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

Genlik Tabanlı Optimal Solunum Gating Algoritması Kullanılarak 18F-florrodeoksiglukoz Pozitron Emisyon Tomografisinde Solunum Hareket Etoburlarının Yönetimi

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

Genlik bazlı optimal solunum gating (ORG) etkili klinik 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) pozitron emisyon tomografisi (PET) görüntüleri solunum kaynaklı hareket bulanıklığı kaldırır. Bu solunum hareket leri için FDG-PET görüntülerinin düzeltilmesi görüntü kalitesini, tanısal ve nicel doğruluğu artırır. Pet kullanan hastaların yeterli klinik yönetimi için solunum hareket bulgularının çıkarılması önemlidir.

Abstract

Pozitron emisyon tomografisi (PET) X-ışını bilgisayarlı tomografi (BT) ile birlikte çeşitli hastalıkların doğru tanı ve klinik evreleme için gerekli olan önemli bir moleküler görüntüleme platformudur. PET görüntülemenin avantajı, vivo'da çok sayıda biyolojik süreci yüksek hassasiyet ve doğrulukla görselleştirebilme ve ölçebilme yeteneğidir. Ancak, PET görüntülerinin görüntü kalitesini ve nicel doğruluğunu belirleyen birden çok faktör vardır. Toraks ın PET görüntülemesinde ve üst karın da görüntü kalitesini etkileyen en önemli faktörlerden biri solunum hareketidir ve anatomik yapıların solunumuna bağlı hareket bulanıklığı ile sonuçlanır. Pet görüntülerinin en uygun görüntü kalitesi ve nicel doğruluğunu sağlamak için bu eserlerin düzeltilmesi gereklidir.

Çeşitli solunum gating teknikleri geliştirilmiştir, genellikle PET verileri ile aynı anda bir solunum sinyali edinimi güvenerek. Elde edilen solunum sinyaline göre, hareketsiz bir görüntünün yeniden inşası için PET verileri seçilir. Bu yöntemlerin PET görüntülerinden solunum hareketlerini etkili bir şekilde uzaklaştırıldığı gösterilmiş olsa da, performans elde edilen solunum sinyalinin kalitesine bağlıdır. Bu çalışmada genlik bazlı optimal solunum gating (ORG) algoritması kullanımı tartışılmıştır. Diğer birçok solunum gating algoritmaları aksine, ORG yeniden inşa PET görüntülerde reddedilen hareket miktarı karşı görüntü kalitesi üzerinde kontrol e-izin verir. Bu, elde edilen vekil sinyaline ve kullanıcı tarafından belirtilen görev döngüsüne (görüntü yeniden yapılandırmada kullanılan PET verilerinin yüzdesi) dayalı olarak optimum genlik aralığı nın hesaplanmasıyla elde edilir. En uygun genlik aralığı, görüntü yeniden yapılandırması için gerekli PET veri miktarını hala içeren en küçük genlik aralığı olarak tanımlanır. ORG'un toraks ve üst karın PET görüntülemesinde solunuma bağlı görüntü bulanıklığı etkili bir şekilde çıkarılmasıyla sonuçlandığını, bu da görüntü kalitesinin ve kantitatif doğruluğun iyileştiği gösterilmiştir.

Introduction

Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) X-Ray bilgisayarlı tomografi (BT) ile birlikte çeşitli hastalıkların doğru tanısı ve klinik evreleme için klinik uygulamada yaygın olarak kabul gören bir görüntüleme aracıdır1. PET görüntülemenin avantajı, vivo'da çok sayıda biyolojik süreci yüksek hassasiyet ve doğrulukla görselleştirebilme ve ölçebilme yeteneğidir2. Bu, hastaya radyoaktif etiketli bir bileşiğin, radyotracer olarak da bilinen intravenöz olarak verilmesiyle elde edilir. Kullanılan radyotracer bağlı olarak, glukoz metabolizması gibi doku özellikleri, hücresel proliferasyon, hipoksi derecesi, amino asit taşıma, ve protein ve reseptörlerin ekspresyonu, görselleştirilmiş ve sayısallaştırılmış2.

Klinik uygulamada çeşitli radyotracerler geliştirilmiş, doğrulanmış ve kullanılmış olsa da, radyoaktif glukoz analogu 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) klinik uygulamada en yaygın olarak kullanılan radyotracer'dir. FDG'nin glikolitik oranı yüksek hücrelerde (yani yüksek glikoz alımı ve enerji üretimi için pirüde dönüşüme sahip hücreler) ağırlıklı olarak biriktiği göz önüne alındığında, farklı metabolik durumlarla dokuları ayırt etmek mümkündür. Glukoza benzer şekilde, FDG alımının ilk adımı plazma zarı üzerindeki hücre içi uzaya ekstra hücresel uzaya taşınmasıdır, glikoz taşıyıcıları (GLUT)3. FDG hücre içi uzaya çıktıktan sonra hekokinazların fosforilasyonunu FDG-6-fosfat üretimine neden olur. Ancak, glukoz-6-fosfatın aksine, FDG-6-fosfat ikinci (2') karbon pozisyonunda hidroksil (OH) grubunun bulunmaması nedeniyle krebs döngüsüne daha fazla aerobik dissimilasyon için giremez. FDG-6-fosfatın fdg'ye geri dönmesi, çoğu dokuda neredeyse hiç oluşmadığı için ters reaksiyon, fdg-6-fosfat hücre içi3. Bu nedenle, FDG alımının derecesi plazma zarında GLUT (özellikle GLUT1 ve GLUT3) ifadesine ve heksokinazların hücre içi enzimatik aktivitesine bağlıdır. FDG'nin sürekli alımı ve bindirmesi kavramımetabolik bindirme olarak adlandırılır. FDG'nin yüksek metabolik aktiviteye sahip dokularda tercihen birikmesi Şekil 1a'dagösterilmiştir ve bir hastada FDG'nin fizyolojik dağılımını gösterir. Bu FDG-PET görüntü kalp yüksek alımı gösterir, beyin, ve karaciğer dokularında, hangi normal koşullar altında metabolik olarak aktif organlar olduğu bilinmektedir.

Dokuların metabolik durumundaki farklılıkları tespit etmek için yüksek duyarlılık FDG'yi hastalıklı dokulardan normal ayrım için mükemmel bir radyotracer haline getirir, bu da değiştirilmiş bir metabolizmanın birçok hastalık için önemli bir özelliği dir. Bu kolayca Şekil 1btasvir edilir , evre IV olmayan küçük hücreli akciğer kanseri olan bir hastanın FDG-PET görüntü gösteren (NSCLC). Primer tümörün yanı sıra metastatik lezyonlarda da alım larda artış vardır. Görmenin yanı sıra radyotracer alımının ölçülmesi hastaların klinik yönetiminde de önemli bir rol oynamaktadır. Standart alım değeri (SUV), metabolik hacimler ve total lezyon glikoliz (TLG) gibi radyotracer alımının derecesini yansıtan PET görüntülerinden elde edilen kantitatif indeksler, farklı hasta grupları için önemli prognostik bilgi sağlamak ve tedavi yanıtını ölçmek için kullanılabilir4,5,6. Bu bağlamda, FDG-PET görüntüleme giderek onkoloji hastalarında radyoterapi ve sistemik tedavi kişiselleştirmek için kullanılmaktadır7. Ayrıca, radyasyona bağlı özofajit8,pnömonit9 ve inflamatuar sistemik yanıtlar10gibi akut tedavikaynaklı toksisiteyi izlemek için FDG-PET kullanımı tanımlanmış ve görüntü güdümlü tedavi kararları için önemli bilgiler sağlamaktadır.

Pet'in hastaların klinik yönetimi ndeki önemli rolü göz önüne alındığında, görüntü kalitesi ve kantitatif doğruluk, PET görüntülerine dayalı tedavi kararlarının uygun şekilde yönlendirilmesi açısından önemlidir. Ancak, PET görüntülerinin nicel doğruluğunu tehlikeye atabilecek çok sayıda teknik faktör vardır11. PET'te görüntü niceliğini önemli ölçüde etkileyebilen önemli bir faktör, pet'in diğer radyolojik görüntüleme yöntemlerine kıyasla daha uzun edinim süreleri ile ilgilidir, genellikle yatak pozisyonu başına birkaç dakika. Sonuç olarak, hastalargenellikle PET görüntüleme sırasında serbestçe nefes almaları için talimat verilir. Sonuç PET görüntüleri toraks ve üst karın içinde bulunan organların önemli bulanıklık yol açabilir solunum kaynaklı hareket muzdarip olmasıdır. Bu solunum kaynaklı hareket bulanıklığı, tanı ve evreleme için PET görüntüleri kullanırken hastaların klinik yönetimini, radyasyon tedavisi planlama uygulamaları için hedef hacim tanımını ve tedavi yanıtının izlenmesini etkileyebilecek yeterli görselleştirme ve radyotracer alımının kantitatif doğruluğunu önemli ölçüde bozabilir12.

Çeşitli solunum hareket eserler13pet görüntüleri düzeltmek için bir girişim geliştirilmiştir. Bu yöntemler prospektif, retrospektif ve veri odaklı gating stratejileri olarak sınıflandırılabilir. Prospektif ve retrospektif solunum gating teknikleri genellikle PET görüntüleme sırasında bir solunum vekil sinyal alımı güveniyor14. Bu solunum vekil sinyalleri izlemek ve hastanın solunum döngüsünü izlemek için kullanılır. Solunum izleme cihazları örnekleri basınç sensörleri12 veya optik izleme sistemleri (örneğin, video kameralar)15kullanarak göğüs duvarı gezi tespiti , soluyan hava sıcaklığını ölçmek için termopl16 , ve spirometreler hava akışını ölçmek için ve böylece dolaylı olarak hastanın akciğerlerindeki hacim değişiklikleri tahmin17.

Solunum gating sonra genellikle sürekli ve aynı anda bir vekil sinyal (belirlenen S(t)), görüntü edinimi sırasında PET verileri ile kaydederek gerçekleştirilir. Alınan vekil sinyali kullanılarak, belirli bir solunum fazı veya genlik aralığına karşılık gelen PET verileri (genlik bazlı gating)seçilebilir 12,13,18. Faz tabanlı gating, Şekil 2a'datasvir edildiği gibi, her solunum döngüsünü sabit sayıda kapıya bölerek gerçekleştirilir. Daha sonra görüntü rekonstrüksiyonu için kullanılmak üzere hastanın solunum döngüsü sırasında belirli bir fazda elde edilen veriler seçilerek solunum gating yapılır. Benzer şekilde, genlik tabanlı gating Şekil 2b'degösterildiği gibi, solunum sinyalinin genlik aralığını tanımlamaya dayanır. Solunum sinyalinin değeri ayarlanan genlik aralığına düştüğünde, görüntü rekonstrüksiyonu için ilgili PET listmode verileri kullanılacaktır. Geriye dönük gating yaklaşımları için tüm veriler toplanır ve PET verilerinin yeniden binning görüntü edinimi sonra gerçekleştirilir. Prospektif solunum gating yöntemleri PET verilerinin yeniden birebirinde retrospektif gating yaklaşımları ile aynı kavramları kullansa da, bu yöntemler görüntü edinimi sırasında prospektif olarak veri toplamaya dayanır. Yeterli miktarda PET verisi toplandığında, görüntü edinimi sonuçlandırılır. Bu tür prospektif ve retrospektif gating yaklaşımların zorluğu, düzensiz solunum13gerçekleştiğinde görüntü edinme sürelerini önemli ölçüde uzatmadan kabul edilebilir görüntü kalitesini korumaktır. Bu bağlamda, faz tabanlı solunum gating yöntemleri düzensiz solunum desenleri özellikleduyarlı13,19, PET veri önemli miktarda uygunsuz tetikleyicilerin reddi nedeniyle atılabilir, görüntü kalitesinin önemli ölçüde azalması veya görüntü edinme süresi kabul edilemez uzama ile sonuçlanan. Ayrıca, uygun olmayan tetikleyiciler kabul edildiğinde, solunum gating algoritmasının performansı ve bu nedenle PET görüntülerinden gelen hareket reddinin etkinliği, şekil 2a'datasvir edildiği gibi solunum kapılarının solunum döngüsünün farklı aşamalarında tanımlanması nedeniyle azaltılabilir. Nitekim, bu genlik tabanlı solunum gating solunum sinyali13düzensizlikleri durumunda faz tabanlı yaklaşımlar daha kararlı olduğu bildirilmiştir. Genlik bazlı solunum gating algoritmaları düzensiz solunum frekansları varlığında daha sağlam olmasına rağmen, bu algoritmalar solunum sinyali taban çizgisi sürüklenme daha duyarlıdır. Temel sinyalin sürüklenme hastanın kas gerginliği (yani, görüntü edinimi sırasında daha rahat bir duruma bir hastanın geçiş) veya solunum deseni değişiklikleri birçok nedenden dolayı oluşabilir. Sinyalin bu tür taban çizgisi sürüklenmesini önlemek için, izleme sensörlerini hastaya güvenli bir şekilde takmaya ve solunum sinyalinin düzenli olarak izlenmesine özen gösterilmelidir.

Bu sorunlar bilinmesine rağmen, geleneksel solunum gating algoritmaları sadece görüntü kalitesi üzerinde sınırlı kontrol sağlar ve genellikle görüntü edinimi süresi veya radiotracer artan miktarda hastaya uygulanacak önemli miktarda uzatılması gerektirir. Bu faktörler klinik rutin bu tür protokollerin sınırlı benimsenmesi ile sonuçlandı. Solunum kapılı görüntülerin değişken kalitesi ile ilgili bu sorunları atlatmak için , genlik tabanlı gating algoritması belirli bir türü, ayrıca optimal solunum gating (ORG) olarak bilinen,18önerilmiştir . ORG ile solunum gating algoritması girdi olarak bir görev döngüsü sağlayarak solunum kapılı görüntülerin görüntü kalitesini belirlemek için kullanıcı izin verir. Görev döngüsü, görüntü yeniden yapılandırmaiçin kullanılan edinilmiş PET liste modu verilerinin yüzdesi olarak tanımlanır. Diğer birçok solunum gating algoritmaları aksine, bu kavram doğrudan yeniden PET görüntülerin görüntü kalitesini belirlemek için kullanıcıya izin verir. Belirtilen görev döngüsüne bağlı olarak, optimum genlik aralığı hesaplanır, hangi hesap18içine tüm solunum vekil sinyalin belirli özelliklerini alır. Belirli bir görev döngüsü için en uygun genlik aralığı, solunum sinyalinin (L) belirlenen alt genlik sınırı için farklı değerlerden oluşan bir seçkiyle başlayarak hesaplanacaktır. Seçilen her alt sınır için, (U) olarak belirlenen üst genlik sınırı, solunum sinyali genlik aralığına (LŞekil 2c12'detasvir edildiği gibi, gerekli miktarda PET verisi (yani, ArgMax([U-L])) içeren solunum gatingiçin kullanılan en küçük genlik aralığı olarak tanımlanır. Böylece, görev döngüsünü belirterek, kullanıcı gürültü miktarı ile ORG PET görüntülerinde bulunan artık hareket derecesi arasında bir denge kurabilir. Görev döngüsünün düşürülmesi gürültü miktarını artıracaktır, ancak bu aynı zamanda PET görüntülerinde kalan hareket miktarını da azaltacaktır (veya tam tersi). ORG'un kavramları ve etkileri önceki raporlarda açıklanmış olsa da, bu makalenin amacı klinisyenlere klinik uygulamada ORG'u kullanırken belirli protokoller hakkında ayrıntılı bilgi vermektir. Bu nedenle, bir klinik görüntüleme protokolüorg kullanımı açıklanmıştır. Hasta hazırlama, görüntü edinme ve yeniden yapılandırma protokolleri de dahil olmak üzere çeşitli pratik yönler sağlanacaktır. Ayrıca, makale ORG yazılımının kullanıcı arabirimini ve PET görüntüleme sırasında solunum gating yaparken yapilebilen belirli seçimleri kapsayacaktır. Son olarak, org'un önceki çalışmalarda gösterildiği gibi lezyon tespit edilebilirliği ve görüntü niceliği üzerindeki etkisi tartışılmıştır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

İnsan katılımcıların katıldığı tüm işlemler Radboud Üniversitesi Tıp Merkezi'nin iç değerlendirme kurulunun (IRB) etik standartlarına ve 1964 Helsinki bildirgesi ve daha sonraki değişiklikler veya karşılaştırılabilir etik standartlara uygun du. ORG algoritması satıcıya özel bir üründür ve Siemens Biograph mCT PET/CT tarayıcı ailesi nde ve daha yeni PET/CT modellerinde mevcuttur.

1. Hasta hazırlığı

  1. Hasta anamnez
    1. Hastanın adını ve doğum tarihini kontrol edin. Dahil etme kriterleri rutin geçitsiz PET taramasına benzer. Ek bir in- veya dışlama ölçütleri gerekmez.
    2. Radyotracer (isim, doğum tarihi ve aktivite miktarı) içeren şırınga ile teslim etiketi kontrol edin.
      NOT: Hastaya verilen aktivite miktarı hastanın vücut kitlesine bağlıdır ve kurumlar arasında farklılık gösterebilir (bu protokolde 3,2 MBq/kg'lık bir miktar önerilmektedir).
    3. Hasta ile görüşerek başvuru formundaki klinik bilgilerin doğru olduğundan emin olun. Hastaya tedavi veya ilaçta yeni ilgili değişiklikler olup olmadığını sorun.
    4. Hastaya diabetes mellitus (DM) olup olmadığını sorun. Hastanın DM'si olması durumunda, uygun hazırlığı takip edip etmediğini (örneğin, PET tadına 4 saatten az bir süre kala kısa süreli insülin uygulaması veya kan şekeri düşürücü ajanların (metformin gibi) kullanımı nın yapılmadığını sorun.
    5. Hastaya herhangi bir alerjisi olup olmadığını veya antikoagülan kullanıp kullanmadığını sorun.
    6. Hastanın parmak ucunun yan tarafını özel bir test şeridine batırarak elde edilen bir damla kan uygulayarak hastanın kan şekerini ölçün (serum glikozu 11.0 mmol/L'yi geçmemelidir).
    7. Hasta hazırlama ve görüntüleme prosedürlerini hastaya açıklayın.
  2. Radyotracer yönetimi
    1. Antekübital damarlardan birine periferik venöz kanül takarak hastaya güvenli venöz erişim.
    2. Luer kilidi ile tuzlu içeren 20 mL şırınga ile üç yönlü bir stop cock sistemi takın (Bu ikincil şırınga).
    3. Flush tuzlu (deaeration amacıyla) ile horoz sistemi durdurmak üç yönlü.
    4. Venöz kanül sonuna şırınga ile üç yönlü durdurmak horoz takın.
    5. Venöz kanülün kanülden 10 mL'lik tuzlu eti dikkatlice yıkarak patent olup olmadığını kontrol edin (hastaya kızarma sırasında herhangi bir şikayeti olup olmadığını sorun).
    6. Üç yönlü durdurmak horoz için radiotracer (birincil şırınga) içeren şırınga takın. Sistem boyunca sıvının akış yönü periferik venöz kanül radyotracer içeren şırınga çalışır böylece üç yönlü durdurmak horoz vanaları açın. Radyotracer'i şırınganın pistonunu yavaşça iterek uygulayın (izleyiciyi içeren şırınga özel kurşun korumalı bir konteynerin içine yerleştirilir).
    7. Tuzlu içeren şırınga birincil şırınga bağlı olduğu gibi üç yönlü durdurmak horoz vanaları açın (radyotracer içeren) ve şırınga herhangi bir artık radyotracer durulamak için şırınga floş.
    8. Üç yönlü horoz durdurmak vanaları açın ve hastaya şırınga kalan herhangi bir artık radyotracer yönetmek için birincil şırınga dalgıç itin.
    9. Adımı 1.2.7'yi tekrarlayın. ve 1.2.8. Üç kez.
    10. Üç yönlü horoz durdurmak açın (hastanın damarkan kan geri akışını önlemek için) ve birincil şırınga ayırmak. Furosemid içeren üçüncü bir şırınga takın, horozu tekrar üç yönlü durdurun ve şırınganın pistonunu iterek 0.5 g/Kg furosemid (maksimum 10 mg) uygulayın. Periferik venöz kanülleri çıkarın ve steril bir bandaj kullanarak delinme bölgesine basınç uygulayın. Önemli bir kanama olup olmadığını kontrol edin ve delinme bölgesinden ve tıbbi bant kullanarak bandaj ı düzeltin.
  3. Hasta kuluçka
    1. Hasta rahat bir pozisyonda dinlenmeye bırakın, tercihen loş ışıklı bir odada, 50 dakika.
    2. 50 dakika sonra, hastaya mesanesini boşaltmasını emredin.
    3. 55 dakika sonra, hastayı tarayıcıya kadar götürün ve hasta supine'i kollarını tarayıcı yatağına koyun. Hasta için mümkün olduğunca rahat olması için uygun kol desteği kullanın. Hasta kollarını yükseltemezse, hastanın yanında kol pozisyonu ile tarama yapılabilir.
    4. Hastanın solunum paternini gözlemleyin ve hastanın göğüs kafesinin etrafındaki solunum kemerini sabitleyin (genellikle göğüs kafesinin hemen altındaki pozisyon en uygun pozisyondur). Sensörün görsel incelemeden sonra karın duvarı gezintisinin tespit edildiği bir yere yerleştirildiğinden emin olun (genellikle orta hattan 5-7 cm). Cırt tabanlı kapatma sistemini kullanarak hastanın etrafındaki kemeri sabitlayın.
    5. Tarayıcı sinyalinin minimum ve maksimum aralık sınırları içinde kalıp kalmadığı üzerinde kontrol edin (solunum sinyali kırpma durumunda, kemeri uygun şekilde bağlayın veya sıkın).
    6. İpucu: Kemerin hastanın göğsüne yeterince sıkıca bağladığından emin olun. Hastaların bir süre sonra daha rahat bir duruma girdikleri göz önüne alınırsa, solunum sinyali düşme eğilimindedir (sinyalin temel kayması). Bu, sinyalin sınırların dışına girmesini önler, böylece solunum gating için kullanılan vekil sinyal yüksek kalitede korur.
    7. Kuluçka saatinden 60 dakika sonra taramaya başlayın.

2. Görüntü edinme ve yeniden yapılanma

  1. Protokol seçimi
    1. Tarayıcıdaki tüm gövde protokolünü seçin. Bu, imleci uygun protokol kategorisi üzerinden hareket ettirerek (muayene kartındaki hasta simgesinin yanındaki dairelertarafından gösterilir) ve uygun protokolü tıklatarak yapılabilir(Şekil 3).
    2. ORG satın alma protokolü hastanın bir izci tonu (topogram) ile başlayacaktır. Topogramın edinisini başlatmak için tarayıcı kontrol kutusundaki tarayıcı başlangıç tuşuna (radyasyon işareti olan sarı yuvarlak tuş) basın (Şekil 4). Topogramın satın alınmasını durdurmak veya iptal etmek için sırasıyla askıya alma veya durdurma tuşuna basın.
    3. Topogram üzerinde PET yatak pozisyonları planlama ile başlayın. Bu topogram sol fare düğmesine tıklayarak ve tbmkçesi ayarlayarak yapılabilir.
    4. Solunum hareketi için düzeltilmesi gereken yatak pozisyonlarını seçin (Şekil 5).
      NOT: Bunlar toraksı kaplayan 'kapılı' yatak pozisyonlarıdır. 'Kapılı' yatak konumları listmode kaydedilir. Klinik endikasyona bağlı olarak, üst karın kapsayan yatak pozisyonları da geçitli olabilir (örneğin görüntüleme karaciğer veya pankreas lezyonları için endike olduğunda). Geçitsiz yatak pozisyonları için, sadece görüntü rekonstrüksiyonu için sinogramları kaydetmek gerekir.
    5. PET yatak pozisyonları için görüntü kayıt süresini ayarlayın(Şekil 5).
      NOT: Enjekte edilen aktivite miktarına bağlı olarak, geçitsiz yatak pozisyonlarının tetkik süresi yeterli görüntü kalitesi sağlayacak şekilde uyarlanmalıdır. Ayrıca, kapılı yatak pozisyonlarının görüntü rekonstrüksiyonu için kullanılan görev döngüsü ile birlikte kapısız yatak pozisyonlarının kayıt süresi, kapılı yatak pozisyonlarının kayıt süresi belirlenir. Örneğin, %35'lik bir görev döngüsü için, tetkik3'e göre tetkik uzatılması, kapılı ve geçitli olmayan yatak pozisyonları için yaklaşık benzer istatistikler verir. Radboud Üniversitesi Tıp Merkezi'nde önerilen görüntüleme protokolü 2 dakikalık olmayan yatak pozisyonları için bir kayıt süresi, kapılı yatak pozisyonları için kayıt süresi ise 6 dakika % 35'lik bir görev döngüsü kullanılarak
    6. Edinme parametrelerini ayarladıktan sonra, tarayıcı kontrol kutusunda başlangıç tuşuna (radyasyon işareti olan sarı yuvarlak düğme) basın ve basılı tutun ve tarayıcı yatağı başlangıç konumuna geri dönene kadar bekleyin. Hastadan düşük dozDA CT taraması (baş ayak) elde etmek için başlangıç tuşuna tekrar basın. CT taraması aldıktan sonra, PET taraması başlatmak için başlat tuşuna basın.
    7. Görüntü edinimi sırasında, düzenli olarak hasta ve solunum sinyali kalitesini kontrol edin (gerekirse solunum kemeri ayarlayın).
      NOT: Kemerin ayarı sadece solunum kapılı yatak pozisyonları elde edilmediğinde yapılmalıdır. Bu nedenle, ayarlamalar bu yatak pozisyonları edinilmeden önce veya sonra yapılmalıdır. Kapılı yatak pozisyonunun kazanılması sırasında kemerin ayarlandırılması ORG görüntülerinin kalitesini etkileyecektir. PET taraması sırasında sinyalin önemli bir temel sürüklenmesini etkisiz hale getirmek için solunum sinyalinin dikkatli bir şekilde gözlemlemesi ve kapılı yatak pozisyonlarının edinilmeden önce solunum kemerinin olası ayarı gereklidir.
  2. Görüntü rekonstrüksiyonu
    1. Edinilen solunum sinyalini gözden geçirin ve kapılı yatak pozisyonları için uygun görev döngüsünü seçin(Şekil 6).
      NOT: Solunum gating için kullanılan genlik aralığı solunum sinyali üzerine yerleştirilir). Solunum gating kalitesini etkileyebilir solunum sinyali inconstancies veya temel sürüklenmeler için kontrol edin.
    2. Görüntüleme için optimize edilmiş görüntü yeniden yapılandırma protokolünü seçin (Şekil 7). Bu genellikle küçük lezyonların saptanması için daha küçük voksel boyutları ile yüksek çözünürlüklü görüntü rekonstrüksiyon protokolüdür. ORG algoritmasının seçilen yatak pozisyonlarının tüm solunum sinyalini kullanarak en uygun genlik aralığını hesaplayabilmek önemlidir. Farklı yatak pozisyonları için farklı görev döngüleri kullanılabilir olsa da (örneğin farklı kaliteli solunum sinyali için düzeltmek için), farklı yatak pozisyonları için farklı görev döngüleri kullanarak bu farklı yatak pozisyonları arasında görüntü kalitesi varyasyonları tanıtacak verilen tavsiye edilmez.
      NOT: Görüntüleme için örnek bir görüntü yeniden yapılandırma protokolü aşağıda verilmiştir:
      • Algoritma: TrueX + TOF (UltraHD PET)
      • Yineleme sayısı:3
      • Alt küme sayısı: 21
      • Matris boyutu: 400 × 400
      • Rekonstrüksiyon sonrası filtreleme, çekirdek (3D Gaussian), tam genişlik yarım maksimum (FWHM): 3,0 mm
      • Görev döngüsü %35
    3. Ayrıca, kantitatif PET görüntüleme için Research4Life (EARL) girişimine uygun bir protokol ile PET görüntüleri yeniden yapınız. Bunlar genellikle belirli yeniden yapılandırma sonrası filtreleme uygulanan daha düşük çözünürlüklü görüntülerdir.
      NOT: Burada görüntü nicelleştirme için örnek bir görüntü yeniden yapılandırma protokolü verilmiştir:
      • Algoritma: TrueX + TOF (UltraHD PET)
      • Yineleme sayısı: 3
      • Alt küme sayısı: 21
      • Matris boyutu: 256
      • Rekonstrüksiyon sonrası filtreleme, çekirdek (3D Gaussian), tam genişlik yarım maksimum (FWHM): 8,0 mm
      • Görev döngüsü %35
    4. Yeniden oluşturulmuş görüntüleri PACS arşivine gönderin. Görüntüler artık nükleer tıp doktoru tarafından değerlendirilmeye hazır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

PET'te ORG kullanımı, görüntülerin solunumkaynaklı bulanıklığı genel olarak azalmasına neden olur. Örneğin, küçük hücreli dışı akciğer kanseri (NSCLC) olan hastaların klinik değerlendirmesinde, ORG daha fazla pulmoner lezyon ve hilar/mediastinal lenf nodlarının saptanması ile sonuçlandı20. Bu durum Şekil 8 ve Şekil 9'da,NSCLC'li hastaların geçitsiz ve ORG PET görüntülerini gösteren kolayca gösterilmiştir.

Özellikle ORG, lenf nodlarında ek lezyonların saptanması öngörülen tedaviyi ve gerekli ek tanı prosedürleri önemli ölçüde etkileyebileceği erken hastalık evrelerinde (I-IIB) hastalarda yönetim değişikliklerine yol açmıştır. Bu sonuçlar van der Gucht ve ark. tarafından yapılan bir çalışmada üst karın da bulunan lezyonlar için doğrulanır21. ORG kullanımı hepatik ve perihepatik olarak yer alan lezyonları olan hastalarda FDG-PET'te daha fazla lezyon saptanması ile sonuçlandı. Bu sonuçlar ORG kullanımının hastaların tanı ve evrelemesinde daha iyi tanı ve evrelemelere yol açabileceğini desteklemesine rağmen, ORG'un tam klinik etkisi belirsizliğini korumaktadır.

Org solunum hareketi için PET görüntülerini düzeltmek için kullanıldığında, özellikle diyafram ve akciğerlerin hiler bölgeleri yakınında bulunan pulmoner lezyonlar için görüntü niceliği önemli ölçüde etkilenir. 66 akciğer kanseri hastalarında ORG etkilerini araştıran bir çalışmada, olmayan kapılı PET görüntüleri ile ilgili ORG görüntüleri ortalama SUV (SUVortalama)alımı istatistiksel olarak anlamlı bir artış oldu. Geçitsiz PET görüntüleriile karşılaştırıldığında, ORG PET görüntüleri suvortalamasında %6.2±12.2 (p<0.0001), 7.4±13.3(p<0.0001)ve %9,2±14.0(p<0.0001),sırasıyla %50, %35 ve %20'lik bir artışgösterdi.

Ayrıca ORG yapıldığında lezyonların metabolik hacimlerinde istatistiksel olarak anlamlı bir azalma gözlendi. Bu birimler sabit eşik büyüyen bir bölge (maksimum alım (SUVmax)) segmentasyon algoritması% 40 kullanılarak segmente edildi. %6.9±19.6(p=0.02),8.5±19.3 (p<0.0001)ve %11.3±20.2 (p<0.0001) sırasıyla%50,%35 ve %20'lik bir düşüş yaşandı. Metabolik hacimdeki önemli artış ve metabolik hacimdeki azalma, ORG yapıldığında PET görüntülerinden solunuma bağlı görüntü bulanıklığının etkin bir şekilde çıkarılmasını gösterir. Ayrıca, solunum hareket lerinin lezyon alımının ve hacminin nicelleştirilmesi üzerindeki etkisinin anatomik konuma bağlı olduğu gösterilmiştir. Alt akciğer loblarında ve merkezi (özellikle hilar) bulunan lezyonlarda SUVortalamasında anlamlı bir artış ve hacimde azalma saptadı. Anatomik yerleşimin etkisi Şekil 10'dakolayca gösterilmiştir ve tek bir hastada iki farklı NSCLC lezyonu gösterilmiştir. Ayrıca, ORG PET görüntülerinin %35'lik bir görev döngüsü yle yeniden yapılandırıştan geçitsiz eşdeğer görüntüleriyle karşılaştırılarak görüntü gürültüsü düzeylerinin karşılaştırılabilir olduğu göstererek, ORG12'yikullanırken görüntü kalitesinin sabit tutulduğunu göstermiştir.

Görev döngüsü ve görüntü gürültüsü arasındaki ilişki, etkilenmemiş akciğer parankiminde FDG alımının varyasyon katsayısı (COV) hesaplanarak gösterilmiştir. Mevcut tüm verileri kullanan geçitsiz görüntülerde COV ortalama %26,1±6,4 olurken, ORG PET görüntülerinde %20'lik bir görev döngüsüile yeniden yapılan COV %39,4±,7,5 idi. %35 (%32,8±6,4%) bir görev döngüsü ile yeniden inşa ORG PET görüntüleri arasında COV anlamlı olmayan bir fark vardı ve onların geçitsiz eşdeğer görüntüleri (%31.8±5.6%). Şekil 11, farklı istatistiksel kalitede iki farklı ORG PET ve geçitsiz PET görüntü göstermektedir. Bu rakam, görev döngüsünün düşürülmesinin gürültü miktarını artırdığını, ORG PET görüntüsünün kalitesinin %35'lik bir görev döngüsü yle yeniden inşa edilip geçitsiz eşdeğer görüntünün sabit tutulduğunu göstermektedir. HER ne kadar PET görüntülerinde ölçülen lezyon hacminde önemli azalma ile sonuçlansa da, radyoterapi planlaması sırasında risk altındaki organlara (OAR) verilen radyasyon dozu önemli ölçüde azalmaya yol açsa da, başka bir çalışmada gösterildiği gibi22.

Solunum hareketinin bulanık etkisi de tümör içi heterojenitenin niceliğini etkilemez. 60 NSCLC hastasının bir kohort, ORG orta ve alt akciğer loblarında lezyonların doku özelliği nicel anlamlı farklılıklar sonuçlandı23. Dokusal özellikler için; yüksek yoğunluklu vurgu (HIE), entropi, bölge yüzdesi (ZP) ve benzerlik, %16,8 ± %17,2(p = 0,006), %1,3 ± %1,5(p = 0,02), %2,3 ± %2,2(p = 0,002), %11,6 ± %11,8(p = 0,006) idi. Üst akciğer loblarında görülen lezyonlarda tümör içi heterojenitenin sayısallaştırılması anlamlı olarak etkilenmedi. Bu dokusal özelliklerin ortalama düşüşü %1,0 ± %7,7(p = 0,3), %0,35 ± %1,8(p = 0,3), %1,7 ± %13,2(p = 0,4) ve %0,4 ± %2,7(p = 0,5) olarak gerçekleşti. Ayrıca, merkezi olarak saptanan lezyonlar için ORG ve geçitsiz PET görüntüleri arasında anlamlı bir fark saptanmadı, %0,58 ± %3,7 (P = 0,6), %5,0 ± %19,0 (P = 0,4), %0,59 ± %4,0 (P = 0,9) ve %4,4 ± %27,8 (P = 0,4), sırasıyla entropi, farklılık, ZP ve HIE için. Orta ve alt akciğer loblarında bulunan lezyonlarda dokusal özelliklerin nicelliği önemli ölçüde etkilenmiş olsa da, sağkalım için çok değişkenli Cox regresyon modelleri anlamlı olarak etkilenmedi23. Pulmoner lezyonların tümör içi heterojenliğinin nicelliğine ek olarak, solunum hareketi üst abdominal bölgede bulunan lezyonların intra-tümör heterojenitesinin nicel ifikasyonunda önemli değişikliklere yol açabilir. Bu kolayca bir pankreas duktal adenokarsinom (PDAC)24olan hastaların nicelleştirme org etkisini araştıran bir çalışmada gösterilmiştir. ORG kullanılarak PET görüntülerinden solunum hareket objelerinin çıkarılması PDAC lezyonlarındaki dokusal özelliklerin niceliğini önemli ölçüde etkilemez. Hesaplanan doku özelliklerinin genel sağkalım ile korelasyonunun önemli ölçüde etkilendiği gözlenmiştir.

Figure 1
Şekil 1: a) Pozitron emisyon tomografisi (PET) görüntüleme yapılan bir hastada 18F-florrodeoksiglikoz (FDG) fizyolojik dağılımı. Hastanın kalp, beyin ve karaciğerinde FDG önemli alımı vardır. b)Evre IV küçük hücreli dışı akciğer kanseri (NSCLC) olan bir hastada çoklu akciğer, lenf nodu ve uzak metastazlarda artmış FDG-alımı, diğer çoğu etkilenmemiş dokuya kıyasla kanser lezyonlarında FDG'nin tercihli alımını gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Pozitron emisyon tomografisinde (PET) faz ve genlik bazlı gating. a) Faz tabanlı gating, b) genlik bazlı gating, ve c) optimal solunum gating (ORG). Faz tabanlı gating sırasında, her solunum döngüsü sabit sayıda kapıya ayrılır (bu durumda 4). Belirli bir kapıda toplanan veriler, ana solunum hareket bileşenlerinin kaldırılacağı görüntüyü yeniden oluşturmak için kullanılacaktır. Genlik bazlı gating, üst ve alt genlik sınırının tanımına dayanır. Genlik bazlı solunum gating yaklaşımları genellikle kullanıcı tarafından bir genlik aralığının özelliklerine dayanır. Görüntü rekonstrüksiyonu için solunum sinyalleri tanımlanan genlik aralığına düştüğünde toplanan veriler kullanılacaktır. Optimal solunum gating (ORG) algoritması böyle bir genlik tabanlı yaklaşım kullanır ve görev döngüsü (görüntü rekonstrüksiyonu için gerekli olan PET verilerin yüzdesi) dayalı optimal genlik aralığı hesaplar sağlanan. Görüntü yeniden yapılandırması için gereken belirtilen veri miktarını (mavi gölgeli alanların toplamı) içeren en küçük genlik aralığı en uygun genlik aralığı (W) olarak seçilir. Bunu başarmak için ORG algoritması alt sınırın (L) farklı değerleri için üst sınırı (U) ayarlar. Genel olarak, kapı sayısının artırılması veya genlik aralığının azaltılması artan görüntü gürültüsü pahasına solunum hareketinin daha etkili bir reddi neden olacaktır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Uygun görüntüleme protokolüseçimi. Önceden tanımlanmış bir görüntüleme protokolü belirli bir kategoriden bir protokol seçilerek (fareyi protokol kategorilerine doğru tutarak (kırmızı kutuyla gösterilir) ve açılır menüden bir protokol seçilerek seçilebilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Siemens mCT ve Horizon PET/CT tarayıcılarının kontrol kutusunda farklı tuşlar. 1) Move Key, hasta masasını bir sonraki ölçüm pozisyonuna taşımak için kullanılır, 2) Hasta anahtarını boşaltın: Görüntü edinimi sonrası hasta tablosunu boşaltmak için kullanılır, 3) Başlangıç anahtarı: Bir taraya tetiklemek için kullanılır, radyasyon uyarı işareti (4) görüntü edinimi sırasında yanar, 4) Radyasyon uyarı lambası: X-ışını tüpü açıkken gösterir ve uyarı sinyali sağlar, 5) Askıya alma anahtarı. Bu, tamamlanmadan önce bir taramaya son verebilen bir yöntemdir. Askıya alma seçeneği, görüntü protokolünün yeniden başlatılmasına izin verdiği noktada durduruldu, 6) Hasta anahtarını dinleyin: Hastayı dinlemek için bu tuşa basın, ışık diyot dinleme bağlantısının etkin olduğunu belirterek, dinleme bağlantısını serbest bırakmak için bu tuşa tekrar basın, 7) Hoparlör, 8) Hasta tuşunu arayın: Hastaya talimat vermek için mikrofonla konuşurken bu tuşu basılı tutun (10), 9) Stop tuşu: Acil durumlarda kullanılan tarama işlemini hemen durdurmak için kullanılır, 10) Mikrofon. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: Topogram alındıktan sonra, farklı yatak pozisyonlarının edinim süresi belirtilmelidir ('Rutin' sekmesinde). Bu örnekte, kapılı yatak pozisyonları 6 dakika (yatak 2), kapısız yatak pozisyonları ise 2 dakika içinde elde edilir (yatak 1 ve 3). Kapılı yatak pozisyonları (topogramda turuncu renkle vurgulanır) ikinci sütunda 'Physio' seçeneğini 'Açık' olarak ayarlayarak ayarlanabilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: Hastanın solunum dalga formu, 'Tetik' sekmesinde nefes frekansının (alt kısmı) histogramı ile birlikte gösterge tablosunun üst kısmında görüntülenir. Görev döngüsü sağdaki açılır menüden seçilebilir (bu durumda %35). Bu protokol, kapılı yatak pozisyonları için yatak pozisyonu başına 6 dakika ve kapısız yatak pozisyonları için 2 dakika standart görüntü edinme süresine sahiptir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 7
Şekil 7: Görüntü yeniden yapılandırma protokolüseçimi ('Recon' sekmesi), ilgili alanları doldurarak her protokol için görüntü rekonstrüksiyonu ayrıntıları belirtilebilir. Görüntülemek için, yeniden yapılan pet görüntülerde ayrıntılı bilgi sağlamak için yüksek çözünürlüklü görüntü yeniden yapılandırma protokolü önerilir. PET görüntülerinde radyotracer alımının ölçülmesi için EARL uyumlu yeniden yapılandırma protokolü kullanılması tavsiye edilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 8
Şekil 8: Küçük hücreli dışı akciğer kanseri (NSCLC) olan bir hastanın geçitsiz ve optimal kapılı (ORG) FDG-PET-CT görüntüleri. Bu rakam, sol alt lobda soliter NSCLC lezyonu olan bir hastada X istasyonundaki hilar lenf nodunun geçitsiz (a) ve ORG PET (b)görüntülerini göstermektedir. ORG PET görüntüsü %35 görev döngüsü ile yeniden oluşturulur. Solunum hareketinin bulanık etkilerinin azalması bu hastanın cT1N0M0'den cT1N1M0'ye yükseltilmesine ve endobronşiyal ultrason (EBUS) kullanılarak hiler lenf nodunun histolojik değerlendirilmesi gereksinimine yol açmıştır. Bu rakam Grootjans ve ark. (Akciğer Kanseri 2015) olarak değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 9
Şekil 9: Sağ akciğer hilumunda birincil NSCLC lezyonunun ve uydu lezyonunun kapısız (a) ve optimal solunum kapısı (ORG) (ORG) (b) FDG-PET-BT görüntüsü. Primer lezyon 'p' ile, uydu lezyonu ise bu şekilde 's' ile gösterilir. Bu hastada solunum gating primer lezyona bitişik uydu lezyonlarının kontrast iyileşme ile sonuçlandı. Takip BT görüntülemesinde lezyonun varlığı doğrulandı, ancak bu bulgular bu hastanın klinik yönetimini önemli ölçüde etkilemeyecek, ORG ayrıca pulmoner lezyonların saptanması ile sonuçlandı. Bu rakam Grootjans ve ark. (Akciğer Kanseri 2015) olarak değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 10
Şekil 10: Sol alt lob ve akciğer hilumunda NSCLC lezyonları olan bir hastanın kapısız ve optimal solunum kapısı (ORG) FDG-PET-BT görüntüleri. Bu örnek, solunuma bağlı hareket bulanıklaşmasının NSCLC lezyonlarının görselleştirilmesi ve nicelleştirilmesi üzerindeki etkisini göstermektedir. a)Sol alt lobda bir lezyon gösteren geçitsiz PET görüntü, b) ORG PET görüntü, sol alt lobda bir lezyonun %35'i görev döngüsü ile yeniden yapılandırılan, c) Sol akciğer hilumunda bir lezyon gösteren geçitsiz PET görüntüsü, d)ORG PET görüntüsü, sol akciğerde bir lezyonun %35'i kadar bir görev döngüsü ile yeniden yapılandırılan. Bu hastada, akciğer hilumunda bulunan lezyon önemli ölçüde solunum kaynaklı harekete maruz kalmakta, ORG yapıldığında lezyon alımının ve metabolik hacmin nicelliği üzerinde büyük bir etki gösterir. Bu lezyonda ortalama standart alım değerinde (SUVmean) %31,9'luk bir artış ve metabolik hacimde %23,0'lık bir azalma gözlendi. Solunum hareketinin üst akciğer lobundaki lezyon için sırasıyla %5.3 ve %1.9 olarak gerçekleşti. Bu rakam Grootjans ve ark. (Eur Radiol 2014) adresinden değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 11
Şekil 11: Evre IV küçük hücreli dışı akciğer kanseri (NSCLC) olan bir hastada optimal solunum yolu geçitli (ORG) ve geçitsiz PET görüntülerinin farklı sayım istatistikleri ile karşılaştırılması. Sol sütun (a ve c), kaydedilen verilerin tümü (a) ve %35 'i(c)ile yeniden oluşturulmuş geçitsiz PET görüntülerini görüntüler. A ve c görüntülerinin karşılaştırılması, görüntü rekonstrüksiyonu için daha az veri kullanıldığında, özellikle karaciğer gibi nispeten homojen alım alanlarında fark edilen (yıldız işareti '*' ile gösterilir) gürültü seviyelerinin arttığını ortaya koymaktadır. Sağdaki sütun(b ve d)%50 ve %35 görev döngüsü ile yeniden yapılan org PET görüntülerini görüntüler. Bu görüntüler, görev döngüsü düşürüldüğünde gürültü miktarının arttığını gösterir. Geçitsiz PET görüntüsünün(c)ORG PET eşdeğeriilekarşılaştırılması, solunumkaynaklı bulanıklaştırma etkisinin ORG görüntüsünde azaldığını gösterir, bu da böbreküstü bezindeki metastatik lezyonun görünür boyutuna (artı işareti '+' ile gösterilir) ve sol böbreğin böbrek kalicesi ('x' ile gösterilir). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Nükleer tıp camiasında, PET görüntülemede solunum hareketi eserlerinin kötüleşen etkileri uzun zamandır iyi bilinmektedir. Birçok çalışmada solunum hareketi eserlerinin bulanık etkisinin görüntü niceliğini ve lezyon tespit edilebilirliğini önemli ölçüde etkileyebildiği gösterilmiştir. Çeşitli solunum gating yöntemleri geliştirilmiş olmasına rağmen, solunum gating şu anda yaygın klinik uygulamada kullanılmaktadır değildir. Bu, özellikle ortaya çıkan değişken görüntü kalitesi, görüntü edinme sürelerinin kabul edilemez uzaması ve klinik tam vücut görüntüleme protokolünde solunum gatingin in ideal olmayan entegrasyonundan kaynaklanmaktadır. ORG'un avantajı, standart bir tüm gövdeli PET görüntüleme protokolünde uygun entegrasyona izin vermekve birden fazla kapılı ve geçitsiz yatak pozisyonunu tek bir görüntüde sorunsuz bir şekilde entegre etmeyi mümkün kılmaktır. Ayrıca, ORG algoritması, plato evreleri gibi tüm solunum sinyalinin belirli özelliklerini, en uygun genlik aralığını hesaplarken dikkate alırken, kullanıcı görev döngüsünü belirterek yeniden inşa edilen PET görüntülerinin görüntü kalitesini doğrudan belirtme yeteneğine sahiptir. Ancak, diğer birçok solunum gating yöntemleri ne benzer, ORG solunum gating gerçekleştirmek için kullanılan dış sensörlerin kullanımını gerektirir. Ayrıca, kullanılan görev döngüsüne bağlı olarak, önemli miktarda PET veriatılır ve son görüntünün yeniden inşası için kullanılmaz. Bu nedenle, ORG ile başarılı solunum gating dış sensörler için solunum hareketinin uygun izleme ve görüntü edinim zamanı veya hastalara uygulanan aktivite miktarını uzatmak dayanır. Sensörlerin kullanımı ile ilgili zorluk veri odaklı, ya da sensör-az solunum gatingyaklaşımlar25,26,27gelişimine ilham kaynağı oldu. Bu veri odaklı teknikler, PET liste modu verilerinin kendisinden solunum hareketi hakkında bilgi alarak harici bir vekil sinyali gereksinimini göz lerden ayırır. Bu tür veri odaklı teknikler birden fazla PET satıcısı tarafından geliştirilmişve klinik uygulamada rutin PET solunum gating kolaylaştıran, sensör tabanlı yöntemlere klinik olarak uygulanabilir alternatifler olarak önerilmiştir.

Pet verilerinden solunum hareketi ile ilgili bilgileri çıkarmanın yanı sıra, yeni yöntemler görüntü rekonstrüksiyonu için kaydedilen tüm PET verilerinin kullanımına izin verir28. Bu hareket-kompanzasyonlu görüntü rekonstrüksiyonları, PET verilerinin farklı solunum evrelerinden hareket eserlerinin çıkarıldığı tek bir görüntüye elastik olarak dönüştürülmesiyle gerçekleştirilir. Geleneksel sensör tabanlı solunum gating ile karşılaştırıldığında, hareket-kompanzasyon görüntü edinme süresinin uzatılmasını gerektirmez ve gating sırasında ek donanım kullanımını önler. Bu yöntemler pet görüntüden solunum hareketini etkin bir şekilde kaldırırken görüntü kalitesini korur29. Ayrıca, hibrid PET ve manyetik rezonans (MR) görüntüleme ortaya çıkması ile, pet görüntüleri düzeltmek için MR türetilen hareket bilgilerini kullanmak çeşitli yöntemler geliştirilmiştir30,31,32,33. Bu yöntemler bir araştırma ortamında bir süre var olmasına rağmen, ilk veri odaklı solunum gating yöntemleri pazara girmiştir. Ancak, bu yöntemlerin çoğu hala aktif gelişim ve sürekli gelişim altındadır ve bu algoritmaların performansını ve sağlamlığını değerlendirmek için daha büyük klinik çalışmalar gereklidir.

Solunum gating yöntemleri esas olarak solunum hareketi eserler için PET görüntüleri düzeltme odaklı olmasına rağmen, bu algoritmalar genellikle dikkate alınan CT verileri almaz. Klinik uygulamada, düşük doz (LD) BT genellikle solunum talimatları vermeden yapılır. Hasta serbestçe nefes alırken edinilen bir LDCT kaydı solunum kapılı PET ve LDCT arasında önemli bir mekansal uyumsuzluk neden olabilir, özellikle solunum sırasında hareket anatomik yapılar için34. Radiotracer alımını doğru bir şekilde yerelleştirmenin yanı sıra, LDCT PET görüntülerinin zayıflatılması için kullanılır. Bu nedenle, PET ve CT arasındaki uzamsal uyumsuzluk etkisi PET derin kantitatif yanlışlıklar tanıtabilir, özellikle radyotracer alımı akciğer ve kemik dokusu gibi yoğunluk büyük farklılıklar ile yapıların yakınında yer almaktadır. Birçok yazar PET ve CT görüntüleri arasında uzamsal uyumsuzluk azaltmak için görüntü edinimi senkronize etmek için farklı yöntemler araştırdık. Önerilen yöntemlerden biri, BT alımı sırasında hastaya solunum talimatları verilmesidir. ORG ile birlikte standart CT solunum talimatları CT ve PET35arasında mekansal eşleştirme bir iyileşme verim vermedi rağmen , ORG için kullanılan aynı solunum sinyali ve genlik aralığıdayalı hastaya özgü talimatlar PET ve CT36arasındaki mekansal eşleşmenin genel bir iyileşme ile sonuçlandı . Ancak, bu yöntemler operatör talimatları ve hasta yorumu varyasyonları duyarlıdır. PET-BT görüntüleme öncesi hastaile eğitim seansları yaparak daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Ancak, bazı hastalarda bir bozulmuş fiziksel durum nedeniyle bu solunum talimatlarına uymakta zorluk olduğu göz önüne alındığında, başarı klinik bir ortamda değişken kalabilir. Diğer yaklaşımlar solunum sinyali CT acquisition34tetiklemek için kullanılan solunum tetiklenen CT, kullanımı içerir. ORG ile birlikte bu yaklaşım PET ve CT görüntüleri arasında mekansal uyumsuzluk önemli bir azalma ile sonuçlandı. Standart bir CT protokolütetiklenen bir çalışmada suvmax ve SUVortalama bir artış gösterdi 5.7% ± 11.2% (P < 0.001) ve 6.1% ± 10.2% (P = 0.001), sırasıyla. Pet ve BT görüntülerine uygun tam 4D BT gating önerilmiş olsa da, hastaya kabul edilemez derecede yüksek radyasyon alıbı göz önüne alındığında bu tür stratejiler rutin klinik uygulamalarda geçerli değildir. PET ve BT görüntüleri arasındaki uzamsal uyumsuzluğu azaltmak için farklı yöntemler etkinliği ve klinik yararlılığı için hala değerlendirme altındadır.

Solunum hareketi PET görüntülerin görüntü niceliğini önemli ölçüde etkilese de, PET görüntülerinin tekrarlanabilirliğini ve nicel doğruluğunu korumak için dikkate alınması gereken diğer birçok teknik faktör vardır11. Bu faktörler hasta hazırlığı, görüntüleme edinim ayarları ve rekonstrüksiyon protokolleri ile ilgilidir. Benzer hasta hazırlama prosedürlerinin kullanımı, belirli zaman noktalarında radyotracer alımının değerlendirilmesi ve tarama ve rekonstrüksiyon parametreleri11,37dahil olmak üzere sıkı satın alma protokollerine uymak önemlidir. Bu bağlamda, Avrupa Nükleer Tıp Birliği (EANM) çok merkezli karşılaştırmalar için kantitatif FDGPET-BT ile ilgili kılavuzilkeler sunmaktadır. Standartlaştırılmış yönergeler kullanılarak görüntüleme protokollerinin uyumlu hale getirilmesinin, farklı kurumlardan PET görüntülerinin genel olarak daha iyi karşılaştırılabilirliği ile sonuçlandığı gösterilmiştir38.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan etmezler.

Acknowledgments

Yazarlar Şekil 1'de gösterilen PET görüntüleri sağladığı için Richard Raghoo'ya teşekkür etmek isterler.

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

Kanser Araştırmaları Sayı 161 Solunum gating Görüntü nicelliği Pozitron emisyon tomografisi Küçük hücreli dışı akciğer kanseri Radyomik Radyoterapi planlaması
Genlik Tabanlı Optimal Solunum Gating Algoritması Kullanılarak <sup>18</sup>F-florrodeoksiglukoz Pozitron Emisyon Tomografisinde Solunum Hareket Etoburlarının Yönetimi
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