Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Cancer Research
Click here for the English version

Cancer Research

Управление респираторного движения артефактов в 18F-фтордеоксиглукозы позитронно-эмиссионной томографии с использованием Амплитуды основе оптимального респираторного gating алгоритм

Published: July 23, 2020 doi: 10.3791/60258
Automatic Translation
1, 2, 2, 2
1Department of Radiology, Leiden University Medical Centre, 2Department of Radiology and Nuclear Medicine, Radboud University Medical Centre

Summary

Оптимальное респираторное гатирование на основе амплитуды (ORG) эффективно удаляет дыхательные движения, размывающиеся от клинических 18изображений позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) 18 F-фтордеоксиглюкозы (FDG). Коррекция изображений FDG-PET для этих респираторных артефактов движения улучшает качество изображения, диагностическую и количественную точность. Удаление респираторных артефактов движения имеет важное значение для адекватного клинического лечения пациентов, использующих ПЭТ.

Abstract

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) в сочетании с рентгеновской компьютерной томографией (КТ) является важной молекулярной платформой визуализации, которая необходима для точной диагностики и клинической постановки различных заболеваний. Преимуществом ПЭТ-изображения является способность визуализировать и количественно множество биологических процессов in vivo с высокой чувствительностью и точностью. Однако существует множество факторов, определяющих качество изображения и количественную точность ПЭТ-изображений. Одним из основных факторов, влияющих на качество изображения в ПЭТ-изображении грудной клетки и верхней части живота, является движение дыхательных путей, что приводит к размываниям анатомических структур, вызванных дыханием. Коррекция этих артефактов необходима для обеспечения оптимального качества изображения и количественной точности ПЭТ-изображений.

Было разработано несколько методов респираторного гатинга, которые, как правило, опираются на получение респираторного сигнала одновременно с данными ПЭТ. На основе приобретенного респираторного сигнала для реконструкции изображения, свободного от движения, отбираются ПЭТ-данные. Хотя эти методы, как было показано, эффективно удалить дыхательные артефакты движения из ПЭТ-изображений, производительность зависит от качества дыхательного сигнала приобретаются. В этом исследовании обсуждается использование алгоритма оптимального респираторного гатинга (ORG) на основе амплитуды. В отличие от многих других алгоритмов респираторного закрытого управления, ORG позволяет пользователю иметь контроль над качеством изображения по сравнению с количеством отклоненных движений в реконструированных ПЭТ-изображениях. Это достигается путем расчета оптимального диапазона амплитуды на основе приобретенного суррогатного сигнала и указанного пользователем цикла службы (процент данных ПЭТ, используемых для реконструкции изображения). Оптимальный диапазон амплитуды определяется как самый маленький диапазон амплитуды, по-прежнему содержащий объем данных ПЭТ, необходимых для реконструкции изображения. Было показано, что ORG приводит к эффективному удалению искусственного дыхания изображения размытия в ПЭТ-изображения грудной клетки и верхней части живота, в результате чего улучшение качества изображения и количественной точности.

Introduction

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) в сочетании с рентгеновской компьютерной томографией (КТ) является общепринятым инструментом визуализации в клинической практике для точной диагностики и клиническойпостановки различных заболеваний 1. Преимуществом ПЭТ-изображения является способность визуализировать и количественно множество биологических процессов in vivo с высокой чувствительностью и точностью2. Это достигается путем внутривенного введения радиоактивно маркированных соединений, также известный как радиотракер, к пациенту. В зависимости от используемого радиотракера, характеристики тканей, такие как метаболизм глюкозы, клеточное пролиферацию, степень гипоксии, транспортировку аминокислот и экспрессию белков и рецепторов, могут быть визуализированы и количественно2.

Хотя несколько радиотракеров были разработаны, проверены и использованы в клинической практике, радиоактивный аналог глюкозы 18F-фтордеоксиглукозы (FDG) является наиболее широко используемым радиотрактором в клинической практике. Учитывая, что FDG преимущественно накапливается в клетках с повышенной гликолитической скоростью (т.е. клетки с повышенным поглощением глюкозы и преобразованием в пируват для производства энергии), можно различать ткани с различными метаболическими состояниями. Как и глюкоза, первым шагом поглощения FDG является транспортировка из внеклеточного пространства над плазменной мембраной во внутриклеточное пространство, чему способствуют транспортеры глюкозы (GLUT)3. После того, как FDG находится во внутриклеточном пространстве, фосфорилирование гексокиназами приведет к генерации FDG-6-фосфата. Однако, в отличие от глюкозы-6-фосфата, FDG-6-фосфат не может войти в цикл Кребса для дальнейшего аэробного непохожести из-за отсутствия группы гидроксила (OH) во втором (2') углеродном положении. Учитывая, что обратная реакция, дефосфорилирование FDG-6-фосфата обратно в FDG, вряд ли происходит в большинстве тканей, FDG-6-фосфат находится в ловушке внутриклеточно3. Таким образом, степень поглощения FDG зависит от экспрессии GLUT (в частности GLUT1 и GLUT3) на плазменной мембране, а также от внутриклеточной энзиматической активности гексокинасов. Концепция этого непрерывного поглощения и захвата FDG называется метаболическим захватом. Тот факт, что FDG преимущественно накапливается в тканях с повышенной метаболической активностью, показан на рисунке 1a,демонстрируя физиологическое распределение FDG у пациента. Это изображение FDG-PET показывает более высокое поглощение в тканях сердца, мозга и печени, которые, как известно, метаболически активных органов в нормальных условиях.

Высокая чувствительность для выявления различий в метаболическом состоянии тканей делает FDG отличным радиотракером для дискриминации нормальных от больных тканей, учитывая, что измененный метаболизм является важной отличительной чертой для многих заболеваний. Это легко изображается на рисунке 1b, показывая FDG-PET изображение пациента с IV стадией не-мелкоклеточного рака легких (NSCLC). Увеличивается поглощение первичной опухоли, а также при метастатических поражениях. В дополнение к визуализации, количественная оценка поглощения радиотракера играет важную роль в клиническом управлении пациентами. Количественные индексы, полученные из ПЭТ-изображений, отражающих степень поглощения радиотрактора, такие как стандартизированное значение поглощения (SUV), метаболические объемы и общий гликолиз поражения (TLG), могут быть использованы для предоставления важной прогностический ответ лечениядля различных групп пациентов 4,5,6. В связи с этим, FDG-PET изображения все чаще используется для персонализации лучевой терапии и системного лечения у онкобольных7. Кроме того, использование FDG-PET для мониторинга острой терапии индуцированной токсичности, таких как радиационный индуцированныйэзофагит 8,пневмонит 9 и системные воспалительныереакции 10, был описан и предоставляет важную информацию для принятия изображений управляемых решений лечения.

Учитывая важную роль ПЭТ для клинического ведения пациентов, качество изображения и количественная точность имеет важное значение для надлежащего руководства решения лечения на основе ПЭТ-изображений. Тем не менее, существует множество технических факторов, которые могут поставить под угрозу количественную точностьПЭТ-изображений 11. Важным фактором, который может существенно повлиять на количественную оценку изображения в ПЭТ, является более длительное время приобретения ПЭТ по сравнению с другими радиологическими условиями визуализации, как правило, несколько минут на одну кровать. Как следствие, пациенты, как правило, проинструктированы свободно дышать во время ПЭТ-изображения. Результатом является то, что ПЭТ изображения страдают от дыхательных индуцированных движения, что может привести к значительному размытию органов, расположенных в грудной клетке и верхней части живота. Это дыхательное размытие движения может значительно ухудшить адекватную визуализацию и количественную точность поглощения радиотракера, что может повлиять на клиническое управление пациентами при использовании ПЭТ-изображений для диагностики и постановки, определение целевого объема для применения планирования лучевой терапии, а также мониторинг реакциитерапии 12.

Несколько дыхательных gating методы были разработаны в попытке исправить ПЭТ изображения для дыхательных артефактов движения13. Эти методы можно классифицировать по перспективным, ретроспективным и ориентированным на данные стратегиям закрытых работ. Перспективные и ретроспективные методы респираторного отмытия обычно полагаются на приобретение респираторного суррогатного сигнала во время ПЭТ-изображения14. Эти респираторные суррогатные сигналы используются для отслеживания и мониторинга дыхательного цикла пациента. Примерами устройств слежения за дыханием являются обнаружение экскурсии по стенке груднойклетки с помощью датчиков давления 12 или оптических систем слежения(например, видеокамер) 15,термоуплейдля измерения температуры дышащего воздуха 16, и спирометров для измерения воздушного потока и тем самым косвенной оценки изменений объемав легких пациента 17.

Дыхательные gating затем, как правило, осуществляется путем непрерывной и одновременной записи суррогатного сигнала (назначенный S (t)), с данными ПЭТ во время получения изображения. Используя полученный суррогатный сигнал, ПЭТ данные, соответствующие определенной дыхательной фазе или диапазону амплитуды (амплитуды на основе gating)могут быть выбраны 12,13,18. Фазовая гатирование выполняется путем деления каждого дыхательного цикла на фиксированное количество ворот, как по рисунку 2a. Дыхательные gating затем выполняется путем выбора данных, полученных на определенном этапе во время дыхательного цикла пациента, которые будут использоваться для реконструкции изображения. Аналогичным образом, амплитуда на основе gating опирается на определение диапазона амплитуды респираторного сигнала, как показано на рисунке 2b. Когда значение респираторного сигнала попадает в диапазон амплитуды набора, соответствующие данные СПИСКА ПЭТ будут использоваться для реконструкции изображения. Для ретроспективных подходов к закрытости все данные собираются, а повторное обработку данных ПЭТ выполняется после получения изображения. Хотя перспективные методы респираторного отбеливания используют те же концепции, что и ретроспективные подходы к повторному использованию ПЭТ-данных, эти методы опираются на сбор данных в перспективе во время сбора изображений. При сборе достаточного объема ДАННЫх ПЭТ-изображения будет завершено приобретение изображений. Сложность таких перспективных и ретроспективных подходов к закрытому использованию заключается в поддержании приемлемого качества изображения без существенного продления времени приобретения изображения при нерегулярномдыхании 13. В связи с этим фазо-методы респираторного отмаирования особенно чувствительнык нерегулярным дыхательным моделям 13,19,где значительные объемы ПЭТ-данных могут быть отброшены из-за отторжения неуместных триггеров, что приводит к значительному снижению качества изображения или неприемлемому удлинению времени получения изображения. Кроме того, когда принимаются неуместные триггеры, производительность алгоритма дыхательного гатинга и тем самым эффективность отторжения движения от ПЭТ-изображений может быть снижена в связи с тем, что дыхательные ворота определяются на разных стадиях дыхательного цикла, как по рисунку 2a. Действительно, было сообщено, что амплитуда основе дыхательных gating является более стабильным, чем фазовой подходов в случае нарушений в дыхательных сигнал13. Хотя алгоритмы амплитуды на основе респираторного гатинга являются более надежными в присутствии нерегулярных частот дыхания, эти алгоритмы более чувствительны к базовому дрейфу респираторного сигнала. Дрифтинг базового сигнала может произойти по многочисленным причинам, когда мышечное напряжение пациента (т.е. переход пациента в более расслабленное состояние во время получения изображения) или изменение дыхания. Для предотвращения такого базового дрейфа сигнала следует позаботиться о безопасном прикреплении датчиков слежения к пациенту и проведении регулярного мониторинга респираторного сигнала.

Хотя эти проблемы известны, традиционные алгоритмы респираторного гатинга позволяют только ограниченный контроль над качеством изображения и, как правило, требуют значительного удлинения времени получения изображения или увеличение количества радиотракера, которые будут вводиться пациенту. Эти факторы привели к ограниченному внедрению таких протоколов в клиническую рутину. Для того, чтобы обойти эти проблемы, связанные с переменным качеством дыхательных закрытых изображений , определенный тип амплитуды на основе алгоритма gating, также известный как оптимальный дыхательный gating (ORG), былопредложено 18. Дыхательные gating с ORG позволяет пользователю указать качество изображения дыхательных закрытых изображений, предоставляя цикл службы в качестве ввода в алгоритм. Цикл пошлины определяется как процент от приобретенных данных ПЭТ-режима списка, которые используются для восстановления изображения. В отличие от многих других алгоритмов респираторного гатинга, эта концепция позволяет пользователю напрямую определить качество изображения реконструированных ИЗОБРАЖЕНИЙ ПЭТ. На основе указанного цикла службы рассчитывается оптимальный диапазон амплитуды, который учитывает специфические характеристики всего респираторного суррогатного сигнала18. Оптимальный диапазон амплитуды для определенного цикла службы будет рассчитываться, начиная с выбора различных значений для нижнего предела амплитуды, обозначенного (L), респираторного сигнала. Для каждого выбранного нижнего предела предел верхней амплитуды, обозначенный (U), корректируется таким образом, что сумма выбранных данных ПЭТ, определяемых как данные, полученные при падении респираторного сигнала в пределах диапазона амплитуды (L'lt;S(t) и lt;U), равна указанному циклу службы. Например, для цикла пошлины в 50% и 6 минут приобретенных данных СПИСКА ПЭТ диапазон амплитуды адаптируется к трем минутам (50%) ПЭТ-данных. Оптимальный диапазон амплитуды (W) определяется как самый маленький диапазон амплитуды, используемый для дыхательного gating, который по-прежнему содержит необходимое количество данных ПЭТ (т.е. ArgMax(U-L)), как по изображено на рисунке 2c12. Таким образом, указав цикл обязанностей, пользователь делает компромисс между количеством шума и степенью остаточного движения, проживающего в изображениях ORG PET. Снижение цикла пошлины увеличит количество шума, хотя это также уменьшит количество остаточного движения в ПЭТ-изображениях (и наоборот). Хотя концепции и последствия ORG были описаны в предыдущих докладах, цель этой рукописи заключается в предоставлении врачам подробной информации о конкретных протоколах при использовании ORG в клинической практике. Таким образом, использование ORG в протоколе клинической визуализации описано. Будет обеспечен ряд практических аспектов, включая подготовку пациентов, приобретение изображений и протоколы реконструкции. Кроме того, рукопись будет охватывать пользовательский интерфейс программного обеспечения ORG и конкретные варианты, которые могут быть сделаны при выполнении дыхательных gating во время ПЭТ-изображения. Наконец, обсуждается влияние ORG на обнаруживаемость поражения и количественную оценку изображений, как показано в предыдущих исследованиях.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Все процедуры, выполняемые с участием людей, соответствовали этическим стандартам внутреннего совета по обзору (IRB) медицинского центра Университета Радбуда, а также Хельсинкской декларации 1964 года и ее более поздним поправкам или сопоставимым этическим стандартам. Алгоритм ORG является конкретным продуктом поставщика и доступен на семейство ПЭТ/КТ Siemens Biograph mCT и более новых моделях ПЭТ/КТ.

1. Подготовка пациентов

  1. Пациент anamnesis
    1. Проверьте имя пациента и дату рождения. Критерии включения аналогичны обычному не закрытому ПЭТ-сканированию. Дополнительные критерии в или исключении не требуются.
    2. Проверьте этикетку, доставленную со шприцем, содержащим радиотракер (имя, дата рождения и количество деятельности).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Объем активности, вводимой пациенту, зависит от массы тела пациента и может варьироваться в зависимости от учреждений (в этом протоколе предлагается количество 3,2 МБК/кг).
    3. Убедитесь, что клиническая информация в анкете верна, опросив пациента. Спросите пациента, были ли какие-либо недавние соответствующие изменения в лечении или лекарства.
    4. Спросите пациента, есть ли у него сахарный диабет (DM). В случае, если у пациента есть ДМ, спросите, соблюдал ли он соответствующий препарат (т.е. не введения короткого рабочего инсулина менее чем за 4 часа до ПЭТ-сканирования, или использование средств снижения глюкозы в крови (таких как метформин).
    5. Спросите пациента, есть ли у него аллергия или он использует антикоагулянты.
    6. Измерьте уровень глюкозы в крови пациента, применив каплю крови, полученную путем укола кончика пальца пациента на специальной тест-полоске (глюкоза в сыворотке крови не должна превышать 11,0 ммоль/л).
    7. Объясните пациенту процедуры подготовки и визуализации.
  2. Администрация радиотракера
    1. Безопасный венозный доступ к пациенту путем вставки периферической венозной канюли в одной из предтекубитальных вен.
    2. Прикрепите трехмерную систему стоп-кран с блокировкой Luer к шприцу 20 мл, содержащем солевой раствор (это вторичный шприц).
    3. Промыть три способа остановки петух системы с солевым раствором (с целью деаэрации).
    4. Прикрепите три способа остановки петух со шприцем к концу венозной канюлы.
    5. Проверьте, является ли венозная канюля патентом, тщательно промыв 10 мл солевого раствора через канюлю (спросите пациента, есть ли у него какие-либо жалобы во время промывки).
    6. Прикрепите шприц, содержащий радиотракер (первичный шприц) к трем способам остановки петуха. Поверните клапаны трех способов остановки петуха так, что направление потока жидкости через систему проходит от шприца, содержащего радиотракер к периферической венозной канюле. Администрирование радиотракера путем медленного нажатия поршеня шприца (шприц, содержащий трассировщик, помещается в специальный свинцово-защищенный контейнер).
    7. Включите клапаны трех способов остановки петух таким образом, что шприц, содержащий солевой подключен к первичному шприцу (который содержал радиотракер) и промыть шприц, чтобы промыть любой остаточный радиотрактер из шприца.
    8. Включите клапаны трех способов остановки петуха и нажмите поршень первичного шприца для управления любой остаточный радиотрактер, оставшийся в шприце к пациенту.
    9. Повторите шаг 1.2.7. и 1.2.8. три раза.
    10. Поверните три пути остановить петух (для предотвращения обратного потока крови из вены пациента) и отделить первичный шприц. Прикрепите третий шприц, содержащий фуросемид, поверните три пути остановить петух снова и управлять 0,5 г / кг фуросемида (с максимальным количеством 10 мг), нажав поршень шприца. Удалите периферическую венозную канюлю и нанесите давление на место прокола с помощью стерильной повязки. Проверьте, нет ли значительного кровотечения и от места прокола и исправить повязку с помощью медицинской ленты.
  3. Инкубация пациентов
    1. Дайте пациенту отдохнуть в удобном положении, желательно в тускло освещенной комнате, в течение 50 минут.
    2. Через 50 минут поручите пациенту аннулировать мочевой пузырь.
    3. В 55 минут, сопроводите пациента к сканеру и положение пациента на спине с руками на кровати сканера. Используйте соответствующую поддержку руки, чтобы сделать его максимально удобным для пациента. Если пациент не в состоянии поднять руки, сканирование может быть выполнено с положением рук рядом с пациентом.
    4. Наблюдайте за дыханием пациента и закрейте дыхательный пояс вокруг грудной клетки пациента (обычно оптимальное положение находится прямо под грудной клеткой). Убедитесь, что датчик находится в месте, где экскурсия брюшной стенки идентифицируется после визуального осмотра (обычно на 5-7 см от средней линии). Защитите ремень вокруг пациента с помощью Velcro на основе системы закрытия.
    5. Проверьте на дисплее сканера, остается ли респираторный сигнал в пределах минимального и максимального диапазона (если дыхательный сигнал обрезается, прикрепляйте или затяните ремень соответствующим образом).
    6. Совет: Убедитесь, что ремень крепится достаточно плотно вокруг груди пациента. Учитывая, что пациенты вступают в более расслабленное состояние через некоторое время, респираторный сигнал имеет тенденцию к падению (базовый дрейф сигнала). Это предотвращает выход сигнала за пределы, тем самым сохраняя высокое качество суррогатного сигнала, который используется для дыхательного гатинга.
    7. Начните сканирование через 60 минут после инкубации.

2. Приобретение и реконструкция изображений

  1. Выбор протокола
    1. Выберите протокол всего тела на сканере. Это можно сделать, перемещая курсор по соответствующей категории протокола (указывается кругами рядом с иконой пациента в экзаменационной карте), и нажмите на соответствующий протокол(рисунок 3).
    2. Протокол приобретения ORG начнется с скаутского сканирования (топограммы) пациента. Чтобы инициировать приобретение топограммы, нажмите клавишу запуска сканера (желтый круглый ключ со знаком излучения) на коробке управления сканером(рисунок 4). Чтобы остановить или прервать приобретение топограммы, нажмите клавишу приостановки или остановки соответственно.
    3. Начните с планирования ПЭТ-позиции кровати на топограмме. Это можно сделать, нажав кнопку левой мыши на топограмме и установив диапазон сканирования.
    4. Выберите постельное положение, которое необходимо исправить для дыхательных движений(рисунок 5).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Это "закрытые" кровати позиции, которые охватывают грудной клетки. Позиции «закрытой» кровати записываются в listmode. В зависимости от клинических показаний, постельное положение, покрывающее верхнюю часть живота, также может быть закрыто (например, при визуализации показаны повреждения печени или поджелудочной железы). Для не-закрытых позиций кровати, это только необходимо записать синограммы для реконструкции изображения.
    5. Установите время записи изображений для положения ПЭТ-кровати(рисунок 5).
      ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от количества инъекционной активности, продолжительность сканирования закрытых позиций кровати должна быть адаптирована для обеспечения достаточного качества изображения. Кроме того, определяется время записи закрытых кроватных позиций в сочетании с циклом службы, используемым для реконструкции изображения закрытых по мест кровати, определяется время записи закрытых положений кровати. Например, для цикла пошлины в 35%, удлинение сканирования на фактор 3 дает примерно аналогичную статистику для закрытых и закрытых позиций кровати. Предлагаемый протокол изображения в Медицинском центре Университета Радбуда является время записи для не-закрытых позиций кровати 2 минуты, в то время как для закрытых позиций кровати время записи составляет 6 минут, используя цикл службы 35%
    6. После настройки параметров приобретения нажмите и удерживайте стартовый ключ (желтая круглая кнопка с радиационным знаком) на ящике управления сканером и подождите, пока кровать сканера не вернется в исходное положение. Нажмите стартовый ключ снова, чтобы получить низкую дозу КТ от пациента (голова к ногам). После получения КТ нажмите стартовый ключ, чтобы инициировать ПЭТ-сканирование.
    7. Во время получения изображения регулярно проверяйте пациента и качество дыхательного сигнала (при необходимости отрегулируйте дыхательный пояс).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Регулировка ремня должна проводиться только тогда, когда не приобретаются дыхательные закрытые кровати. Таким образом, корректировки должны быть сделаны до или после того, как эти позиции кровати приобретаются. Корректировка ремня при приобретении закрытого положения кровати повлияет на качество изображений ORG. Тщательное наблюдение за респираторным сигналом и возможная регулировка дыхательного ремня перед приобретением закрытых позиций кровати необходимы для противодействия любому значительному дрейфу сигнала во время ПЭТ-сканирования.
  2. Реконструкция изображения
    1. Просмотрите дыхательный сигнал, который был приобретен, и выберите соответствующий цикл службы для закрытых позиций кровати(рисунок 6).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Диапазон амплитуды, используемый для дыхательного гатинга, накладывается на респираторный сигнал). Проверьте наличие несо константы или базовых сугробов в респираторном сигнале, которые могут повлиять на качество дыхательного гатинга.
    2. Выберите протокол реконструкции изображения, оптимизированный для просмотра(рисунок 7). Обычно это протокол реконструкции изображения с высоким разрешением с меньшими размерами вокселя для обнаружения небольших повреждений. Важно понимать, что алгоритм ORG вычислит оптимальный диапазон амплитуды с помощью всего респираторного сигнала выбранных позиций кровати. Хотя различные циклы обязанности могут быть использованы для различных позиций кровати (например, для коррекции для различного качества дыхательного сигнала), используя различные циклы службы для различных позиций кровати не рекомендуется, учитывая, что это приведет к изменениям в качестве изображения между различными позициями кровати.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Вот пример протокола реконструкции изображения для просмотра:
      • Алгоритм: TrueX и TOF (UltraHD PET)
      • Количество итераций:3
      • Количество подмножеов: 21
      • Размер матрицы: 400 × 400
      • Пост-реконструкция фильтрации, ядро (3D Gaussian), полная ширина половины максимума (FWHM): 3,0 мм
      • Обязанность цикла 35%
    3. Кроме того, реконструировать ПЭТ-изображения с протоколом, соответствующим инициативе Research4Life (EARL) для количественной ПЭТ-изображения. Это, как правило, изображения с более низким разрешением с конкретной после реконструкции фильтрации применяется.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Вот пример протокола реконструкции изображения для количественной оценки изображений:
      • Алгоритм: TrueX и TOF (UltraHD PET)
      • Количество итераций: 3
      • Количество подмножеов: 21
      • Размер матрицы: 256
      • Пост-реконструкция фильтрации, ядро (3D Gaussian), полная ширина половины максимума (FWHM): 8,0 мм
      • Обязанность цикла 35%
    4. Отправьте восстановленные изображения в архив PACS. Изображения теперь готовы к оценке врачом ядерной медицины

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Использование ORG в ПЭТ приводит к общему сокращению респираторного размытия изображений. Например, в клинической оценке пациентов с не-малоклеточным раком легких (NSCLC), ORG привело к обнаружению более легочных поражений и илар / медиастинальныхлимфатических узлов 20. Это легко продемонстрировать на рисунке 8 и рисунке 9, показывая не-закрытые и ORG ПЭТ изображения пациентов с NSCLC.

В частности, ORG привела к изменениям в управлении у пациентов с ранней стадией заболевания (I-IIB), где выявление дополнительных поражений лимфатических узлов может существенно повлиять на назначенное лечение и дополнительные диагностические процедуры, необходимые. Эти результаты подтверждаются исследованием, проведенным ван дер Гухт и др. для поражений, расположенных в верхней части живота21. Использование ORG привело к выявлению большего количество поражений в FDG-PET пациентов с печеночными и перихепатически расположенных поражений. Хотя эти результаты свидетельствуют о том, что использование ORG может привести к улучшению диагностики и постановки пациентов, точное клиническое воздействие ORG остается неясным.

Количественная оценка изображения значительно влияет, когда ORG был использован для коррекции ПЭТ-изображений для дыхательных движений, особенно для легочных поражений, расположенных вблизи диафрагмы и хиларных областей легких. В исследовании, исследуя последствия ORG в 66 больных раком легких, было статистически значимое увеличение среднего внедорожника (SUVозначает) поглощение в org изображения по отношению к не-закрытых изображений ПЭТ. По сравнению с не закрытыми ПЭТ-изображениями, ORG ПЭТ изображения показали увеличение внедорожника среднем 6,2± 12,2%(plt;0.0001), 7,4±13,3% (стр.00,0001) и 9,2±14,0% (п.л.;0,0001), для циклов пошлины 50%, 35% и 20% соответственно12.

Кроме того, при работе ORG наблюдалось статистически значимое снижение метаболических объемов поражений. Эти объемы были сегментированы с использованием региона, растущего фиксированным порогом (40% от максимального поглощения (SUVmax)) алгоритма сегментации. Снижение составило 6,9±19,6%(п.п.02),8,5±19,3%(п.л.; 0,000 1), и 11,3±20,2%(p'lt;0.0001) для циклов пошлины 50%, 35% и 20% соответственно12. Значительное увеличение поглощения и уменьшение метаболического объема указывают на эффективное удаление искусственного размытия изображения из ПЭТ-изображений при исполнении ORG. Кроме того, было показано, что влияние артефактов дыхательных движений на количественную оценку поглощения и объема поражения зависит от анатомического местоположения. Произошло лишь значительное увеличение среднего количествавнедорожников и уменьшение объема поражений, расположенных в нижних долях легких и централизованно (особенно хиларных) расположенных поражениях. Эффект анатомического расположения легко демонстрируется на рисунке 10, показывая два различных поражения NSCLC у одного пациента. Кроме того, сравнение реконструированных изображений ORG PET с циклом обслуживания 35% с их не закрытыми эквивалентными изображениями показало, что уровни шума изображения сопоставимы, демонстрируя, что качество изображения остается неизменным при использовании ORG12.

Связь между циклом службы и шумом изображения была продемонстрирована путем расчета коэффициента изменения (COV) поглощения FDG в незатронутой паренхиме легких. COV в закрытых изображений, используя все имеющиеся данные, в среднем 26,1±6,4%, в то время как COV в ORG ПЭТ изображения реконструированы с циклом службы 20% составил 39,4±7,5%. Существует несущественая разница в COV между ORG ПЭТ изображения реконструированы с циклом службы 35% (32,8±6,4%) и их не закрытые эквивалентные изображения (31,8±5,6%). На рисунке 11 показаны два различных ORG ПЭТ и закрытые ПЭТ-изображения с разным статистическим качеством. Эта цифра свидетельствует о том, что снижение цикла пошлины увеличивает количество шума, в то время как качество изображения ORG PET, реконструированного с циклом службы 35%, и не закрытое эквивалентное изображение остается неизменным. Хотя ORG приводит к значительному сокращению объема поражения, как количественно на ПЭТ изображения, абсолютное сокращение объема не дали существенного щадящей дозы радиации доставлены в органы риска (OARs) во время планирования лучевой терапии, как попродемонстрировано в другомисследовании 22.

Размывание эффект дыхательных движений также влияет на количественную оценку внутрио опухолевой неоднородности. В когорте из 60 пациентов NSCLC, ORG привело к статистически значимым различиям в текстуре особенность количественной оценки поражений в средней и нижней доляхлегких 23. Для текстурных функций; высокоинтенсивный акцент (HIE), энтропия, процент зоны (ЗП) и непохожесть, относительный рост составил 16,8% ± 17,2%(п. 0,006), 1,3% ± 1,5%(п. 0,02), 2,3% ± 2,2%(р 0,002), 11,6% ± 11,8%(р 0,006) между изображениями ORG PET и их не закрытыми эквивалентными ПЭТ-изображениями. Количественная оценка внутриохоуловидной неоднородности не была существенно затронута при поражениях в верхних долях легких. Среднее снижение этих текстурных особенностей составило 1,0% ± 7,7%(п. 0,3), 0,35% ± 1,8%(п. 0,3), 1 0,7% ± 13,2%(р 0,4), и 0,4% ± 2,7%(р 0,5), для непохожести, энтропии, HIE, и КП соответственно. Кроме того, не было существенной разницы между ORG и не закрытыми ПЭТ-изображениями для центрально расположенных повреждений, со средним увеличением на 0,58% ± 3,7% (P 0,6), 5,0% ± 19,0% (П 0,4), 19,0% 0,59% ± 4,0% (P 0,9), и 4,4% ± 27,8% (P 0,4), для энтропии, непохожесть, ЗП и HIE соответственно. Хотя количественная оценка текстурных особенностей была значительно затронута для поражений, расположенных в средней и нижней долях легких, многовариантные модели регрессии Кокса для выживания не были существеннозатронуты 23. Помимо количественной оценки внутриохуморной неоднородности поражений легких, движение дыхательных путей может привести к значительным изменениям в количественной оценке внутриохуморной неоднородности поражений, расположенных в верхней части брюшной полости. Это легко понять в исследовании, исследуя влияние ORG на количественную оценку пациентов с аденокарциномой проток поджелудочной железы (PDAC)24. Удаление артефактов дыхательных движений из ПЭТ-изображений с помощью ORG значительно влияет на количественную оценку текстурных особенностей поражений PDAC. Было отмечено, что корреляция рассчитанных особенностей текстуры с общей выживаемости была существенно затронута.

Figure 1
Рисунок 1: a) Физиологическое распределение 18F-фтордеоксигликозы (FDG) у пациента, перенесший позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ). Существует значительное поглощение FDG в сердце, мозге и печени пациента. б)Увеличение FDG-поглощения в нескольких легких, лимфатических узлов и отдаленных метастазов у пациента с IV стадией не-малого клеточного рака легких (NSCLC), демонстрируя преференциальное поглощение FDG при раковых поражениях по сравнению с большинством других не затронутых тканей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 2
Рисунок 2: Фазовая и амплитудная гатирование в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). а)Фазовая гатирование, б) амплитуда на основе гэтинга и с)оптимальное респираторное гатирование (ORG). Во время фазового gating, каждый дыхательный цикл подразделяется на фиксированное количество ворот (в данном случае 4). Данные, собранные в определенных воротах, будут использованы для реконструкции изображения, с которого будут удалены основные компоненты дыхательных движений. Амплитуда на основе gating опирается на определение верхней и нижней амплитуды предела. Подходы к респираторной подготовиме на основе амплитуды обычно опираются на спецификацию амплитудного диапазона пользователем. Данные, собранные при падении респираторных сигналов в пределах определенного диапазона амплитуды, будут использоваться для реконструкции изображения. Алгоритм оптимального респираторного гатинга (ORG) использует такой подход на основе амплитуды и вычислит оптимальный диапазон амплитуды на основе цикла службы (процент данных ПЭТ, необходимых для реконструкции изображения) при условии. В качестве оптимального диапазона амплитуды (W) выбирается самый маленький диапазон амплитуды, который по-прежнему содержит указанный объем данных, необходимых для реконструкции изображения (общая сумма областей, затененных синим цветом). Для достижения этой цели алгоритм ORG регулирует верхний предел (U) для различных значений нижнего предела (L). Как правило, увеличение количества ворот или уменьшение диапазона амплитуды приведет к более эффективному отторжению дыхательных движений за счет повышенного шума изображения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 3
Рисунок 3: Выбор соответствующего протокола визуализации. Протокол предопределенной визуализации можно выбрать, выбрав протокол из определенной категории (пропылесосив мышь над категориями протокола (указанный красным ящиком) и выбрав протокол из меню высадки). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 4
Рисунок 4: Различные клавиши на коробке управления сканеров Siemens mCT и Horizon PET/CT. 1) Перемещение ключа, используемого для перемещения таблицы пациента в следующее измерительное положение, 2) Разгрузите ключ пациента: используется для перемещения пациента стол в положение разгрузки после получения изображения, 3) Стартовый ключ: Используется для запуска сканирования, знак предупреждения об излучении (4) загорается во время приобретения изображения, 4) Радиационная предупреждая лампа: Указывает и обеспечивает предупредительный сигнал, когда рентгеновская трубка находится на, 5) Приостановить ключ: Используется для проведения процедуры сканирования. Это предпочтительный метод прерывания сканирования до завершения. Опция приостановки позволяет перезапустить протокол изображения в точке была остановлена, 6) Услышать ключ пациента: Нажмите этот ключ, чтобы услышать пациента, свет диод указал, что прослушивание соединение является активным, нажмите этот ключ снова освободить прослушивание связи, 7) Громкоговоритель, 8) Звоните пациенту ключ: Удерживайте этот ключ во время разговора с микрофоном (10), чтобы обеспечить инструкции для пациента, 9) Стоп ключ: Используется для немедленной остановки процедуры сканирования, используется в случае чрезвычайной ситуации, 10) Микрофон. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 5
Рисунок 5: После приобретения топограммы, время приобретения различных позиций кровати должны быть указаны (в вкладке 'Routine'). В этом примере закрытые положения кровати регистрируются в течение 6 минут (кровать 2), в то время как незаготовные положения кровати приобретаются в течение 2 минут (кровать 1 и 3). Позиции gated bed (выделенные оранжевым цветом в топограмме) можно установить, установив опцию 'Physio' на 'On' во второй колонке. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 6
Рисунок 6: Дыхательная волновая форма пациента отображается в верхней части приборной панели вместе с гистограммой частоты дыхания (нижняя часть) во вкладке "Trigger". Цикл пошлины можно выбрать из выгрузочного меню справа (в данном случае 35%). Этот протокол имеет стандартное время приобретения изображения 6 минут на кровать позиции для закрытых позиций кровать и 2 минуты для не-закрытые позиции кровать. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 7
Рисунок 7: Выбор протокола реконструкции изображения (вкладка Recon), детали реконструкции изображения могут быть указаны для каждого протокола путем заполнения соответствующих полей. Для просмотра в протоколе реконструкции изображения с высоким разрешением рекомендуется предоставить подробную информацию в реконструированных ПЭТ-изображениях. Для количественной оценки поглощения радиотрактеров на ПЭТ-изображениях рекомендуется использовать протокол реконструкции, соответствующий требованиям EARL. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 8
Рисунок 8: Закрытые и оптимальные закрытые (ORG) FDG-PET-CT изображения пациента с не-мелкоклеточным раком легких (NSCLC). На этом рисунке показаны не закрытые(a)и ORG PET(b)изображения лимфатического узла hilar на станции X у пациента с одиночным поражением NSCLC в левой нижней доле. Изображение ORG PET реконструировано с 35%-ным циклом. Снижение размытия эффектов дыхательных движений привело бы к повышению этого пациента от cT1N0M0 до cT1N1M0 и требование для гистологической оценки хиларного лимфатического узла с помощью эндобрончиального ультразвука (EBUS). Эта цифра была изменена из Grootjans et al. (Рак легких 2015). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 9
Рисунок 9: Не закрытое (а) и оптимальное респираторное закрытое (ORG) b) FDG-PET-CT изображение первичного поражения NSCLC и поражения спутника в правом легком. Первичное поражение указывается на 'p', в то время как поражение спутника указывается 's' в этой цифре. Дыхательные gating у этого пациента привело к улучшению контрастного восстановления спутниковых поражений, прилегающих к первичному поражению. Наличие поражения было подтверждено на последующей КТ-изображения, хотя эти выводы не будут иметь существенное влияние клинического управления для этого пациента, ORG привело к обнаружению дополнительно легочных поражений. Эта цифра была изменена из Grootjans et al. (Рак легких 2015). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 10
Рисунок 10: Не закрытые и оптимальные дыхательные закрытые (ORG) FDG-PET-CT изображения пациента с поражениями NSCLC в левой нижней доле и легких hilum. Этот пример показывает влияние дыхания индуцированного движения размытия на визуализацию и количественную оценку поражений NSCLC. а)Не-gated ПЭТ изображение, изображающее поражение в левой нижней доле, б) ORG ПЭТ изображение, реконструированное с циклом службы 35% поражения в левой нижней доле, с) Не-gated ПЭТ изображение, изображающее поражение в левом легком hilum, d) ORG ПЭТ изображение, реконструированное с циклом службы 35% поражения в левом легком. У этого пациента, поражение, расположенное в рукоятке легких подвергается значительному дыханию индуцированного движения, показывая большое влияние на количественную оценку поглощения поражения и метаболического объема, когда ORG выполняется. При этом поражении наблюдалось увеличение среднего стандартизированного значения поглощения (SUVmean) на 31,9% и снижение объема обмена веществ на 23,0%. Влияние дыхательных движений на количественную оценку поглощения и объема поражения составило 5,3% и 1,9% соответственно на поражение в верхней доле легких. Эта цифра была изменена из Grootjans et al. (Eur Radiol 2014). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 11
Рисунок 11: Сравнение оптимально дыхательных закрытых (ORG) и не-закрытых ПЭТ-изображений с различными подсчетами статистики у пациента с IV стадией неалкогольного рака легких (NSCLC). Левая колонка (a и c) отображает не закрытые ИЗОБРАЖЕНИЯ ПЭТ, реконструированные со всеми(a)и 35%(c)записанных данных. Сравнение изображений a и c показывает, что уровень шума увеличивается, когда меньше данных используется для реконструкции изображения, особенно заметно в областях относительно однородного поглощения, таких как печень (указывается звездочкой 'к'). Столбец справа(b и d)отображает изображения ORG PET, реконструированные с 50% и 35% циклом службы. Эти изображения показывают, что количество шума увеличивается при снижении цикла службы. Сравнение не-gated ПЭТ-изображения (c) с его ORG ПЭТ эквивалент (d) показывает, что респираторный эффект размытия уменьшается в изображении ORG, что отражается на очевидном размере метастатического поражения в надпочечниках (указывается с плюсом знак 'К') и почечные calices левой почки (указывается с 'x'). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

В сообществе ядерной медицины, ухудшение воздействия респираторных артефактов движения в ПЭТ-изображений были хорошо признаны в течение длительного времени. Во многих исследованиях было показано, что размытие эффекта респираторных артефактов движения может существенно повлиять на количественную оценку изображения и обнаруживаемость поражения. Несмотря на то, что было разработано несколько методов респираторного гатинга, респираторный гатинг в настоящее время широко не используется в клинической практике. Это, в частности, связано с переменным качеством изображения, неприемлемым продлением времени получения изображений и не идеальной интеграцией дыхательного гатинга в клинический протокол визуализации всего тела. Преимущество ORG заключается в том, что он позволяет удобную интеграцию в стандартный протокол ПЭТ-изображения всего тела, что позволяет легко интегрировать несколько закрытых и закрытых позиций кровати в одном изображении. Кроме того, алгоритм ORG учитывает специфические характеристики всего респираторного сигнала, такие как фазы плато, при расчете оптимального диапазона амплитуды, в то время как пользователь имеет возможность непосредственно указать качество изображения реконструированных ПЭТ-изображений, указав цикл службы. Однако, как и многие другие методы дыхательного гатинга, ORG требует использования внешних датчиков, которые используются для выполнения дыхательных gating. Кроме того, в зависимости от используемого цикла службы отбрасывается значительный объем ПЭТ-данных, которые не используются для реконструкции конечного изображения. Таким образом, успешное респираторное приутяжие с ORG опирается на надлежащее отслеживание движения дыхательных путей с помощью внешних датчиков и удлинение времени получения изображения или количество введенной активности для пациентов. Трудности, связанные с использованием датчиков вдохновили развитие данных, управляемых, или датчик менее дыхательных подходов25,26,27. Эти методы, управляемые данными, опускают потребность во внешнем суррогатном сигнале, извлекая информацию о движении дыхания из данных ПЭТ-режима. Такие методы, основанные на данных, были разработаны несколькими поставщиками ПЭТ и были предложены в качестве клинически применимых альтернатив методам на основе датчиков, облегчая рутинное ПЭТ-респираторное заготовку в клинической практике.

В дополнение к исключительно извлечению информации о дыхательных движениях из данных ПЭТ, новые методы позволяют использовать все ПЭТ-данные, записанные для реконструкции изображения28. Эти компенсированные движением реконструкции изображения выполняются путем упругого преобразования ПЭТ-данных из различных дыхательных фаз в единое изображение, из которого удаляются артефакты движения. По сравнению с традиционными датчиками на основе дыхательных gating, движение компенсируется реконструкция не требует удлинения времени захвата изображения и предотвратить использование дополнительного оборудования во время gating. Эти методы эффективно удаляют дыхательные движения из ПЭТ-изображений, сохраняя при этом качествоизображения 29. Кроме того, с появлением гибридной ПЭТ и магнитно-резонансной (MR) визуализации, были разработаны несколько методов, которые используют информацию о движении, полученную из MRдля коррекции ПЭТ-изображений 30,31,32,33. Хотя эти методы существовали в течение некоторого времени в условиях исследований, первые управляемые данными методы респираторного отмытия вышли на рынок. Тем не менее, большинство из этих методов все еще находятся в стадии активного развития и постоянного совершенствования и более крупные клинические исследования необходимы для оценки производительности и надежности таких алгоритмов.

Хотя дыхательные методы закрытых в основном сосредоточены на коррекции ПЭТ-изображений для респираторных артефактов движения, эти алгоритмы обычно не принимают во внимание приобретенные данные КТ. В клинической практике, низкие дозы (LD) КТ, как правило, выполняется без предоставления дыхательных инструкций. Регистрация LDCT, приобретенного, когда пациент свободно дышит, может привести к значительному пространственному несоответствию между дыхательным закрытым ПЭТ и LDCT, особенно для анатомических структур, которые движутся во времядыхания 34. В дополнение к точной локализации поглощения радиотракера, LDCT используется для коррекции коррекции ПЭТ-изображений. Таким образом, эффект пространственного несоответствия между ПЭТ и КТ может привести к глубоким количественным неточностям в ПЭТ, особенно когда поглощение радиотракера находится вблизи структур с большими различиями в плотности, таких как легочная и костная ткань. Некоторые авторы исследовали различные методы синхронизации получения изображений, чтобы уменьшить пространственное несоответствие между ПЭТ и КТ-изображениями. Один из предлагаемых методов включает в себя предоставление дыхательных инструкций пациенту во время приобретения КТ. Хотя стандартные инструкции по дыханию КТ в сочетании с ORG не дали улучшения пространственного соответствия между КТ и ПЭТ35,инструкции для пациентов, основанные на том же диапазоне дыхательных сигналов и амплитуды, используемых для ORG, действительно приводят к общему улучшению пространственного соответствия между ПЭТ иКТ 36. Тем не менее, эти методы чувствительны к изменениям в инструкциях оператора и интерпретации пациента. Улучшенные результаты были получены путем выполнения учебных занятий с пациентом до ПЭТ-КТ изображений. Однако, учитывая, что некоторые пациенты испытывают трудности с соблюдением этих инструкций дыхания из-за нарушения физического состояния, успех может оставаться переменной в клинических условиях. Другие подходы включают в себя использование дыхательных срабатывает КТ, где респираторный сигнал используется для запуска КТ приобретения34. Такой подход в сочетании с ORG привел к значительному сокращению пространственного несоответствия между ПЭТ и КТ изображениями. В исследовании оценки вызвано стандартный протокол КТ показал увеличение внедорожникмакс ивнедорожник среднем 5,7% ± 11,2% (P Lt; 0,001) и 6,1% ± 10,2% (P 0,001), соответственно. Хотя для того, чтобы соответствовать ПЭТ и КТ-изображениям, было предложено провести полную 4D-КТ-гатинг, такие стратегии не применимы в обычной клинической практике, учитывая неприемлемо высокое радиационное облучение пациента. Различные методы снижения пространственного несоответствия между ПЭТ и КТ изображения по-прежнему в стадии оценки их эффективности и клинической полезности.

Хотя движение дыхательных путей значительно влияет на количественную оценку изображений ПЭТ, остается много других технических факторов, которые должны быть приняты во внимание для поддержания воспроизводимости и количественной точностиПЭТ-изображений 11. Эти факторы связаны с подготовкой пациентов, настройками приобретения изображений и протоколами реконструкции. Важно придерживаться строгих протоколов приобретения, включая использование аналогичных процедур подготовки пациентов, оценку поглощения радиотракера в определенных точках времени, а такжепараметры сканирования и реконструкции 11,37. В этой связи Европейская ассоциация ядерной медицины (EANM) предоставляет руководящие принципы по количественным FDGPET-CT для многоцентровых сравнений. Было показано, что гармонизация протоколов изображений с использованием стандартизированных руководящих принципов приводит к общему улучшению сопоставимости ПЭТ-изображений из различныхучреждений 38.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют об отсутствие конфликта интересов.

Acknowledgments

Авторы хотели бы поблагодарить Ричарда Рагу за предоставление ПЭТ-изображений, показанных на рисунке 1.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sensor Port, sensor, black box, wave deck, elastic band, load cell sensor (complete set) anzai medical co. respiratory gating system AZ-733V http://www.anzai-med.co.jp/en/product/item/az733v

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Исследования рака выпуск 161 Дыхательные gating Квантификация изображения Позитронная эмиссионная томография Не-малый рак легких клеток Радиомика Планирование лучевой терапии
Управление респираторного движения артефактов в <sup>18</sup>F-фтордеоксиглукозы позитронно-эмиссионной томографии с использованием Амплитуды основе оптимального респираторного gating алгоритм
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Grootjans, W., Kok, P., Butter, J.,… More

Grootjans, W., Kok, P., Butter, J., Aarntzen, E. Management of Respiratory Motion Artefacts in 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography using an Amplitude-Based Optimal Respiratory Gating Algorithm. J. Vis. Exp. (161), e60258, doi:10.3791/60258 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter