Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Zarządzanie artefaktami ruchu oddechowego w 18pozytonowej tomografii emisyjnej F-fluorodeoksyglukozy przy użyciu algorytmu optymalnego bramkowania oddechowego opartego na amplitudzie

5.6K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/60258

⸱

23 lipca 2020

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

W tym artykule

Podsumowanie

Optymalna bramkowanie oddechowe (ORG) oparte na amplitudzie skutecznie usuwa wywołane przez oddychanie rozmycie ruchu z klinicznych 18obrazów pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) F-fluorodeoksyglukozy (FDG). Korekcja obrazów FDG-PET dla tych artefaktów ruchu oddechowego poprawia jakość obrazu, dokładność diagnostyczną i ilościową. Usunięcie artefaktów ruchu oddechowego jest ważne dla odpowiedniego postępowania klinicznego z pacjentami stosującymi PET.

Streszczenie

Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) w połączeniu z rentgenowską tomografią komputerową (CT) jest ważną platformą obrazowania molekularnego, która jest wymagana do dokładnej diagnozy i klinicznego stopnia zaawansowania różnych chorób. Zaletą obrazowania PET jest możliwość wizualizacji i ilościowego określenia niezliczonych procesów biologicznych in vivo z wysoką czułością i dokładnością. Istnieje jednak wiele czynników, które decydują o jakości obrazu i dokładności ilościowej obrazów PET. Jednym z głównych czynników wpływających na jakość obrazu w obrazowaniu PET klatki piersiowej i górnej części brzucha jest ruch oddechowy, który prowadzi do rozmycia struktur anatomicznych w wyniku oddychania. Korekcja tych artefaktów jest wymagana w celu zapewnienia optymalnej jakości obrazu i dokładności ilościowej obrazów PET.

Opracowano kilka technik bramkowania oddechowego, zazwyczaj polegających na pozyskiwaniu sygnału oddechowego jednocześnie z danymi PET. Na podstawie uzyskanego sygnału oddechowego wybierane są dane PET do rekonstrukcji obrazu bez ruchu. Chociaż wykazano, że metody te skutecznie usuwają artefakty ruchu oddechowego z obrazów PET, wydajność zależy od jakości pozyskiwanego sygnału oddechowego. W niniejszym badaniu omówiono zastosowanie algorytmu optymalnego bramkowania oddechowego (ORG) opartego na amplitudzie. W przeciwieństwie do wielu innych algorytmów bramkowania oddechowego, ORG pozwala użytkownikowi na kontrolę nad jakością obrazu w stosunku do ilości odrzuconego ruchu w zrekonstruowanych obrazach PET. Osiąga się to poprzez obliczenie optymalnego zakresu amplitudy na podstawie pozyskanego sygnału zastępczego i określonego przez użytkownika cyklu pracy (procent danych PET wykorzystywanych do rekonstrukcji obrazu). Optymalny zakres amplitudy definiuje się jako najmniejszy zakres amplitudy zawierający ilość danych PET wymaganych do rekonstrukcji obrazu. Wykazano, że ORG powoduje skuteczne usunięcie rozmycia obrazu wywołanego oddychaniem w obrazowaniu PET klatki piersiowej i górnej części brzucha, co skutkuje poprawą jakości obrazu i dokładności ilościowej.

Wprowadzenie

Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) w połączeniu z rentgenowską tomografią komputerową (CT) jest powszechnie akceptowanym narzędziem obrazowania w praktyce klinicznej do dokładnej diagnozy i oceny klinicznej różnych chorób1. Zaletą obrazowania PET jest możliwość wizualizacji i ilościowego określenia niezliczonych procesów biologicznych in vivo z wysoką czułością i dokładnością2. Osiąga się to poprzez dożylne podanie pacjentowi związku znakowanego radioaktywnie, znanego również jako radioznacznik. W zależności od użytego radioznacznika, cechy tkankowe, takie jak metabolizm glukozy, proliferacja komórkowa, stopień niedotlenienia, transport aminokwasów oraz ekspresja białek i receptorów, mogą być wizualizowane i określane ilościowo2.

Chociaż opracowano, zatwierdzono i zastosowano w praktyce klinicznej kilka radioznaczników, radioaktywny analog glukozy 18F-fluorodeoksyglukoza (FDG) jest najczęściej stosowanym radioznacznikiem w praktyce klinicznej. Biorąc pod uwagę, że FDG gromadzi się głównie w komórkach o podwyższonej szybkości glikolitycznej (tj. komórkach o podwyższonym wychwycie glukozy i konwersji do pirogronianu w celu produkcji energii), możliwe jest rozróżnienie tkanek o różnych stanach metabolicznych. Podobnie jak w przypadku glukozy, pierwszym etapem wychwytu FDG jest transport z przestrzeni zewnątrzkomórkowej przez błonę plazmatyczną do przestrzeni wewnątrzkomórkowej, co ułatwiają transportery glukozy (GLUT)3. Gdy FDG znajdzie się w przestrzeni wewnątrzkomórkowej, fosforylacja przez heksokinazy spowoduje wytworzenie FDG-6-fosforanu. Jednak w przeciwieństwie do glukozo-6-fosforanu, FDG-6-fosforan nie może wejść w cykl Krebsa w celu dalszej dysymilacji tlenowej z powodu braku grupy hydroksylowej (OH) w drugiej (2') pozycji węgla. Biorąc pod uwagę, że reakcja odwrotna, defosforylacja FDG-6-fosforanu z powrotem do FDG, prawie nie występuje w większości tkanek, FDG-6-fosforan jest uwięziony wewnątrzkomórkowo3. W związku z tym stopień wychwytu FDG zależy od ekspresji GLUT (w szczególności GLUT1 i GLUT3) na błonie komórkowej oraz wewnątrzkomórkowej aktywności enzymatycznej heksokinaz. Koncepcja tego ciągłego wychwytu i wychwytywania FDG jest określana jako wychwytywanie metaboliczne. Fakt, że FDG preferencyjnie akumuluje się w tkankach o podwyższonej aktywności metabolicznej, jest pokazany na Rysunek 1a, pokazując fizjologiczny rozkład FDG u pacjenta. Ten obraz FDG-PET pokazuje wyższy wychwyt w tkankach serca, mózgu i wątroby, o których wiadomo, że w normalnych warunkach są narządami aktywnymi metabolicznie.

Wysoka czułość wykrywania różnic w stanie metabolicznym tkanek sprawia, że FDG jest doskonałym radioznacznikiem do odróżniania tkanek normalnych od chorych, biorąc pod uwagę, że zmieniony metabolizm jest ważną cechą charakterystyczną dla wielu chorób. Jest to łatwo zobrazowane w Rysunek 1b, przedstawiający obraz FDG-PET pacjenta z niedrobnokomórkowym rakiem płuca (NSCLC) w stadium IV. Występuje zwiększony wychwyt w guzie pierwotnym, a także w zmianach przerzutowych. Oprócz wizualizacji, kwantyfikacja wychwytu radioznacznika odgrywa ważną rolę w postępowaniu klinicznym z pacjentami. Wskaźniki ilościowe uzyskane na podstawie obrazów PET odzwierciedlających stopień wychwytu radioznacznika, takie jak standaryzowana wartość wychwytu (SUV), objętość metaboliczna i całkowita glikoliza zmian chorobowych (TLG), mogą być wykorzystane do dostarczenia ważnych informacji prognostycznych, a także do pomiaru odpowiedzi na leczenie dla różnych grup pacjentów4,5,6. W związku z tym obrazowanie FDG-PET jest coraz częściej wykorzystywane do personalizacji radioterapii i leczenia systemowego u pacjentów onkologicznych7. Ponadto opisano zastosowanie FDG-PET do monitorowania ostrej toksyczności wywołanej leczeniem, takiej jak zapalenie przełyku wywołane promieniowaniem8, pneumonitis9 i ogólnoustrojowe reakcje zapalne10, i dostarcza ważnych informacji do podejmowania decyzji dotyczących leczenia na podstawie obrazu.

Biorąc pod uwagę ważną rolę PET w klinicznym leczeniu pacjentów, jakość obrazu i dokładność ilościowa są ważne dla właściwego kierowania decyzjami dotyczącymi leczenia na podstawie obrazów PET. Istnieje jednak wiele czynników technicznych, które mogą zagrozić ilościowej dokładności obrazów PET11. Ważnym czynnikiem, który może znacząco wpłynąć na kwantyfikację obrazu w PET, jest dłuższy czas akwizycji PET w porównaniu z innymi metodami obrazowania radiologicznego, zwykle kilka minut na pozycję łóżka. W związku z tym pacjenci są zwykle instruowani, aby swobodnie oddychać podczas obrazowania PET. W rezultacie obrazy PET cierpią z powodu ruchu wywołanego przez oddychanie, co może prowadzić do znacznego rozmycia narządów znajdujących się w klatce piersiowej i górnej części brzucha. To wywołane przez układ oddechowy rozmycie ruchu może znacznie pogorszyć odpowiednią wizualizację i dokładność ilościową wychwytu radioznacznika, co może wpływać na postępowanie kliniczne z pacjentami podczas korzystania z obrazów PET do diagnozy i oceny stopnia zaawansowania, definiowania objętości docelowej w zastosowaniach planowania radioterapii oraz monitorowania odpowiedzi na terapię12.

Opracowano kilka metod bramkowania oddechowego w celu poprawienia obrazów PET dla artefaktów ruchu oddechowego13. Metody te można podzielić na prospektywne, retrospektywne i oparte na danych strategie bramkowania. Prospektywne i retrospektywne techniki bramkowania oddechowego zazwyczaj opierają się na pozyskiwaniu zastępczego sygnału oddechowego podczas obrazowania PET14. Te zastępcze sygnały oddechowe są wykorzystywane do śledzenia i monitorowania cyklu oddechowego pacjenta. Przykładami urządzeń śledzących oddech są wykrywanie przesunięcia ściany klatki piersiowej za pomocą czujników ciśnienia12 lub optycznych systemów śledzenia (np. kamer wideo)15, termopar do pomiaru temperatury wdychanego powietrza16 oraz spirometrów do pomiaru przepływu powietrza, a tym samym pośredniego szacowania zmian objętości w płucach pacjenta17.

Bramkowanie oddechowe jest zazwyczaj realizowane poprzez ciągłe i jednoczesne nagrywanie sygnału zastępczego (oznaczonego jako S(t)), z danymi PET podczas akwizycji obrazu. Korzystając z uzyskanego sygnału zastępczego, można wybrać dane PET odpowiadające określonej fazie oddechowej lub zakresowi amplitudy (bramkowanie oparte na amplitudzie)12,13,18. Bramkowanie oparte na fazach odbywa się poprzez podzielenie każdego cyklu oddechowego na ustaloną liczbę bramek, jak pokazano na Rysunek 2a. Bramkowanie oddechowe jest następnie wykonywane poprzez wybór danych uzyskanych w określonej fazie cyklu oddechowego pacjenta, które mają być wykorzystane do rekonstrukcji obrazu. Podobnie, bramkowanie oparte na amplitudzie opiera się na zdefiniowaniu zakresu amplitudy sygnału oddechowego, jak pokazano na Rysunek 2b. Gdy wartość sygnału oddechowego mieści się w ustawionym zakresie amplitudy, do rekonstrukcji obrazu zostaną wykorzystane odpowiednie dane PET listmode. W przypadku retrospektywnych podejść do bramkowania wszystkie dane są zbierane, a po akwizycji obrazu przeprowadza się ponowne binowanie danych PET. Chociaż prospektywne metody bramkowania oddechowego wykorzystują te same koncepcje, co retrospektywne podejścia do bramkowania do ponownego binowania danych PET, metody te opierają się na prospektywnym gromadzeniu danych podczas akwizycji obrazu. Po zebraniu wystarczającej ilości danych PET akwizycja obrazu zostanie sfinalizowana. Trudność takich prospektywnych i retrospektywnych podejść do bramkowania polega na utrzymaniu akceptowalnej jakości obrazu bez znacznego wydłużania czasu akwizycji obrazu, gdy występuje nieregularny oddech13. W związku z tym metody bramkowania oddechowego oparte na fazach są szczególnie wrażliwe na nieregularne wzorce oddychania13,19, gdzie znaczne ilości danych PET mogą zostać odrzucone z powodu odrzucenia nieodpowiednich wyzwalaczy, co skutkuje znacznym obniżeniem jakości obrazu lub niedopuszczalnym wydłużeniem czasu akwizycji obrazu. Dodatkowo, gdy akceptowane są niewłaściwe wyzwalacze, wydajność algorytmu bramkowania oddechowego, a tym samym skuteczność odrzucania ruchu z obrazów PET, może być zmniejszona ze względu na fakt, że bramki oddechowe są definiowane w różnych fazach cyklu oddechowego, jak pokazano na Rysunek 2a. Rzeczywiście, doniesiono, że bramkowanie oddechowe oparte na amplitudzie jest bardziej stabilne niż podejścia oparte na fazach w przypadku nieprawidłowości w sygnale oddechowym13. Chociaż algorytmy bramkowania oddechowego oparte na amplitudzie są bardziej niezawodne w obecności nieregularnych częstotliwości oddychania, algorytmy te są bardziej wrażliwe na dryf sygnału oddechowego od linii bazowej. Dryfowanie sygnału wyjściowego może wystąpić z wielu powodów, gdy zmienia się napięcie mięśniowe pacjenta (tj. przejście pacjenta w bardziej zrelaksowany stan podczas akwizycji obrazu) lub wzorzec oddychania. Aby zapobiec takiemu dryfowaniu sygnału na linii podstawowej, należy zadbać o bezpieczne przymocowanie czujników śledzących do pacjenta i regularne monitorowanie sygnału oddechowego.

Chociaż te problemy są znane, tradycyjne algorytmy bramkowania oddechowego pozwalają jedynie na ograniczoną kontrolę nad jakością obrazu i zwykle wymagają znacznego wydłużenia czasu akwizycji obrazu lub zwiększenia ilości radioznacznika, który ma być podany pacjentowi. Czynniki te spowodowały ograniczone przyjęcie takich protokołów w rutynie klinicznej. Aby obejść te problemy związane ze zmienną jakością obrazów bramkowanych oddechowo, zaproponowano specyficzny typ algorytmu bramkowania opartego na amplitudzie, znany również jako optymalne bramkowanie oddechowe (ORG), 18. Bramkowanie oddechowe za pomocą ORG pozwala użytkownikowi określić jakość obrazu obrazów bramkowanych przez oddychanie, dostarczając cykl pracy jako dane wejściowe do algorytmu. Cykl pracy jest definiowany jako procent pozyskanych danych w trybie listy PET, który jest używany do rekonstrukcji obrazu. W przeciwieństwie do wielu innych algorytmów bramkowania oddechowego, koncepcja ta pozwala użytkownikowi bezpośrednio określić jakość obrazu zrekonstruowanych obrazów PET. Na podstawie określonego cyklu pracy obliczany jest optymalny zakres amplitudy, który uwzględnia specyficzne cechy całego zastępczego sygnału oddechowego18. Optymalny zakres amplitudy dla określonego cyklu pracy zostanie obliczony, rozpoczynając od wyboru różnych wartości dla dolnej granicy amplitudy, oznaczonej (L), sygnału oddechowego. Dla każdej wybranej dolnej granicy, górna granica amplitudy, oznaczona (U), jest dostosowywana w taki sposób, aby suma wybranych danych PET, zdefiniowanych jako dane uzyskane, gdy sygnał oddechowy mieści się w zakresie amplitudy (LU-L])), jak pokazano w Rysunek 2c12. W ten sposób, określając cykl pracy, użytkownik dokonuje kompromisu między ilością szumu a stopniem ruchu szczątkowego występującego na obrazach ORG PET. Obniżenie cyklu pracy zwiększy ilość szumów, ale zmniejszy to również ilość ruchu szczątkowego na obrazach PET (i odwrotnie). Chociaż koncepcje i efekty ORG zostały opisane w poprzednich raportach, celem tego manuskryptu jest dostarczenie klinicystom szczegółowych informacji na temat konkretnych protokołów podczas stosowania ORG w praktyce klinicznej. W związku z tym opisano zastosowanie ORG w protokole obrazowania klinicznego. Przedstawionych zostanie kilka aspektów praktycznych, w tym przygotowanie pacjenta, akwizycja obrazu i protokoły rekonstrukcji. Ponadto manuskrypt będzie obejmował interfejs użytkownika oprogramowania ORG oraz konkretne wybory, których można dokonać podczas wykonywania bramkowania oddechowego podczas obrazowania PET. Na koniec omówiono wpływ ORG na wykrywalność zmian i kwantyfikację obrazu, jak wykazano w poprzednich badaniach.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Wszystkie procedury wykonywane z udziałem ludzi były zgodne ze standardami etycznymi wewnętrznej komisji rewizyjnej (IRB) centrum medycznego uniwersytetu Radboud oraz z Deklaracją Helsińską z 1964 roku i jej późniejszymi poprawkami lub porównywalnymi standardami etycznymi. Algorytm ORG jest produktem specyficznym dla dostawcy i jest dostępny w rodzinie skanerów PET/CT firmy Siemens Biograph mCT oraz nowszych modelach PET/CT.

1. Przygotowanie pacjenta

  1. Wywiad pacjenta
    1. Sprawdź imię i nazwisko pacjenta oraz datę urodzenia. Kryteria włączenia są podobne do rutynowego skanowania PET bez bramkowania. Nie są wymagane żadne dodatkowe kryteria wejścia lub wykluczenia.
    2. Sprawdzić etykietę dołączoną do strzykawki zawierającej radioznacznik (imię i nazwisko, data urodzenia i stopień aktywności).
      UWAGA: Ilość aktywności podawanej pacjentowi zależy od masy ciała pacjenta i może się różnić w zależności od instytucji (w tym protokole sugerowana jest ilość 3,2 MBq/kg).
    3. Upewnij się, że informacje kliniczne w formularzu wniosku są poprawne, przeprowadzając wywiad z pacjentem. Należy zapytać pacjenta, czy w ostatnim czasie nastąpiły jakieś istotne zmiany w leczeniu lub przyjmowaniu leków.
    4. Zapytaj pacjenta, czy ma cukrzycę (DM). W przypadku, gdy pacjent ma cukrzycę, należy zapytać, czy postępował zgodnie z odpowiednimi przygotowaniami (tj. nie podawano insuliny o krótkim działaniu na mniej niż 4 godziny przed badaniem PET lub stosowano środki obniżające stężenie glukozy we krwi (takie jak metformina).
    5. Zapytaj pacjenta, czy ma jakieś alergie lub stosuje leki przeciwzakrzepowe.
    6. Zmierz stężenie glukozy we krwi pacjenta, aplikując kroplę krwi uzyskaną poprzez nakłucie boku opuszka palca pacjenta na dedykowanym pasku testowym (stężenie glukozy w surowicy nie powinno przekraczać 11,0 mmol/L).
    7. Wyjaśnij pacjentowi, na czym polega przygotowanie pacjenta i procedury obrazowania.
  2. Podawanie radioznacznika
    1. Zabezpiecz dostęp żylny do pacjenta poprzez wprowadzenie obwodowej kaniuli żylnej do jednej z żył łokciowych.
    2. Podłącz trójdrożny system kurka odcinającego z blokadą Luer do strzykawki o pojemności 20 ml zawierającej sól fizjologiczną (jest to strzykawka drugorzędna).
    3. Przepłukać trójdrogowy zawór odcinający solą fizjologiczną (w celu odpowietrzenia).
    4. Przymocuj trójdrożny kurek zatrzymujący ze strzykawką do końca kaniuli żylnej.
    5. Sprawdź, czy kaniula żylna jest opatentowana, ostrożnie przepłukując przez nią 10 ml soli fizjologicznej (zapytaj pacjenta, czy ma jakieś dolegliwości podczas zaczerwienienia).
    6. Podłączyć strzykawkę zawierającą radioznacznik (strzykawkę pierwotną) do trójdrożnego kurka odcinającego. Przekręcić zawory trójdrogowego kurka odcinającego tak, aby kierunek przepływu płynu przez układ przebiegał od strzykawki zawierającej radioznacznik do obwodowej kaniuli żylnej. Radioznacznik należy podawać, powoli naciskając tłok strzykawki (strzykawkę zawierającą znacznik umieszcza się w specjalnym pojemniku osłoniętym ołowiem).
    7. Przekręcić zawory trójdrogowego kurka odcinającego w taki sposób, aby strzykawka zawierająca sól fizjologiczną była podłączona do strzykawki pierwotnej (zawierającej radioznacznik) i przepłukać strzykawkę, aby wypłukać resztki radioznacznika ze strzykawki.
    8. Przekręcić zawory trójdrogowego kurka odcinającego i nacisnąć tłok strzykawki pierwotnej, aby podać pacjentowi resztki radioznacznika pozostałe w strzykawce.
    9. Powtórz kroki 1.2.7 i 1.2.8 trzy razy.
    10. Przekręcić trójkierunkowy kurek zatrzymujący (aby zapobiec cofaniu się krwi z żyły pacjenta) i odłączyć główną strzykawkę. Założyć trzecią strzykawkę zawierającą furosemid, ponownie przekręcić trójkierunkowy kurek zatrzymujący i podać 0,5 g/kg furosemidu (maksymalnie 10 mg), naciskając tłok strzykawki. Usuń obwodową kaniulę żylną i uciskaj miejsce nakłucia za pomocą sterylnego bandaża. Sprawdź, czy nie ma znacznego krwawienia i z miejsca nakłucia i przymocuj bandaż za pomocą taśmy medycznej.
  3. Inkubacja pacjenta
    1. Pozwól pacjentowi odpoczywać w wygodnej pozycji, najlepiej w słabo oświetlonym pomieszczeniu, przez 50 minut.
    2. Po 50 minutach poinstruuj pacjenta, aby opróżnił pęcherz
      3. .
    3. Po 55 minutach odprowadź pacjenta do skanera i ułóż go na wznak z rękami uniesionymi do góry na łóżku skanera. Stosuj odpowiednie podparcie ramienia, aby było to jak najbardziej komfortowe dla pacjenta. Jeśli pacjent nie jest w stanie podnieść ramion, skanowanie można wykonać w pozycji ramion obok pacjenta.
    4. Obserwuj wzorzec oddychania pacjenta i zabezpiecz pas oddechowy wokół klatki piersiowej pacjenta (zwykle pozycja tuż pod klatką piersiową jest optymalna). Upewnij się, że czujnik jest umieszczony w miejscu, w którym po oględzinach można zidentyfikować wychylenie ściany brzucha (zwykle 5-7 cm od linii środkowej). Zabezpiecz pas wokół pacjenta za pomocą systemu zamykania na rzepy.
    5. Sprawdź na wyświetlaczu skanera, czy sygnał oddechowy pozostaje w granicach minimalnego i maksymalnego zasięgu (jeśli sygnał oddechowy się przenika, odpowiednio zapnij lub napnij pasek).
    6. Wskazówka: Upewnij się, że pas jest wystarczająco mocno zapięty wokół klatki piersiowej pacjenta. Biorąc pod uwagę, że pacjenci po pewnym czasie wchodzą w bardziej zrelaksowany stan, sygnał oddechowy ma tendencję do zmniejszania się (wyjściowy dryf sygnału). Zapobiega to wychodzeniu sygnału poza granice, utrzymując w ten sposób wysoką jakość sygnału zastępczego, który jest używany do bramkowania oddechowego.
    7. Rozpocznij skanowanie po 60 minutach od czasu inkubacji.

2. Akwizycja i rekonstrukcja obrazu

  1. Wybór protokołu
    1. Wybierz protokół całego ciała w skanerze. Można to zrobić, najeżdżając kursorem na odpowiednią kategorię protokołu (oznaczoną kółkami obok ikony pacjenta na karcie badania), a następnie klikając na odpowiedni protokół (Rysunek 3).
    2. Protokół akwizycji ORG rozpocznie się od skanu zwiadowczego (topogramu) pacjenta. Aby rozpocząć akwizycję topogramu, naciśnij start skanera (żółty okrągły ze znakiem promieniowania) na skrzynce kontrolnej skanera (Rysunek 4). Aby zatrzymać lub przerwać pobieranie topogramu, naciśnij odpowiednio wstrzymania lub zatrzymania.
    3. Zacznij od zaplanowania pozycji łóżka PET na topogramie. Można to zrobić, klikając lewym przyciskiem myszy na topogramie i ustawiając zakres skanowania.
    4. Wybierz pozycje łóżka, które mają być korygowane pod kątem ruchu oddechowego (Rysunek 5).
      UWAGA: Są to "bramkowane" pozycje łóżka, które zakrywają klatkę piersiową. "Bramkowane" pozycje łóżek są rejestrowane w trybie listy. W zależności od wskazań klinicznych, pozycje łóżkowe obejmujące górną część brzucha mogą być również bramkowane (na przykład, gdy obrazowanie jest wskazane w przypadku zmian w wątrobie lub trzustce). W przypadku pozycji łóżka bez bramki konieczne jest jedynie nagranie sinogramów w celu rekonstrukcji obrazu.
    5. Ustaw czas zapisu obrazu dla pozycji łóżka PET (Rysunek 5).
      UWAGA: W zależności od ilości wstrzykniętej aktywności, czas skanowania pozycji łóżka bez bramkowania musi być dostosowany, aby uzyskać wystarczającą jakość obrazu. Dodatkowo czas rejestracji pozycji łóżek z bramką w połączeniu z cyklem pracy wykorzystywanym do rekonstrukcji obrazu pozycji łóżek z bramką określa czas rejestracji pozycji łóżek z bramką. Na przykład dla cyklu pracy wynoszącego 35% wydłużenie skanowania o współczynnik 3 daje w przybliżeniu podobne statystyki dla pozycji łóżek bramkowanych i niebramkowanych. Sugerowany protokół obrazowania w Centrum Medycznym Uniwersytetu Radboud to czas rejestracji dla pozycji łóżka bez bramki wynoszący 2 minuty, podczas gdy dla pozycji łóżka z bramką czas rejestracji wynosi 6 minut przy cyklu pracy 35%
    6. Po ustawieniu parametrów akwizycji naciśnij i przytrzymaj przycisk start (żółty okrągły przycisk ze znakiem promieniowania) na skrzynce sterującej skanera i poczekaj, aż łoże skanera powróci do pozycji wyjściowej. Naciśnij ponownie start, aby uzyskać skan tomografii komputerowej przy niskiej dawce od pacjenta (od głowy do stóp). Po uzyskaniu tomografii komputerowej naciśnij start, aby rozpocząć skanowanie PET.
    7. Podczas pozyskiwania obrazu należy regularnie sprawdzać stan pacjenta i jakość sygnału oddechowego (w razie potrzeby wyregulować pas oddechowy).
      UWAGA: Regulację pasa należy wykonywać tylko wtedy, gdy nie zostaną uzyskane żadne pozycje łóżka z bramką oddechową. Dlatego korekty należy wykonać przed lub po uzyskaniu tych pozycji łóżka. Regulacja paska podczas akwizycji pozycji łóżka z bramką wpłynie na jakość obrazów ORG. Uważna obserwacja sygnału oddechowego i ewentualna regulacja pasa oddechowego przed uzyskaniem pozycji łóżka bramkowanego jest wymagana, aby przeciwdziałać wszelkim znaczącym odchyleniom sygnału od linii podstawowej podczas skanowania PET.
  2. Rekonstrukcja obrazu
    1. Przejrzyj uzyskany sygnał oddechowy i wybierz odpowiedni cykl pracy dla pozycji łóżka z bramką (Rysunek 6).
      UWAGA: Zakres amplitudy używany do bramkowania oddechowego jest nałożony na sygnał oddechowy). Sprawdź, czy w sygnale oddechowym nie ma niespójności lub odchyleń linii bazowej, które mogą wpływać na jakość bramkowania oddechowego.
    2. Wybierz protokół rekonstrukcji obrazu zoptymalizowany pod kątem wyświetlania (Rysunek 7). Jest to zwykle protokół rekonstrukcji obrazu o wysokiej rozdzielczości z mniejszymi rozmiarami wokseli do wykrywania małych zmian. Ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że algorytm ORG obliczy optymalny zakres amplitudy, wykorzystując cały sygnał oddechowy wybranych pozycji łóżka. Chociaż różne cykle pracy mogą być stosowane dla różnych pozycji łóżka (na przykład w celu skorygowania różnej jakości sygnału oddechowego), stosowanie różnych cykli pracy dla różnych pozycji łóżka nie jest zalecane, ponieważ spowoduje to różnice w jakości obrazu między różnymi pozycjami łóżka.
      UWAGA: Oto przykładowy protokół rekonstrukcji obrazu do przeglądania:
      • Algorytm: TrueX + TOF (UltraHD PET)
      • Liczba iteracji:3
      • Liczba podzbiorów: 21
      • Rozmiar matrycy: 400 × 400
      • Filtrowanie po rekonstrukcji, jądro (3D Gaussa), pełne maksimum połowy szerokości (FWHM): 3,0 mm
      • Cykl pracy 35%
    3. Ponadto należy zrekonstruować obrazy PET za pomocą protokołu zgodnego z inicjatywą Research4Life (EARL) dotyczącą ilościowego obrazowania PET. Są to zazwyczaj obrazy o niższej rozdzielczości, do których zastosowano specjalne filtrowanie po rekonstrukcji.
      UWAGA: Oto przykładowy protokół rekonstrukcji obrazu do kwantyfikacji obrazu:
      • Algorytm: TrueX + TOF (UltraHD PET)
      • Liczba iteracji: 3
      • Liczba podzbiorów: 21
      • Rozmiar matrycy: 256
      • Filtrowanie po rekonstrukcji, jądro (3D Gaussa), połowa szerokości maksymalnej (FWHM): 8,0 mm
      • Cykl pracy 35%
    4. Wyślij zrekonstruowane obrazy do archiwum PACS. Obrazy są teraz gotowe do oceny przez lekarza medycyny nuklearnej

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Zastosowanie ORG w badaniu PET prowadzi do ogólnego zmniejszenia rozmycia obrazów spowodowanego ruchami oddechowymi. Na przykład, w ocenie klinicznej pacjentów z nieziarniczym rakiem płucnego (NSCLC), użycie ORG pozwoliło na wykrycie większej liczby zmian płucnych oraz węzłów chłonnych w obrębie przyśrodkowej części jamy piersiowej i zatok międzyłopatkowo-przełykowych20. Można to łatwo zaobserwować na Rysunku 8 i Rysunku 9, przedstawiając...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

W środowisku medycyny nuklearnej pogarszające się skutki artefaktów ruchu oddechowego w obrazowaniu PET są dobrze znane od dawna. W wielu badaniach wykazano, że efekt rozmycia artefaktów ruchu oddechowego może znacząco wpływać na kwantyfikację obrazu i wykrywalność zmian. Chociaż opracowano kilka metod bramkowania oddechowego, bramkowanie oddechowe nie jest obecnie szeroko stosowane w praktyce klinicznej. Wynika to w szczególności z wynikającej z tego zmiennej jakości obrazu, niedopuszczalnego wydłużenia czasu akwizycji ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Podziękowania

Autorzy pragną podziękować Richardowi Raghoo za udostępnienie obrazów PET pokazanych w Rysunek 1.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Port czujnika, czujnik, skrzynka, pokład falowy, elastyczna taśma, czujnik ogniwa obciążnikowego (kompletny zestaw)anzai medical co.system bramkowania oddechowego AZ-733Vhttp://www.anzai-med.co.jp/en/product/item/az733v

Bibliografia

  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Obrazowanie PET CTalgorytm oparty na amplitudzieakwizycja sygna u oddechowegokontrola jako ci obrazuregulacja cyklu pracyklatka piersiowa i g rna cz brzuchapoprawa detekcji zmianwyniki oceny klinicznej
Zarządzanie artefaktami ruchu oddechowego w 18pozytonowej tomografii emisyjnej F-fluorodeoksyglukozy przy użyciu algorytmu optymalnego bramkowania oddechowego opartego na amplitudzie
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.