Einfluss der Detektorsensitivität eines Blutsamplers auf die kinetische Modellierung von PET-Daten: Ergebnisse einer numerischen Simulationsstudie

Ziel/Aim:

Sogenannte Blutsampler ermöglichen es, arterielle Tracerkonzentrationen als Inputfunktion für eine kinetische Modellierung dynamischer PET-Scans zu messen. Das Ziel dieser Untersuchung war, die Eignung der gewonnen Daten zur kinetischen Modellierung innerhalb einer numerischen Simulation unter Berücksichtigung von Sensitivität und Rauscheigenschaften abzuschätzen.

Methodik/Methods:

Zunächst wurden in einer Kalibriermessung das Hintergrundsignal und die Sensitivität eines Blutsamplers (Twilight, Swisstrace, Zürich, Schweiz) bestimmt. Mit diesen Daten und anhand einer typischen FDG-basierten Inputfunktion (Dosis: ca. 3 MBq/kg) wurden unter Modellierung der Messung als Poisson-Prozess 20 verschiedene Rauschrealisationen bestimmt (simulierte Messdauer: 1h). Basierend auf der idealen Inputfunktion wurden Gewebekurven für zwei verschiedene Kompartiment-Modelle (mit zwei bzw. drei Kompartimenten) mit verschiedenen Parameterkonfigurationen (vB, K1, k2 bzw. vB, K1, k2, k3, k4) berechnet (PMOD, PMOD Technologies, Zürich, Schweiz). Zur Überprüfung des Einflusses von Sensitivität und Rauschverhalten wurden die Gewebekurven mit den gefitteten Messrealisationen als Inputfunktionen hinsichtlich dieser Parameter modelliert. Die Ergebnisse wurden mit den originalen Parametern verglichen.

Ergebnisse/Results:

Die Sensitivität des Blutsamplers wurde mit 3,6 cps/kBq/ml bei einer Hintergrundrate von ca. 100 cps bestimmt. Für das Zwei-Kompartiment-Modell konnten alle kinetischen Parameter mit hoher Genauigkeit reproduziert werden (z.B. K1 = 0,502 ± 0,011 min-1, k2 = 0,051 ± 0,007 min-1 für Vorgaben von 0,500 min-1 und 0,050 min-1), während insbesondere k3 und k4 im Drei-Kompartiment-Modell teilweise nur schlecht bestimmt werden konnten (z.B. k3 = 0,768 ± 0,754 min-1, k4 = 0,083 ± 0,116 min-1 für Vorgaben von 0,500 min-1 und 0,050 min-1).

Schlussfolgerungen/Conclusions:

Für einfache kinetische Modelle liefert der untersuchte Blutsampler valide Inputfunktionen für stabile Parameterbestimmungen. Bei komplexeren Modellen können Parameterschätzungen jedoch aufgrund des relativ kleinen Sensitivitäts-zu-Hintergrund-Verhältnisses ungenau werden.