Quantifizierung von Repositionierungsfehlern bei PET-Studien durch Uberlagerung von Emissions- und Transmissionsscan

Zusammenfassung

Ziel: Ziel dieser Studie war die Quantifizierung von Lagerungsdiskrepanzen zwischen Emissions-(E) und Transmissionsscan (T) anhand von Fusionsbildern, wobei ein direkter Vergleich zwischen Akquisitionen mit (zweizeitig) und ohne (einzeitig) Patientenrepositionierung erfolgte. Zusätzlich wurden alle Studien auf lagerungsbedingte Artefakte hin untersucht und Phantommessungen zur Beurteilung der Auswirkungen von Repositionierungsfehlern auf die Berechnung des Standardized Uptake Value (SUV) durchgeführt. Methoden: 40 Patienten wurden zweizeitig in Ganzkörpertechnik und 15 Patienten einzeitig im Kopf-Hals-Bereich mittels PET untersucht. Die Repositionierung der zweizeitig akquirierten Patienten erfolgte unter Verwendung eines Laser-Matrix-Positionierungssystems sowie Körpermarkierungen. Nach Rekonstruktion und Fusion beider Scans wurden die Lagerungsdiskrepanzen durch Messung des Abstandes zwischen den äußeren Begrenzungen von T und E in jeweils vier Körperregionen ermittelt. Ergebnisse: Die mittleren Lagerungsdiskrepanzen entlang der drei orthogonalen Raumachsen x, y und z betrugen bei den zweizeitigen Untersuchungen zwischen 8,9 mm und 13,8 mm, während bei den einzeitig durchgeführten Studien nur mittlere Abweichungen zwischen 3,5 mm und 4,3 mm ermittelt wurden (Signifikanzniveau für alle drei Achsen jeweils p <0,0001 ). Artefakte fanden sich bei 47,5% der Ganzkörper-, jedoch bei keiner der Kopf-Hals-Studien. Mit Hilfe der Phantomstudien ließ sich die Entstehung von Bildartefakten nachvollziehen. Schlußfolgerung: Die ermittelten Daten belegen, daß die artefaktfreie Erstellung schwächungskorrigierter Studien eine hohe Präzision bezüglich der Patientenlagerung erfordert. Einzeitige Untersuchungsprotokolle ohne Repositionierung sind aufgrund der signifikant geringeren Positionierungsdifferenzen zu bevorzugen. Die parallele Rekonstruktion nicht schwächungskorrigierter Bilder hat sich im Rahmen dieser Studie bei der Aufdeckung von Bildartefakten bewährt und erscheint somit empfehlenswert.

Summary

Aim: The purpose of this study was to quantify positioning discrepancies between emission (E) and transmission (T) scan using image fusion. A direct comparison of one-step and two-step acquisitions was performed where all studies were analyzed in respect to artifacts caused by inaccurate positioning. In addition, phantom measurements were conducted to estimate the consequences of repositioning errors on standardized uptake value calculations (SUV). Methods: 40 patients were examined by two-step whole-body scans using PET and 15 patients were subject to one-step examinations in the head/neck area. Repositioning between the scans was achieved by a laser matrix positioning system in combination with external body markings. After reconstruction and image fusion of the scans, the positioning discrepancies were measured as the distances between the outer boundaries of E and T in four different body regions. Additional evaluations of the SUV by increasing E-T dislocation were performed using a Jaszczak phantom containing hollow spheres. Results: For the two-step acquisitions, the mean spatial deviations along the three orthogonal axes x, y, and z were between 8.9 mm and 13.8 mm, whereas for the one-step examinations mean values between 3.5 mm and 4.3 mm were determined (level of significance in each direction p <0.0001 ). Artifacts were found in 47.5% of the whole body scans, but in none of the head/neck studies. The development of image artifacts was simulated by phantom studies. In contrast, the deviations of the computed SUV caused by increasing positioning discrepancies were minimal because of the minimal differences between the attenuation coefficients of the media involved. Conclusion: The presented data show that an artifactfree reconstruction of attenuation-corrected studies requires a precise positioning of the patient. One-step examination protocols without repositioning are advantageous due to the significantly lower positioning discrepancies. The additional reconstruction of nonattenuation-corrected studies has proven to be useful in discovering image artifacts and is therefore recommended.

Schlüsselwörter

Repositionierung - Überlagerung - Bildfusion - Artefakt - Qualitätskontrolle - PET

Key words

Repositioning - overlay - image fusion - artifact - quality control - PET

• LITERATUR

• 1 Ackermann R, Baum RR, Biersack HJ, Büll U, Clausen M, de Wit M, Dose J, Faß J, Hautmann R, Knapp WH, Kuhn W, Link KH, Mitrou PS, Moser E, Reiners C, Reske SN, Reuland R, Schober O, Schulte M, Schwaiger M, Schwarz J, Strauß LG, Sunder-Plassmann L, Tesch H, Willich N. Konsensus - Onko- PET. Nuklearmedizin 1997; 36: 45-6.
• 2 Bailey DL. Transmission scanning in emission tomography. Eur J Nucl Med 1998; 25: 774-87.
• 3 Bergmann SR. Cardiac positron emission tomography. Semin Nucl Med 1998; 28: 320-40.
• 4 Bergstrom M, Eriksson L, Böhm C, Blomqvist G, Litton J. Correction for scattered radiation in a ring detector positron camera by integral transformation of the projections. J Comput Assist Tomogr 1983; 7: 42-50.
• 5 Budinger TE. PET instrumentation: what are the limits?. Semin Nucl Med 1998; 28: 247-67.
• 6 Hoffmann EJ, Sung-Cheng H, Phelps ME. Quantitation in positron emission computed tomography: Effect of object size. J Comput Assist Tomogr 1979; 3: 299-308.
• 7 Kaiser HJ, Sabri O, Wagenknecht G, Lege B, Hellwig D, Büll U. A method of correlating and merging cerebral morphology and function by a special head holder. Nuklearmedizin 1994; 33: 123-6.
• 8 Moser E, Bartenstein P, Biersack HJ, Büll U, Heiss WD, Herholz K, Müller-Gärtner HW, Ringelstein EB, Sabri O, Schober O, Schwartz J, Seitz RJ. Konsensus - Neuro- PET. Nuklearmedizin 1997; 36: 46-7.
• 9 Rigo P, Paulus P, Kaschten BJ, Hustinx R, Burv T, Jerusalem G, Benoit T, Foidart-Willems J. Oncological applications of positron emission tomography with fluorine-18 fluorodeoxvglucose. Eur J Nucl Med 1996; 23: 1641-74.
• 10 Sabri O, Hellwig D, Schreckenberger M, Cremerius U, Schneider R, Kaiser HJ, Doherty C, Mull M, Ringelstein EB, Buell U. Correlation of neuropsychological, morphological and functional (regional cerebral blood flow and glucose utilization) findings in cerebral microangiopathy. J Nucl Med 1998; 39: 147-54.
• 11 Schulz G, Ostwald E, Schreckenberger M, Sabri O, Müller B, vom Dahl J, Bull U. Transmissionsmessung zur Schwächungskorrektur der PET nach Applikation von 1SFDG: Einfluß auf die Bestimmung der regionalen myokardialen Speicherwerte. Nuklearmedizin 1998; 37: 166-70.
• 12 Shepp LA, Vardi Y. Maximum likelihood reconstruction for positron emission tomography. IEEE Trans Med Imaging 1982; 2: 113-22.
• 13 Silverman DH, Höh CK, Seltzer MA, Schlepers C, Cuan GS, Gambhir SS, Zheng L, Czernin J, Phelps ME. Evaluating tumor biology and oncological disease with positronemission tomography. Semin Radiat Oncol 1998; 8: 183-96.
• 14 Thill R, Neuerburg J, Fabry U, Cremerius U, Wagenknecht G, Hellwig D, Osieka R, Günther R, Biill U. Vergleich der Befunde von 18-FDG-PET und CT beim präthcrapeutischen Staging maligner Lymphome. Nuklearmedizin 1997; 36: 234-9.
• 15 Wagenknecht G, Dziembowski G, Bauer B, Renn T, Büll U. Eine Reorientierungssoftware zur Korrelation multimodaler tomographischer Bildstudien. Proceedings des Aachener Workshops Bildverarbeitung in der Medizin 1996; PP013: 309-14.
• 16 Wagenknecht G, Kaiser HJ, Büll U. Multimodale Integration, Korrelation und Fusion von Morphologie und Funktion: Methodik und erste klinische Anwendungen. Fortschr Röntgenstr; 1999 im Druck.
• 17 Zimny M, Reinartz P, Cremerius U, Kaiser HJ, Büll U. Einfluß von Schwächungskorrektur und Rekonstruktionsverfahren auf Abbildungseigenschaften von Herdbefunden bei Onko-PET. Nuklearmedizin 1998; 37 VI 3.