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

Håndtering af respiratoriske bevægelsesgenstande i 18F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomografi ved hjælp af en Amplitude-baseret optimal respiratorisk gating algoritme

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

Amplitude-baserede optimale respiratoriske gating (ORG) effektivt fjerner respiratorisk-induceret bevægelse sløring fra klinisk 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) positron emission tomografi (PET) billeder. Korrektion af FDG-PET-billeder for disse respiratoriske bevægelsesgenstande forbedrer billedkvaliteten, diagnosticeringen og den kvantitative nøjagtighed. Fjernelse af respiratoriske bevægelsesgenstande er vigtig for tilstrækkelig klinisk behandling af patienter, der bruger PET.

Abstract

Positron emissionstomografi (PET) kombineret med røntgen computertomografi (CT) er en vigtig molekylær billeddannelse platform, der er nødvendig for nøjagtig diagnose og klinisk iscenesættelse af en række sygdomme. Fordelen ved PET-billeddannelse er evnen til at visualisere og kvantificere et utal af biologiske processer in vivo med høj følsomhed og nøjagtighed. Der er dog flere faktorer, der bestemmer billedkvaliteten og den kvantitative nøjagtighed af PET-billeder. En af de vigtigste faktorer, der påvirker billedkvaliteten i PET-billedbehandling af brystkassen og øvre del af maven, er respiratorisk bevægelse, hvilket resulterer i respirationsinduceret bevægelsessløring af anatomiske strukturer. Korrektion af disse artefakter er nødvendig for at give optimal billedkvalitet og kvantitativ nøjagtighed af PET-billeder.

Der er udviklet flere respiratoriske gating-teknikker, som typisk er afhængige af anskaffelse af et luftsignal samtidig med PET-data. Baseret på det erhvervede åndedrætssignal udvælges PET-data til rekonstruktion af et bevægelsesfrit billede. Selv om disse metoder har vist sig effektivt at fjerne respiratoriske bevægelsesgenstande fra PET-billeder, er ydeevnen afhængig af kvaliteten af det luftigt signal, der erhverves. I denne undersøgelse diskuteres brugen af en amplitude-baseret optimal respiratorisk gating (ORG) algoritme. I modsætning til mange andre respiratoriske gating algoritmer, ORG tillader brugeren at have kontrol over billedkvaliteten versus mængden af afvist bevægelse i de rekonstruerede PET-billeder. Dette opnås ved at beregne et optimalt amplitudeområde baseret på det erhvervede surrogatsignal og en brugerspecificeret arbejdscyklus (procentdelen af PET-data, der anvendes til genopbygning af billedet). Det optimale amplitudeområde defineres som det mindste amplitudeområde, der stadig indeholder den mængde PET-data, der kræves til genopbygning af billedet. Det blev påvist, at ORG resulterer i effektiv fjernelse af respirationsinduceret billedsløring i PET-billeddannelse af brystkassen og øvre del af maven, hvilket resulterer i forbedret billedkvalitet og kvantitativ nøjagtighed.

Introduction

Positron Emission Tomography (PET) i kombination med røntgen-computertomografi (CT) er et bredt accepteret billedbehandlingsværktøj i klinisk praksis til nøjagtig diagnosticering og klinisk iscenesættelse af en række sygdomme1. Fordelen ved PET-billeddannelse er evnen til at visualisere og kvantificere et utal af biologiske processer in vivo med høj følsomhed og nøjagtighed2. Dette opnås ved intravenøst administration af et radioaktivt mærket stof, også kendt som en radiotracer, til patienten. Afhængigt af den anvendte radiotracer kan vævskarakteristika såsom glukosemetabolismen, celleprolifeær spredning, hypoxigrad, aminosyretransport og ekspression af proteiner og receptorer visualiseres og kvantificeres2.

Selv om flere radiotracers er blevet udviklet, valideret, og anvendes i klinisk praksis, den radioaktive glukose analog 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) er den mest udbredte radiotracer i klinisk praksis. Da FDG overvejende ophobes i celler med en forhøjet glykolytisk hastighed (dvs. celler med forhøjet glukoseoptagelse og konvertering til pyruvat til energiproduktion), er det muligt at diskriminere væv med forskellige metaboliske tilstande. Svarende til glukose, det første skridt i FDG optagelse er transport fra den ekstra-cellulære rum over plasmamembranen til intra-cellulære rum, som lettes af glukose transportører (GLUT)3. Når FDG er i det intracellulære rum, fosforylering af hexokinases vil resultere i generering af FDG-6-fosfat. I modsætning til glucose-6-fosfat kan FDG-6-fosfat imidlertid ikke trænge ind i Krebs-cyklussen med yderligere aerob dissimilation på grund af fraværet af en hydroxylgruppe (OH) ved den anden (2') kulstofposition. I betragtning af, at den omvendte reaktion, dephosphorylation af FDG-6-fosfat tilbage til FDG, næppe forekommer i de fleste væv, FDG-6-fosfat er fanget intracellularly3. Derfor er graden af FDG optagelse afhængig af ekspressionen af GLUT (især GLUT1 og GLUT3) på plasmamembranen, og den intracellulære enzymatiske aktivitet hexokinases. Begrebet kontinuerlig optagelse og fældefangst af FDG kaldes metabolisk fældefangst. Det faktum, at FDG fortrinsvis ophobes i væv med en forhøjet metabolisk aktivitet er vist i figur 1a, der viser den fysiologiske fordeling af FDG hos en patient. Denne FDG-PET billede viser højere optagelse i hjerte, hjerne, og levervæv, som er kendt for at være metabolisk aktive organer under normale forhold.

Den høje følsomhed for påvisning af forskelle i vævs metaboliske tilstand gør FDG til en fremragende radiotracer til at diskriminere normalt fra syge væv, da et ændret stofskifte er et vigtigt kendetegn for mange sygdomme. Dette er let afbildet i figur 1b, viser en FDG-PET billede af en patient med fase IV ikke-småcellet lungekræft (NSCLC). Der er øget optagelse i den primære tumor samt i metastatiske læsioner. Ud over visualisering spiller kvantificering af optagelse af radiotracer en vigtig rolle i klinisk behandling af patienter. Kvantitative indekser, der er afledt af PET-billeder, der afspejler graden af optagelse af radiotracer, såsom den standardiserede optagelsesværdi (SUV), metaboliske volumener og total læsionsglykolyse (TLG), kan anvendes til at tilvejebringe vigtige prognostiske oplysninger og måle behandlingsrespons for forskellige patientgrupper4,5,6. I denne forbindelse anvendes FDG-PET-billeddannelse i stigende grad til at personliggøre strålebehandling og systemisk behandling hos onkologiske patienter7. Endvidere er brugen af FDG-PET til overvågning af akut behandling induceret toksicitet, såsom stråling induceret esophagitis8, pneumonitis9 og systemiske inflammatoriskereaktioner 10, blevet beskrevet og giver vigtige oplysninger til at træffe billedstyrede behandlingsbeslutninger.

I betragtning af PET's vigtige rolle i forbindelse med klinisk behandling af patienter er billedkvalitet og kvantitativ nøjagtighed vigtig for passende vejledning af behandlingsbeslutninger baseret på PET-billeder. Der er dog mange tekniske faktorer, der kan kompromittere den kvantitative nøjagtighed af PET-billeder11. En vigtig faktor, der i væsentlig grad kan påvirke billedkvantificeringen i PET, er relateret til pet's længere anskaffelsestider sammenlignet med andre radiologiske billeddannelsesmosfærer, typisk flere minutter pr. sengeposition. Som følge heraf instrueres patienterne normalt i at ånde frit under PET-billeddannelse. Resultatet er, at PET-billeder lider af respiratorisk induceret bevægelse, hvilket kan føre til betydelig sløring af organer placeret i brystkassen og øvre del af maven. Denne respiratorisk-induceret bevægelse sløring kan i væsentlig grad forringe tilstrækkelig visualisering og kvantitativ nøjagtighed af radiotracer optagelse, som kan påvirke klinisk behandling af patienter, når du bruger PET-billeder til diagnose og iscenesættelse, mål volumen definition for strålebehandling planlægning applikationer, og overvågning af terapi respons12.

Flere respiratoriske gating metoder er blevet udviklet i et forsøg på at korrigere PET-billeder til respiratoriske bevægelse artefakter13. Disse metoder kan kategoriseres i fremadrettede, retrospektive og datadrevne gating-strategier. Prospektive og retrospektive respiratoriske gating teknikker typisk stole på erhvervelse af en respiratorisk surrogat signal under PET imaging14. Disse respiratoriske surrogat signaler bruges til at spore og overvåge patientens respiratoriske cyklus. Eksempler på respiratoriske sporingsanordninger er detektion af brystvægudflugtved hjælp af tryksensorer 12 eller optiske sporingssystemer (f.eks. videokameraer)15, termoelementer til måling af temperaturen af indåndet luft16og spirometre til måling af luftstrømmen og dermed indirekte estimering af volumenændringer i patientenslunger 17.

Respiratoriske gating opnås derefter typisk ved kontinuerligt og samtidig at registrere et surrogatsignal (udpeget S(t)) med PET-data under billedopkøb. Ved hjælp af det indhøstede surrogatsignal kan PET-data, der svarer til et bestemt respiratorisk eller amplitudeområde (amplitudebaseret gating),vælges 12,13,18. Fasebaseret gating udføres ved at opdele hver respiratorisk cyklus i et fast antal porte, som afbildet i figur 2a. Respiratoriske gating udføres derefter ved at vælge data erhvervet i en bestemt fase under patientens respiratoriske cyklus, der skal anvendes til billedrekonstruktion. På samme måde er amplitudebaseret gating afhængig af at definere et amplitudeområde for åndedrætssignalet, som vist i figur 2b. Når værdien af åndedrætssignalet falder inden for det indstillede amplitudeområde, vil de tilsvarende PET listmode-data blive anvendt til rekonstruktion af billedet. For retrospektive gating-metoder indsamles alle data, og genspanering af PET-dataene udføres efter billederhvervelse. Selv om prospektive respiratoriske gatingmetoder anvender de samme begreber som retrospektive gatingmetoder til genspanering af PET-data, er disse metoder afhængige af at indsamle data fremadrettet under erhvervelsen af billedet. Når der indsamles en tilstrækkelig mængde PET-data, vil billederhvervelsen blive afsluttet. Vanskeligheden ved sådanne fremadrettede og retrospektive gating tilgange er at opretholde acceptabel billedkvalitet uden væsentligt at forlænge billedet erhvervelse gange, når uregelmæssig vejrtrækningopstår 13. I den forbindelse er fasebaserede respiratoriske metoder særligt følsomme over for uregelmæssige vejrtrækningsmønstre13,19, hvor betydelige mængder PET-data kan kasseres på grund af afvisning af uhensigtsmæssige udløsere, hvilket resulterer i en betydelig reduktion af billedkvaliteten eller uacceptabel forlængelse af billedopkøbstiden. Når uhensigtsmæssige udløsere accepteres, kan respiratorisk gatingalgoritmens ydeevne og dermed effektiviteten af bevægelsesafvisning fra PET-billederne desuden reduceres, fordi respiratoriske porte er defineret i forskellige faser af respiratorisk cyklus, som afbildet i figur 2a. Det er faktisk blevet rapporteret, at amplitude-baserede respiratoriske gating er mere stabil end fase-baserede tilgange i tilfælde af uregelmæssigheder i åndedrætssignal13. Selvom amplitude-baserede respiratoriske gating algoritmer er mere robust i overværelse af uregelmæssige vejrtrækning frekvenser, disse algoritmer er mere følsomme over for baseline drifting af åndedrætssignalet. Drifting af baseline signalet kan forekomme på grund af mange årsager, når patientens muskelspændinger (dvs. overgang af en patient til en mere afslappet tilstand under erhvervelse af billedet) eller vejrtrækning mønster ændringer. For at forhindre en sådan baseline drifting af signalet, bør der gøres en sikker omhu for at fastgøre sporingssensorer til patienten og udføre regelmæssig overvågning af åndedrætssignalet.

Selv om disse problemer er kendt, traditionelle respiratoriske gating algoritmer kun tillade begrænset kontrol over billedkvaliteten og kræver normalt betydelig forlængelse af billedet erhvervelse tid eller øgede mængder af radiotracer, der skal administreres til patienten. Disse faktorer resulterede i begrænset vedtagelse af sådanne protokoller i klinisk rutine. For at omgå disse problemer i forbindelse med den variable kvalitet af de luftige gated billeder, en bestemt type amplitude-baserede gating algoritme, også kendt som optimal respiratorisk gating (ORG), er blevet foreslået18. Respiratorisk gating med ORG giver brugeren mulighed for at angive billedkvaliteten af de respiratoriske gated billeder ved at give en arbejdscyklus som input til algoritmen. Arbejdscyklussen defineres som en procentdel af de erhvervede data i PET-listetilstand, der bruges til genopbygning af billeder. I modsætning til mange andre respiratoriske gating algoritmer, dette begreb giver brugeren mulighed for direkte at bestemme billedkvaliteten af de rekonstruerede PET-billeder. På grundlag af den angivne arbejdscyklus beregnes et optimalt amplitudeområde, som tager hensyn til de særlige karakteristika ved hele det respiratoriske surrogatsignali betragtning 18. Det optimale amplitudeområde for en bestemt arbejdscyklus beregnes ved at starte med et udvalg af forskellige værdier for den lavere amplitudegrænse, der er angivet (L), for åndedrætssignalet. For hver valgt nedre grænse justeres den øvre amplitudegrænse, der er angivet (U), på en sådan måde, at summen af de valgte PET-data, defineret som data, der er anskaffet, når åndedrætssignalet falder inden for amplitudeområdet (Lsom stadig indeholder den nødvendige mængde PET-data(dvs. Ved at specificere toldcyklussen foretager brugeren således en afvejning mellem mængden af støj og graden af resterende bevægelse, der er bosat i ORG PET-billederne. Hvis arbejdscyklussen sænkes, vil det øge mængden af støj, selv om dette også vil reducere mængden af restbevægelse i PET-billederne (og omvendt). Selv om org's begreber og virkninger er beskrevet i tidligere rapporter, er formålet med dette manuskript at give klinikere nærmere oplysninger om de specifikke protokoller, når de bruger ORG i klinisk praksis. Derfor er brugen af ORG i en klinisk billeddannelsesprotokol beskrevet. Der vil blive stillet flere praktiske aspekter til rådighed, herunder patientforberedelse, billederhvervelse og genopbygningsprotokoller. Desuden vil manuskriptet dække org-softwarens brugergrænseflade og specifikke valg, der kan træffes ved udførelse af respiratorisk gating under PET-billedbehandling. Endelig diskuteres ORG's virkning på læsionsdeterbarhed og billedanterificering, som vist i tidligere undersøgelser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle procedurer, der blev udført med deltagelse af menneskelige deltagere, var i overensstemmelse med de etiske standarder for det interne klagenævn (IRB) på Radbouds universitetslægecenter og med Helsinki-erklæringen fra 1964 og dens senere ændringer eller tilsvarende etiske standarder. ORG-algoritmen er et leverandørspecifikt produkt og er tilgængelig på Siemens Biograph mCT PET/CT-scannerfamilien og nyere PET/CT-modeller.

1. Patientforberedelse

  1. Patient anamnese
    1. Tjek patientens navn og fødselsdato. Inklusionskriterier svarer til rutinemæssig ikke-gated PET-scanning. Der kræves ingen yderligere kriterier for in- eller ekskludering.
    2. Kontroller den etiket, der er leveret sammen med sprøjten med radiotraceren (navn, fødselsdato og aktivitetsdydning).
      BEMÆRK: Den mængde aktivitet, der administreres til patienten, afhænger af patientens kropsmasse og kan variere fra institutions til institutioner (i denne protokol foreslås en mængde på 3,2 MBq/kg).
    3. Sørg for, at de kliniske oplysninger på ansøgningsskemaet er korrekte ved at interviewe patienten. Spørg patienten, om der var nogen nylige relevante ændringer i behandling eller medicin.
    4. Spørg patienten, om han eller hun har diabetes mellitus (DM). Hvis patienten har DM, skal du spørge, om han eller hun har fulgt passende præparat (dvs. ingen administration af kortarbejdende insulin mindre end 4 timer før PET-scanningen eller brug af blodsukkersæntningsmidler (f.eks. metformin).
    5. Spørg patienten, om han eller hun har allergi eller bruger antikoagulanter.
    6. Patientens blodsukker måles ved at påføre en dråbe blod, der opnås ved at stikke siden af fingerspidsen på patienten på en dedikeret teststrimmel (serumglukose må ikke overstige 11,0 mmol/l).
    7. Forklar patientens forberedelses- og billeddannelsesprocedurer til patienten.
  2. Administration af radiotracer
    1. Sikker venøs adgang til patienten ved at indsætte en perifer venøs kanyle i en af de antecubitale vener.
    2. Fastgør et trevejs stophanesystem med Luer-lås til en 20 ml sprøjte indeholdende saltvand (dette er den sekundære sprøjte).
    3. Skyl de tre vejs stop hane system med saltvand (med henblik på afædning).
    4. Fastgør den trevejs stophane med sprøjte til enden af venøs kanyle.
    5. Kontroller, om venøs kanyle er patent ved omhyggeligt at skylle 10 ml saltvand gennem kanylen (spørg patienten, om han eller hun har nogen klager under rødmen).
    6. Fastgør sprøjten med radiotraceren (primærsprøjten) til den trevejs stophane. Drej ventilerne af de tre vejs stop pik, således at strømmen retning af væske gennem systemet løber fra sprøjten indeholder radiotracer til den perifere venøs kanyle. Administration af radiotraceren ved langsomt at skubbe sprøjtens stempel (sprøjten med sporstof anbringes i en særlig blyafskærmet beholder).
    7. Drej ventilerne på den trevejs stophane på en sådan måde, at sprøjten med saltvand er forbundet til den primære sprøjte (som indeholdt radiotraceren) og skyl sprøjten for at skylle eventuelle resterende radiotracer fra sprøjten.
    8. Drej ventilerne af de tre vejs stop hane og skubbe stemplet af den primære sprøjte til at administrere eventuelle resterende radiotracer tilbage i sprøjten til patienten.
    9. Gentag trin 1.2.7. og 1.2.8. tre gange.
    10. Drej den tre vejs stop pik (for at forhindre tilbageløb af blod fra patientens vene) og løsrive den primære sprøjte. Fastgør en tredje sprøjte indeholdende furosemide, drej den trevejs stophane igen og 0,5 g/kg furosemide (med en maksimal mængde på 10 mg) ved at trykke på sprøjtens stempel. Fjern den perifere venøse kanyle og tryk på punkteringsstedet ved hjælp af en steril bandage. Kontroller, om der ikke er nogen signifikant blødning og fra punkteringsstedet, og fastgør bandagen ved hjælp af medicinsk tape.
  3. Indtuvning af patienter
    1. Lad patienten hvile i en behagelig position, helst i et svagt oplyst rum, i 50 minutter.
    2. Efter 50 minutter, instruere patienten til at annullere deres blære.
    3. Efter 55 minutter, eskortere patienten til scanneren og placere patienten liggende med armene op på scanneren sengen. Brug passende armstøtte for at gøre det så behageligt som muligt for patienten. Hvis patienten ikke er i stand til at løfte sine arme, scanning kan udføres med armene position ved siden af patienten.
    4. Overhold patientens vejrtrækningsmønster, og fastgør åndedrætsbæltet omkring patientens brystkasse (normalt er positionen lige under brystkassen optimal). Sørg for, at sensoren er placeret på et sted, hvor abdominalvægudflugten identificeres efter besigtigelse (normalt 5-7 cm fra midterlinjen). Fastgør bæltet omkring patienten ved hjælp af velcro-baserede lukkesystem.
    5. Kontroller på scannerdisplayet, om åndedrætssignalet forbliver inden for grænser af minimums- og maksimumområdet (hvis åndedrætssignalet er ved at klippe, fastgør eller stram bæltet korrekt).
    6. Tip: Sørg for, at bæltet er stramt nok omkring patientens bryst. I betragtning af at patienterne kommer ind i en mere afslappet tilstand efter et stykke tid, åndedrætssignalet tendens til at falde (baseline drift af signalet). Dette forhindrer signalet i at gå ud af grænserne, og dermed opretholde en høj kvalitet af surrogat signal, der bliver brugt til respiratorisk gating.
    7. Begynd at scanne 60 minutter efter inkubationstiden.

2. Erhvervelse og rekonstruktion af image

  1. Valg af protokol
    1. Vælg hele kroppens protokol på scanneren. Dette kan gøres ved at flytte markøren over den relevante protokolkategori (angivet af cirklerne ved siden af patientikonet på undersøgelseskortet) og klikke på den relevante protokol (Figur 3).
    2. ORG erhvervelse protokol vil starte med en spejder scanning (topogram) af patienten. Hvis du vil starte anskaffelsen af topogrammet, skal du trykke på scannerstarttasten (gul rund tast med et strålingstegn) på scannerkontrolboksen (Figur 4). Hvis du vil stoppe eller afbryde anskaffelsen af topogrammet, skal du trykke på henholdsvis stop- eller stoptasten.
    3. Start med at planlægge PET-sengepositionerne på topogrammet. Dette kan gøres ved at klikke på venstre museknap på topogrammet og indstille scanningsområdet.
    4. Vælg de sengepositioner, der skal korrigeres for åndedrætsbevægelse (Figur 5).
      BEMÆRK: Disse er de 'gated' sengepositioner, der dækker brystkassen. De 'gated' sengepositioner registreres i listmode. Afhængigt af den kliniske indikation, seng positioner, der dækker den øvre del af maven kan også gated (for eksempel når billeddannelse er indiceret til leveren eller pancreas læsioner). For de ikke-gated seng positioner, er det kun nødvendigt at optage sinograms for billede genopbygning.
    5. Angiv billedoptagelsestid for PET-sengepositionerne (Figur 5).
      BEMÆRK: Afhængigt af mængden af indsprøjtet aktivitet skal scanningsvarigheden af de ikke-gatede sengepositioner tilpasses, så de giver tilstrækkelig billedkvalitet. Derudover er optagetingstiden for de ikke-gated seng positioner i kombination med den arbejdscyklus, der anvendes til billede rekonstruktion af gated seng positioner, er optageting af gated seng positioner bestemmes. For en arbejdscyklus på 35 % giver forlængelse af scanningen efter faktor 3 f.eks. Foreslået billeddannelse protokol på Radboud University Medical Center er en optaget tid for ikke-gated seng positioner på 2 minutter, mens for gated seng positioner optaget tid er 6 minutter ved hjælp af en arbejdscyklus på 35%
    6. Når du har konfigureret anskaffelsesparametrene, skal du trykke på starttasten (gul rund knap med et strålingstegn) på scannerkontrolboksen og vente, indtil scannersengen er flyttet tilbage til udgangspositionen. Tryk på starttasten igen for at få en CT-scanning med lav dosis fra patienten (hoved til fødder). Når du har anskaffet CT-scanningen, skal du trykke på starttasten for at starte PET-scanningen.
    7. Under billedopkøb skal patienten regelmæssigt kontrolleres og kvaliteten af åndedrætssignalet (juster respiratorbæltet, hvis det er nødvendigt).
      BEMÆRK: Justering af selen bør kun foretages, når der ikke er anskaffet respiratoriske indhegnede sengepositioner. Derfor bør justeringer ske før eller efter disse sengepositioner er erhvervet. Justering af bæltet under erhvervelsen af gated sengeposition vil påvirke kvaliteten af ORG-billederne. Omhyggelig observation af åndedrætssignalet og eventuel justering af åndedrætsbæltet før erhvervelse af de indhegnede sengepositioner er nødvendig for at modvirke enhver væsentlig baseline drifting af signalet under PET-scanning.
  2. Rekonstruktion af billeder
    1. Gennemgå det luftsignal, der er anskaffet, og vælg den relevante arbejdscyklus for de gatede sengepositioner (Figur 6).
      BEMÆRK: Amplitude-serien, der anvendes til respiratorisk gating, er overlejret på åndedrætssignalet). Kontroller for uoverensstemmelser eller baseline driver i åndedrætssignalet, der kan påvirke kvaliteten af respiratoriske gating.
    2. Vælg billedrekonstruktionsprotokol, der er optimeret til visning( Figur 7). Dette er normalt en høj opløsning billede rekonstruktion protokol med mindre voxel størrelser til påvisning af små læsioner. Det er vigtigt at indse, at ORG-algoritmen beregner det optimale amplitudeområde ved hjælp af hele åndedrætssignalet fra de valgte sengepositioner. Selvom forskellige arbejdscyklusser kan bruges til forskellige sengepositioner (f.eks. for at korrigere for et åndedrætssignal af varierende kvalitet), tilrådes det ikke at bruge forskellige arbejdscyklusser til forskellige sengepositioner, da dette vil medføre variationer i billedkvaliteten mellem forskellige sengepositioner.
      BEMÆRK: Her er et eksempel billede rekonstruktion protokol til visning:
      • Algoritme: TrueX + TOF (UltraHD PET)
      • Antal gentagelser:3
      • Antal undergrupper: 21
      • Matrix størrelse: 400 × 400
      • Filtrering efter rekonstruktion, kerne (3D Gaussian), halv maksimum i fuld bredde (FWHM): 3,0 mm
      • Arbejdscyklus 35%
    3. Rekonstruere PET-billederne med en protokol, der er i overensstemmelse med Research4Life (EARL)-initiativet til kvantitativ PET-billedbehandling. Disse er normalt lavere opløsning billeder med specifikke post-rekonstruktion filtrering anvendes.
      BEMÆRK: Her er et eksempel billede rekonstruktion protokol for billede kvantificering:
      • Algoritme: TrueX + TOF (UltraHD PET)
      • Antal gentagelser: 3
      • Antal undergrupper: 21
      • Matrix størrelse: 256
      • Filtrering efter rekonstruktion, kerne (3D Gaussian), halv maksimum i fuld bredde (FWHM): 8,0 mm
      • Arbejdscyklus 35%
    4. Send de rekonstruerede billeder til PACS-arkivet. Billederne er nu klar til at blive evalueret af den nuklearmedicinske læge

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Brugen af ORG i PET resulterer i en samlet reduktion af respiratorisk induceret sløring af billederne. For eksempel, i en klinisk evaluering af patienter med ikke-småcellet lungekræft (NSCLC), ORG resulterede i påvisning af flere lungelæsioner og hilar / mediastinal lymfeknuder20. Dette er let påvist i figur 8 og figur 9, der viser ikke-gated og ORG PET billeder af patienter med NSCLC.

Især resulterede ORG i ledelsesændringer hos patienter med tidlige sygdomsstadier (I-IIB), hvor påvisning af yderligere læsioner af lymfeknuder i væsentlig grad kan påvirke den foreskrevne behandling og yderligere diagnostiske procedurer, der kræves. Disse resultater bekræftes af en undersøgelse foretaget af van der Gucht et al. for læsioner i den øvre delaf maven 21. Brugen af ORG resulterede i påvisning af flere læsioner i FDG-PET hos patienter med hepatiske og perihepatically placerede læsioner. Selv om disse resultater understøtter, at brugen af ORG kan føre til forbedret diagnose og iscenesættelse af patienter, er den nøjagtige kliniske virkning af ORG fortsat uklar.

Billedanktificering påvirkes betydeligt, når ORG blev brugt til at korrigere PET-billeder til respiratorisk bevægelse, især for lungelæsioner i nærheden af mellemgulvet og hilarområderne i lungerne. I en undersøgelse af virkningerne af ORG hos 66 lungekræftpatienter var der en statistisk signifikant stigning i gennemsnitlig SUV (SUVmiddel)optagelse i ORG-billederne med hensyn til de ikke-gated PET-billeder. Sammenlignet med de ikke-gated PET billeder, viste ORG PET billeder en stigning i SUVgennemsnit på 6,2±12,2% (p<0,0001), 7,4±13,3 %(p<0,0001) og 9,2±14,0 % (p<0,0001) for arbejdscyklusser på 50 % henholdsvis12 pct.

Desuden blev der observeret et statistisk signifikant fald i metaboliske mængder af læsionerne, da ORG blev udført. Disse mængder blev segmenteret ved hjælp af en region voksende fast tærskel (40% af den maksimale optagelse (SUVmax)) segmentering algoritme. Der var et fald på 6,9±19,6% (p=0,02),8,5±19,3% (p<0,0001), og 11,3±20,2% (p<0,0001) for toldcyklusser på 50%, henholdsvis 35 % og 20 %12. Den betydelige stigning i optagelsen og faldet i metabolisk volumen indikerer effektiv fjernelse af respirationsinduceret billed sløring fra PET-billederne, når ORG udføres. Derudover blev det vist, at respiratoriske bevægelsesgenstandes indflydelse på kvantificeringen af læsionsoptagelse og volumen var afhængig af anatomisk placering. Der var kun en betydelig stigning i SUVmiddelværdi og fald i volumen for læsioner placeret i de nedre lungeflipper og centralt (især hilar) placeret læsioner. Effekten af anatomisk placering er let påvist i figur 10, der viser to forskellige NSCLC-læsioner hos en enkelt patient. Desuden viste en sammenligning af ORG PET-billederne rekonstruerede billeder med en arbejdscyklus på 35 % med deres ikke-gated-ækvivalente billeder, at billedstøjniveauet er sammenlignelige, hvilket viser, at billedkvaliteten holdes konstant, når de bruger ORG12.

Forholdet mellem arbejdscyklus og billedstøj blev påvist ved at beregne variationskoefficienten (COV) for FDG-optagelse i upåvirket lungeparenkym. COV i ikke-gated billeder ved hjælp af alle tilgængelige data var i gennemsnit 26,1±6,4%, mens COV i ORG PET billeder rekonstrueret med en toldcyklus på 20% var 39,4±7,5%. Der var en ikke-signifikant forskel i COV mellem ORG PET-billeder rekonstrueret med en toldcyklus på 35% (32,8±6,4%) og deres ikke-gated tilsvarende billeder (31,8±5,6%). Figur 11 viser to forskellige ORG PET- og ikke-gated PET-billeder med forskellig statistisk kvalitet. Dette tal viser, at en sænkning af toldcyklussen øger mængden af støj, mens kvaliteten af ORG PET-billedet rekonstrueret med en toldcyklus på 35 %, og det tilsvarende billede, der ikke er gated, holdes konstant. Selvom ORG resulterer i en signifikant reduktion af læsionsvolumen som kvantificeret på PET-billeder, gav den absolutte reduktion i volumen ingen signifikant sparsomning af den strålingsdosis, der blev leveret til de organer, der var i risiko (OAR' er) under strålebehandlingsplanlægning, som det fremgår af en anden undersøgelse22.

Den slørende effekt af respiratorisk bevægelse påvirker også kvantificering af intra-tumor heterogenitet. I en kohorte på 60 NSCLC-patienter resulterede ORG i statistisk signifikante forskelle i teksturfunktionsantering af læsioner i mellem- og nedre lungeflipper23. For de tekstlige funktioner; højintensitetsvægt (HIE), entropi, zoneprocent (ZP) og forskellighed den relative stigning var 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) mellem ORG PET-billederne og deres ikke-gated tilsvarende PET-billeder. Kvantificering af intra-tumor heterogenitet var ikke signifikant påvirket for læsioner i de øvre lungeflipper. Det gennemsnitlige fald i disse skriftefunktioner var på 1,0% ± 7,7% (p = 0,3), 0,35% ± 1,8% (p = 0,3), 1 0,4 % ± ± 2,7 % (p = 0,5 % for forskellighed, entropi, HIE, og ZP henholdsvis. Desuden var der ingen signifikant forskel mellem ORG og ikke-gated PET-billeder for centralt placerede læsioner, med en gennemsnitlig stigning på 0,58% ± 3,7% (P = 0,6), 5,0% ± 19,0% (P = 0,4), 4 0,59 % ± 4,0 % (P = 0,9) og 4,4 % ± 27,8 % (P = 0,4) for entropi forskellighed ZP og HIE hhv. Selv om kvantificeringen af de tekstlige træk blev væsentligt påvirket for læsioner placeret i de midterste og nedre lungeflipper, blev de multivariate Cox regressionsmodeller for overlevelse ikke væsentligtpåvirket 23. Ud over kvantificering af intra-tumor heterogenitet af lungelæsioner, respiratorisk bevægelse kan resultere i betydelige ændringer i kvantificering af intra-tumor heterogenitet af læsioner placeret i den øvre abdominale region. Dette er let påvises i en undersøgelse af virkningen af ORG på kvantificeringen af patienter med en pancreas ductal adenocarcinom (PDAC)24. Fjernelse af respiratoriske bevægelsesartefakter fra PET-billeder ved hjælp af ORG påvirker kvantificeringen af skriftelige funktioner i PDAC-læsioner betydeligt. Det blev bemærket, at korrelationen mellem de beregnede teksturelementer og den samlede overlevelse var væsentligt påvirket.

Figure 1
Figur 1: a) Fysiologisk fordeling af 18F-fluorodeoxyglycose (FDG) hos en patient, der gennemgik positronemissionstomografi (PET) billeddannelse. Der er betydelig optagelse af FDG i hjertet, hjernen, og leveren af patienten. b)Øget FDG-optagelse i flere lunge-, lymfeknuder og fjerne metastaser hos en patient med fase IV ikke-småcellet lungekræft (NSCLC), hvilket viser præferenceoptagelsen af FDG i kræftlæsioner sammenlignet med de fleste andre ikke-ramte væv. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Fase- og amplitudebaseret gating i positronemissionstomografi (PET). a)Fasebaseret gating, b) amplitudebaseret gating og c) optimal respiratorisk gating (ORG). Under fasebaseret gating opdeles hver respiratorisk cyklus i et fast antal porte (i dette tilfælde 4). Data indsamlet i en bestemt port vil blive brugt til at rekonstruere et billede, hvorfra de vigtigste respiratoriske bevægelseskomponenter vil blive fjernet. Amplitude-baseret gating bygger på definitionen af en øvre og nedre amplitudegrænse. Amplitude-baserede respiratoriske gating tilgange typisk stole på specifikation af en amplitude-range af brugeren. Data indsamlet, når åndedrætssignalerne falder inden for det definerede amplitudeområde, vil blive brugt til billedrekonstruktion. Den optimale respiratoriske gating (ORG) algoritme bruger en sådan amplitude-baseret tilgang og vil beregne en optimal amplitude rækkevidde baseret på den arbejdscyklus (procentdel af PET-data, der kræves for billede rekonstruktion) forudsat. Det mindste amplitudeområde, der stadig indeholder den angivne mængde data, der kræves til billedrekonstruktion (samlet sum af de områder, der er nedtonet med blåt), vælges som det optimale amplitudeområde (W). For at opnå dette justerer ORG-algoritmen den øvre grænse (U) for forskellige værdier af den nedre grænse (L). Generelt vil en forøgelse af antallet af porte eller reduktion af amplitude-området resultere i en mere effektiv afvisning af respiratorisk bevægelse på bekostning af øget billedstøj. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: Valg af passende billedbehandlingsprotokol. En foruddefineret billeddannelsesprotokol kan vælges ved at vælge en protokol fra en bestemt kategori (ved at hoovere musen hen over protokolkategorierne (angivet med den røde boks) og vælge en protokol i rullemenuen). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: Forskellige nøgler på kontrolboksen for Siemens mCT- og Horizon PET/CT-scannere. 1) Flyt nøgle, der bruges til at flytte patientbordet til den næste måleposition, 2) Fjern patientnøglen: Bruges til at flytte patientbordet til aflastningspositionen efter billedantagelse, 3) Startnøgle: Bruges til at udløse en scanning, vil advarselsskiltet (4) lyse op under billedanering, 4) Strålingsadvarselslampe: Angiver og giver et advarselssignal, når røntgenrøret er tændt, 5 Suspendere) tasten: Bruges til at holde scanningsproceduren. Dette er den foretrukne metode til at afbryde en scanning, før den er fuldført. Suspend-indstillingen tillader genstart af billedprotokollen på det punkt, hvor den er standset. 6) Hør patienttasten: Tryk på denne tast for at høre patienten, lysdioden indikerede, at lytteforbindelsen er aktiv, tryk på denne tast igen for at frigøre lytteforbindelsen, 7) Højttaler, 8) Ring patientnøgle: Hold denne tast nede, mens du taler til mikrofonen (10) for at give patienten instruktioner, 9) Stoptast: Bruges til straks at stoppe scanningsproceduren, der anvendes i tilfælde af en nødsituation, 10) Mikrofon. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: Efter erhvervelsen af topogrammet skal anskaffelsestiden for forskellige sengepositioner angives (under fanen 'Rutine'). I dette eksempel registreres de indhegnede sengepositioner i 6 minutter (seng 2), mens de ikke-gatede sengepositioner erhverves på 2 minutter (seng 1 og3). Gated seng positioner (fremhævet med orange i topogram) kan indstilles ved at indstille indstillingen 'Physio' til 'On' i den anden kolonne. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: Respiratorisk bølgeform af patienten vises i den øverste del af instrumentbrættet sammen med et histogram af vejrtrækningsfrekvensen (nederste del) i fanen 'Trigger'. Arbejdscyklussen kan vælges fra rullemenuen til højre (i dette tilfælde 35 %). Denne protokol har en standard billedopkøbstid på 6 minutter pr. sengeposition for gated seng positioner og 2 minutter for ikke-gated seng positioner. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7: Valg af billedrekonstruktionsprotokol (fanen "Recon" kan der specificeres oplysninger om rekonstruktion af billeder for hver protokol ved at udfylde de relevante felter. Til visning anbefales en billedrekonstruktionsprotokol med høj opløsning at give detaljer i de rekonstruerede PET-billeder. Til kvantificering af radiotraceroptagelse på PET-billeder tilrådes brugen af en EARL-kompatibel rekonstruktionsprotokol. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 8
Figur 8: Ikke-gated og optimal gated (ORG) FDG-PET-CT billeder af en patient med ikke-småcellet lungekræft (NSCLC). Denne figur viser ikke-gated (a) og ORG PET (b) billeder af en munter lymfeknude i station X hos en patient med en ensom NSCLC læsion i venstre underlår. ORG PET-billedet rekonstrueres med en 35% arbejdscyklus. Reduktion af de slørende virkninger af respiratorisk bevægelse ville have resulteret i upstaging af denne patient fra cT1N0M0 til cT1N1M0 og kravet om histologisk evaluering af hilar lymfeknuden ved hjælp af endobronchial ultralyd (EBUS). Dette tal er blevet ændret fra Grootjans et al. (Lungekræft 2015). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 9
Figur 9: Ikke-gated (a) og optimal respiratorisk gated (ORG) (b) FDG-PET-CT billede af en primær NSCLC læsion og satellitlæsion i højre lunge hilum. Den primære læsion er angivet med et 'p', mens satellitlæsionen er angivet med et 's' i dette tal. Respiratorisk gating hos denne patient resulterede i forbedret kontrastgendannelse af satellitlæsioner ved siden af den primære læsion. Tilstedeværelsen af læsionen blev bekræftet ved opfølgende CT-billeddannelse, selv om disse fund ikke ville have påvirket klinisk behandling for denne patient væsentligt, resulterede ORG i påvisning af yderligere lungelæsioner. Dette tal er blevet ændret fra Grootjans et al. (Lungekræft 2015). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 10
Figur 10: Ikke-gated og optimal respiratorisk gated (ORG) FDG-PET-CT billeder af en patient med NSCLC læsioner i venstre nederste lap og lunge hilum. Dette eksempel viser effekten af respiration-induceret bevægelse sløring på visualisering og kvantificering af NSCLC læsioner. a)Ikke-gated PET billede skildrer en læsion i venstre nederste lap, b)ORG PET billede, rekonstrueret med en toldcyklus på 35% af en læsion i venstre nederste lap, c) Non-gated PET billede skildrer en læsion i venstre lunge hilum, d) ORG PET billede, rekonstrueret med en toldcyklus på 35% af en læsion i venstre lunge hilum. Hos denne patient udsættes læsionen i lungealtum for betydelig respirationsinduceret bevægelse, hvilket viser en stor effekt på kvantificeringen af læsionsoptagelse og metabolisk volumen, når ORG udføres. For denne læsion blev der observeret en stigning i den gennemsnitlige standardiserede optagelsesværdi (SUVmean) på 31,9 % og et fald i metabolisk volumen på 23,0%. Respiratorisk bevægelses virkning på kvantificeringen af læsionsoptagelse og volumen var henholdsvis 5,3 % og 1,9 % for læsionen i den øvre lungelap. Dette tal er blevet ændret fra Grootjans et al. (Eur Radiol 2014). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 11
Figur 11: Sammenligning af optimalt respiratorisk gated (ORG) og ikke-gated PET-billeder med forskellige optællinger statistik hos en patient med fase IV ikke-småcellet lungekræft (NSCLC). Venstre kolonne (a og c) viser de ikke-gated PET-billeder rekonstrueret med alle (a) og 35% (c) af de registrerede data. Sammenligning af billeder a og c afslører, at støjniveauet øges, når der anvendes færre data til billedrekonstruktion, især mærkbar i områder med relativt homogen optagelse, såsom leveren (angivet med en stjerne '*'). Kolonnen til højre (b og d) viser ORG PET-billederne rekonstrueret med en arbejdscyklus på 50 % og 35 %. Disse billeder viser, at mængden af støj øges, når arbejdscyklussen sænkes. En sammenligning af det ikke-gatedPET-billede( c ) med org-pet-ækvivalenten (d) viser, at den respiratoriske sløringseffekt reduceres i ORG-billedet, hvilket afspejles af den tilsyneladende størrelse af metastatisk læsion i binyrerne (angivet med et plustegn '+') og nyrekalv af venstre nyre (indikeret med et 'x'). Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I det nuklearmedicinske samfund har de forværrede virkninger af respiratoriske bevægelsesgenstande i PET-billeddannelse været velkendte i lang tid. Det har vist sig i mange undersøgelser, at den slørende effekt af respiratoriske bevægelsesgenstande i væsentlig grad kan påvirke billedvantificering og læsionsdetekterbarhed. Selv om der er udviklet flere respiratoriske gating-metoder, anvendes respiratorisk gating i øjeblikket ikke i vid udstrækning i klinisk praksis. Dette skyldes især en deraf følgende variabel billedkvalitet, uacceptabel forlængelse af billedopkøbstider og ikke-ideel integration af respiratorisk gating i en klinisk fuld kropsbilledprotokol. Fordelen ved ORG er, at det giver mulighed for bekvem integration i en standard helkroppen PET-billedbehandlingsprotokol, hvilket gør det muligt problemfrit at integrere flere gated og ikke-gated seng positioner i et enkelt billede. Desuden tager ORG-algoritmen specifikke karakteristika for hele åndedrætssignalet, såsom plateaufaser, i betragtning ved beregningen af det optimale amplitudeområde, mens brugeren har mulighed for direkte at specificere billedkvaliteten af de rekonstruerede PET-billeder ved at specificere arbejdscyklussen. Men i lighed med mange andre respiratoriske gating metoder, ORG kræver brug af eksterne sensorer, som bruges til at udføre respiratorisk gating. Afhængigt af den anvendte toldcyklus kasseres en betydelig mængde PET-data desuden og anvendes ikke til rekonstruktion af det endelige billede. Derfor er vellykket respiratorisk gating med ORG afhængig af passende sporing af respiratoriske bevægelser ved hjælp af eksterne sensorer og forlængelse af billedopkøbstider eller mængden af administreret aktivitet til patienterne. Vanskeligheden i forbindelse med brugen af sensorer inspirerede til udviklingen af datadrevne eller sensor-mindre respiratoriske gating tilgange25,26,27. Disse datadrevne teknikker udelader kravet om et eksternt surrogatsignal ved at udtrække oplysninger om respiratorisk bevægelse fra selve PET-listetilstandsdataene. Sådanne datadrevne teknikker er udviklet af flere PET-leverandører og er blevet foreslået som klinisk anvendelige alternativer til sensorbaserede metoder, hvilket letter rutinemæssig PET-respiratorisk irritation i klinisk praksis.

Ud over udelukkende at udtrække oplysninger om respiratoriske bevægelser fra PET-data tillader nyere metoder, at alle PET-data registreres til rekonstruktion af billeder28. Disse bevægelseskompenserede billedrekonstruktioner udføres ved elastisk at omdanne PET-data fra forskellige respiratoriske faser til et enkelt billede, hvorfra bevægelsesgenstande fjernes. Sammenlignet med traditionel sensorbaseret respiratorisk gating kræver bevægelseskompenseret rekonstruktion ikke forlængelse af billedopkøbstiden og forhindrer brug af ekstra hardware under gating. Disse metoder effektivt fjerne respiratoriske bevægelse fra PET-billeder og samtidig opretholde billedkvalitet29. Desuden er der med fremkomsten af hybrid PET og magnetisk resonans (MR) imaging, flere metoder, der bruger bevægelsesoplysninger stammer fra MR til at korrigerePET-billeder 30,31,32,33. Selv om disse metoder har eksisteret i nogen tid i en forskning indstilling, de første data-drevne respiratoriske gating metoder er kommet ind på markedet. Men, de fleste af disse metoder er stadig under aktiv udvikling og løbende forbedringer og større kliniske undersøgelser er nødvendige for at vurdere ydeevnen og robustheden af sådanne algoritmer.

Selv om respiratoriske gating metoder er primært fokuseret på at korrigere PET-billeder til respiratoriske bevægelse artefakter, disse algoritmer normalt ikke tage de erhvervede CT-data i betragtning. I klinisk praksis udføres CT med lav dosis (LD) normalt uden at give åndedrætsinstruktioner. Registrering af en LDCT erhvervet, når patienten trækker vejret frit kan resultere i en betydelig rumlig uoverensstemmelse mellem respiratoriske gated PET og LDCT, især for anatomiske strukturer, der bevæger sig under respiration34. Ud over nøjagtigt lokalisering af radiotraceroptagelse anvendes LDCT til dæmpningskorrektion af PET-billederne. Derfor kan virkningen af et rumligt mismatch mellem PET og CT medføre dybtgående kvantitative unøjagtigheder i PET, især når radiotraceroptagelse er placeret i nærheden af strukturer med store forskelle i tæthed, såsom lunge- og knoglevæv. Flere forfattere har undersøgt forskellige metoder til at synkronisere billederhvervelse for at reducere rumlig uoverensstemmelse mellem PET og CT-billeder. En foreslået metode indebærer at give vejrtrækning instruktioner til patienten under CT erhvervelse. Selv om standard-CT-åndedrætsinstruktioner i kombination med ORG ikke gav en forbedring af den rumlige matchning mellem CT og PET35, resulterede patientspecifikke instruktioner baseret på det samme åndedrætssignal og amplitudeområde, der blev anvendt til ORG , i en generel forbedring af det rumlige match mellem PET og CT36. Disse metoder er dog følsomme over for variationer i betjeningsvejledningen og patientens fortolkning. Der er opnået forbedrede resultater ved at udføre træningssessioner med patienten før PET-CT-billeddannelse. Men, da nogle patienter har svært ved at overholde disse vejrtrækning instruktioner på grund af en nedsat fysisk tilstand, succes kan forblive variabel i en klinisk indstilling. Andre tilgange omfatter brugen af respiratorisk udløst CT, hvor åndedrætssignalet bruges til at udløse CT erhvervelse34. Denne tilgang i kombination med ORG resulterede i en betydelig reduktion i det rumlige misforhold mellem PET- og CT-billeder. I en undersøgelse evaluere en udløst til en standard CT-protokol viste en stigning i SUVmax og SUVgennemsnit på 5,7% ± 11,2% (P < 0,001) og 6,1% ± 10,2% (P = 0,001), hhv. Selv om der er foreslået fuld 4D CT-gating, der matcher PET- og CT-billeder, finder sådanne strategier ikke anvendelse i rutinemæssig klinisk praksis i betragtning af en uacceptabelt høj strålingseksponering for patienten. Forskellige metoder til at reducere det rumlige misforhold mellem PET- og CT-billeder er stadig under evaluering for deres effektivitet og kliniske anvendelighed.

Selv om respiratoriske bevægelser i væsentlig grad påvirker billedvantificeringen af PET-billeder, er der stadig mange andre tekniske faktorer, der skal tages i betragtning for at opretholde reproducerbarheden og den kvantitative nøjagtighed afPET-billeder 11. Disse faktorer er relateret til patientforberedelse, billedbehandlingsopkøbsindstillinger og rekonstruktionsprotokoller. Det er vigtigt at overholde strenge anskaffelsesprotokoller, herunder anvendelse af lignende patientforberedelsesprocedurer, vurdering af radiotraceroptagelse på bestemte tidspunkter og scannings- og genopbygningsparametre11,37. I den forbindelse indeholder European Association of Nuclear Medicine (EANM) retningslinjer for kvantitativE FDGPET-CT for multicentersammenligninger. Det er blevet påvist , at harmonisering af billedbehandlingsprotokoller ved hjælp af standardiserede retningslinjer resulterer i en generel forbedret sammenlignelighed af PET-billeder fra forskellige institutioner38.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen interessekonflikt.

Acknowledgments

Forfatterne vil gerne takke Richard Raghoo for at give PET billeder vist i figur 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

Kræftforskning Problem 161 Respiratorisk gating Billedvantificering Positron emissionstomografi Ikke-småcellet lungekræft Radiomics Strålebehandling planlægning
Håndtering af respiratoriske bevægelsesgenstande i <sup>18</sup>F-fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomografi ved hjælp af en Amplitude-baseret optimal respiratorisk gating algoritme
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