willen Richard Raghoo bedanken voor het verstrekken van de PET-beelden getoond in figuur 1.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Sensor Port, sensor, black box, wave deck, elastisch band, load cell sensor (compleet set)anzai medical co.respiratoire gating systeem AZ-733Vhttp://www.anzai-med.co.jp/en/product/item/az733v

Referenties

  1. Kostakoglu, L., Agress, H., Goldsmith, S. J. Clinical Role of FDG PET in Evaluation of Cancer Patients. Radiographics. 23 (2), 315-340 (2003).
  2. Grootjans, W., et al. PET in the management of locally advanced and metastatic NSCLC. Nature Reviews Clinical Oncology. 12 (7), 395-407 (2015).
  3. Croteau, E., et al. PET Metabolic Biomarkers for Cancer. Biomarkers in Cancer. 8, Suppl 2 61-69 (2016).
  4. Vlenterie, M., et al. Early Metabolic Response as a Predictor of Treatment Outcome in Patients With Metastatic Soft Tissue Sarcomas. Anticancer Research. 39 (3), 1309-1316 (2019).
  5. Barrington, S. F., Meignan, M. A. Time to prepare for risk adaptation in lymphoma by standardising measurement of metabolic tumour burden. Journal of Nuclear Medicine. 60 (8), 1096-1102 (2019).
  6. Grootjans, W., et al. Performance of automatic image segmentation algorithms for calculating total lesion glycolysis for early response monitoring in non-small cell lung cancer patients during concomitant chemoradiotherapy. Radiotherapy and Oncology. 119 (3), 473-479 (2016).
  7. Grootjans, W., Geus-Oei, L. F., Bussink, J. Image-guided adaptive radiotherapy in patients with locally advanced non-small cell lung cancer: the art of PET. Quarterly Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 62 (4), 369-384 (2018).
  8. Everitt, S., et al. Acute radiation oesophagitis associated with 2-deoxy-2-[18F]fluoro-d-glucose uptake on positron emission tomography/CT during chemo-radiation therapy in patients with non-small-cell lung cancer. Journal of Medical Imaging and Radiation Oncology. 61 (5), 682-688 (2017).
  9. Castillo, R., et al. Pre-radiotherapy FDG PET predicts radiation pneumonitis in lung cancer. Radiation Oncology. 74 (9), 1-10 (2014).
  10. Lee, J. W., Seo, K. H., Kim, E. S., Lee, S. M. The role of 18F-fluorodeoxyglucose uptake of bone marrow on PET/CT in predicting clinical outcomes in non-small cell lung cancer patients treated with chemoradiotherapy. European Radiology. 27 (5), 1912-1921 (2017).
  11. Aide, N., et al. EANM/EARL harmonization strategies in PET quantification: from daily practice to multicentre oncological studies. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 44, Suppl 1 17-31 (2017).
  12. Grootjans, W., et al. Amplitude-based optimal respiratory gating in positron emission tomography in patients with primary lung cancer. European Radiology. 24 (12), 3242-3250 (2014).
  13. Dawood, M., Büther, F., Lang, N., Schober, O., Schäfers, K. P. Respiratory gating in positron emission tomography: A quantitative comparison of different gating schemes. Medical Physics. 34 (7), 3067(2007).
  14. Fayad, H., Lamare, F., Thibaut, M., Visvikis, D. Motion correction using anatomical information in PET/CT and PET/MR hybrid imaging. Quarterly Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 60 (1), 12-24 (2016).
  15. Nehmeh, S. A., et al. A novel respiratory tracking system for smart-gated PET acquisition. Medical Physics. 38 (1), 531-558 (2011).
  16. Boucher, L., Rodrigue, S., Lecomte, R., Bénard, F. Respiratory Gating for 3-Dimensional PET of the Thorax: Feasibility and Initial Results. Journal of Nuclear Medicine. 45 (2), 214-229 (2004).
  17. Kokki, T., et al. Linear relation between spirometric volume and the motion of cardiac structures: MRI and clinical PET study. Journal of Nuclear Cardiology. 23 (3), 475-485 (2016).
  18. van Elmpt, W., et al. Optimal gating compared to 3D and 4D PET reconstruction for characterization of lung tumours. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 38 (5), 843-855 (2011).
  19. Tsutsui, Y., et al. Accuracy of amplitude-based respiratory gating for PET/CT in irregular respirations. Annals of Nuclear Medicine. 28 (8), 770-779 (2014).
  20. Grootjans, W., et al. The impact of respiratory gated positron emission tomography on clinical staging and management of patients with lung cancer. Lung Cancer. 90 (2), 217-223 (2015).
  21. Van Der Gucht, A., et al. Impact of a new respiratory amplitude-based gating technique in evaluation of upper abdominal PET lesions. European Journal of Radiology. 83 (3), 509-515 (2014).
  22. Wijsman, R., et al. Evaluating the use of optimally respiratory gated 18F-FDG-PET in target volume delineation and its influence on radiation doses to the organs at risk in non-small-cell lung cancer patients. Nuclear Medicine Communications. 37 (1), 66-73 (2016).
  23. Grootjans, W., et al. The Impact of Optimal Respiratory Gating and Image Noise on Evaluation of Intratumor Heterogeneity on 18F-FDG PET Imaging of Lung Cancer. Journal of Nuclear Medicine. 57 (11), 1692-1698 (2016).
  24. Smeets, E. M. M., et al. Optimal respiratory-gated [18F]FDG PET/CT significantly impacts the quantification of metabolic parameters and their correlation with overall survival in patients with pancreatic ductal adenocarcinoma. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging Research. 9 (1), 1-10 (2019).
  25. Büther, F., Vehren, T., Schäfers, K. P., Schäfers, M. Impact of Data-driven Respiratory Gating in Clinical PET. Radiology. 281 (1), 229-238 (2016).
  26. Feng, T., et al. Self-Gating: An Adaptive Center-of-Mass Approach for Respiratory Gating in PET. IEEE Transactions on Medical Imaging. 37 (5), 1140-1148 (2018).
  27. Schleyer, P. J., O'Doherty, M. J., Marsden, P. K. Extenstion of a data-driven gating technique to 3D, whole body PET studies. Physics in Medicine & Biology. 56 (13), 3953-3965 (2011).
  28. Lamare, F., Fayad, H., Fernandez, P., Visvikis, D. Local respiratory motion correction for PET/CT imaging: Application to lung cancer. Medical Physics. 42 (10), 5903-5912 (2015).
  29. Lamare, F., et al. List-mode-based reconstruction for respiratory motion correction in PET using non-rigid body transformations. Physics in Medicine & Biology. 52 (17), 5187-5204 (2007).
  30. Manber, R., et al. Clinical Impact of Respiratory Motion Correction in Simultaneous PET/MR, Using a Joint PET/MR Predictive Motion Model. Journal of Nuclear Medicine. 59 (9), 1467-1473 (2018).
  31. Rank, C. M., et al. Respiratory motion compensation for simultaneous PET/MR based on highly undersampled MR data. Medical Physics. 43 (12), 6234-6245 (2016).
  32. Küstner, T., et al. MR-based respiratory and cardiac motion correction for PET imaging. Medical Image Analysis. 42, 129-144 (2017).
  33. Fayad, H., et al. The use of a generalized reconstruction by inversion of coupled systems (GRICS) approach for generic respiratory motion correction in PET/MR imaging. Physics in Medicine & Biology. 60 (6), 2529-2546 (2015).
  34. van der Vos, C. S., et al. Improving the Spatial Alignment in PET/CT Using Amplitude-Based Respiration-Gated PET and Respiration-Triggered CT. Journal of Nuclear Medicine. 56 (12), 1817-1822 (2015).
  35. van der Vos, C. S., et al. Comparison of a Free-Breathing CT and an Expiratory Breath-Hold CT with Regard to Spatial Alignment of Amplitude-Based Respiratory-Gated PET and CT Images. Journal of Nuclear Medicine Technology. 42 (4), 269-273 (2014).
  36. van der Vos, C. S., Meeuwis, A. P. W., Grootjans, W., de Geus-Oei, L. F., Visser, E. P. Improving the spatial alignment in PET/CT using amplitude-based respiratory-gated PET and patient-specific breathing-instructed CT. Journal of Nuclear Medicine Technology. 47 (2), 154-159 (2018).
  37. Houdu, B., et al. Why harmonization is needed when using FDG PET/CT as a prognosticator: demonstration with EARL-compliant SUV as an independent prognostic factor in lung cancer. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 46 (2), 421-428 (2019).
  38. Kaalep, A., et al. EANM/EARL FDG-PET/CT accreditation - summary results from the first 200 accredited imaging systems. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 45 (3), 412-422 (2018).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

PET CT beeldvormingamplitudegestuurd algoritmeacquisitie van ademhalingssignalenkwaliteitscontrole van beeldenaanpassing van de dutycyclusthorax en bovenbuikverbetering van laesiedetectieresultaten van klinische evaluatie
Beheer van Respiratory Motion Artefacten in 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography met behulp van een Amplitude-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleid

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.