Vergleich verschiedener Atem- und Kontrastmittelprotokolle bezüglich Bild- und Koregistrierungsqualität bei ¹⁸F-FDG-PET/CT-Untersuchungen

Zusammenfassung

Ziel: Ziel dieser Studie war die Etablierung eines einfachen Messparameters zur Beurteilung der geometrischen Übereinstimmung (Alignment) von PET und CT im Rahmen kombinierter PET/CT-Untersuchungen. Gleichzeitig sollten Protokolle für kontrastmittelangehobene, dem heutigen Standard entsprechende ¹⁸F-FDG-PET/CT-Untersuchungen evaluiert und optimiert werden. Material und Methoden: 44 Patienten wurden jeweils einem von 4 verschiedenen PET/CT-Protokollen zugewiesen. Zwei Gruppen (A und B) erhielten eine Ganzkörper-CT (GK-CT) mit portalvenöser Kontrastierung (pv). Diese wurde entweder in freier Atmung (FA; Gruppe A) oder in normaler Exspiration (NormExp; Gruppe B) aufgenommen und diente zugleich der Schwächungskorrektur. Die Gruppen C und D erhielten jeweils multiphasische Untersuchungen mit arterieller (art) und pv-Kontrastierung, gefolgt von einer Ganzkörper-CT in FA mit niedriger Dosis (GKld). Bei Gruppe C wurden art. und pv-Aufnahmen in FA durchgeführt, bei D in NormExp. Bei allen 4 Gruppen folgte der CT direkt die PET. Zum Vergleich der geometrischen Übereinstimmung und um einen einfachen und zugleich aussagekräftigen Messparameter zu finden, wurde die Verschiebung von Leber, Nieren und Milz in kraniokaudaler Richtung (z-Achse) gemessen und mit einem berechneten 3D-Verschiebevektor verglichen. Zusätzlich wurden ohne Bildfusion Differenzen der Organlängen in CT und PET bestimmt. Zur Beurteilung der Bildqualität wurden CT-Artefakte evaluiert. Ergebnisse: Die Korrelation von kraniokaudaler und 3D-Organverschiebung war bei allen 4 Organen gut (r > 0,8). Einphasische, in NormExp durchgeführte CTs waren bezüglich des Auftretens von Veratmungsartefakten (p< 0,001) und der geometrischen Übereinstimmung besser (p< 0,01 für Leber, Milz und rechte Niere) als Untersuchungen in FA. Größendifferenzen der Organe in PET und CT unterschieden sich in den Gruppen mit FA und NormExp nicht signifikant. Bei Mehrphasenuntersuchungen lagen die kraniokaudalen Verschiebungen je nach Organ, Atemprotokoll und Kontrastmittelphase bei 0 - 27 mm (Mittelwert [MW]: 6,8 Standardabweichung: ± 4,9) im Gegensatz zu 0 - 11 mm (MW: 4,5 ± 2,3) bei Einzelphasenuntersuchungen. Schlussfolgerung: 1. Die z-Achsen-Verschiebung ist ein geeigneter und einfacher Parameter zur zuverlässigen Evaluation der geometrischen Übereinstimmung von PET und CT in PET/CT-Untersuchungen. 2. Bei Untersuchung in normaler Exspiration sind Qualität und geometrische Übereinstimmung am besten. 3. Mehrphasen-CTs sind trotz vergleichsweise schlechterer geometrischer Übereinstimmung mit der PET akzeptabel bezüglich ihrer Qualität.

Abstract

Purpose: The purpose of this study was to establish a reliable and simple parameter for alignment evaluation and the evaluation and optimization of state-of-the-art contrast-enhanced examination protocols for ¹⁸F FDG-PET/CT. Materials and Methods: 44 consecutive patients were referred to 4 examination protocols. Group A and B underwent single-phase, contrast-enhanced CT (90 s delay) performed either during free shallow breathing (FA; group A) or normal expiration (NormExp; group B). Groups C and D underwent arterial and portal venous multiphase examinations performed during FA (group C) or during NormExp (group D) followed by a low-dose CT scan for attenuation correction. Organ displacement in the cranio-caudal direction was correlated with a 3D-vectorial shift. For alignment evaluation discrepancies with respect to size and liver location, the spleen and kidneys were calculated. Additionally, the groups were compared with regard to the presence of CT artifacts. Results: Cranio-caudal organ shift and 3D-vectorial shift showed a high correlation (r > 0.8). Single-phase CT scans performed during NormExp yielded better image quality (p < 0.001) and alignment (p < 0.01 for liver, spleen and right kidney) than those performed during FA. Differences in organ size did not differ during FA and NormExp. Depending on the evaluated organ, breathing and contrast protocol misalignment was in the cranio-caudal direction 0 - 27 mm (mean: 6.8; standard deviation: ± 4.9) in multiphase CT compared to 0 - 11 mm (mean: 4.5 ± 2.3) in single-phase examinations. Conclusion: 1. Organ shift in the cranio-caudal direction is a good and simple parameter for alignment evaluation. 2. Alignment and CT quality are best in expiration protocols. 3. Despite comparatively low alignment quality, integrated multiphase CT examinations show acceptable quality and alignment.

artifacts - abdomen - PET-CT - diagnostic radiology - CT - neoplasms

Literatur

• 1 Bockisch A, Beyer T, Antoch G. et al . Grundlagen und klinischer Nutzen von PET-CT.  Radiologe. 2004;  44 1045-1054
• 2 Reinartz P, Wieres F J, Schneider W. et al . Side by side reading of PET and CT scans in oncology: which patients might profit from integrated PET/CT?.  Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2004;  31 1456-1461
• 3 Beyer T. Methodische Aspekte der kombinierten PET/CT-Bildgebung.  Fortschr Röntgenstr. 2005;  177 S867208
• 4 Pfannenberg C, Eschmann M, Brechtel K. et al . State-of-the-Art Bildgebung in der Onkologie mit einem hochauflösenden PET/CT-Tomographen aus Sicht der Radiologie.  Fortschr Röntgenstr. 2005;  177 S867693
• 5 Antoch G, Hany T. PET/CT: Wie diagnostisch muss das CT denn sein? Pro und Contra unterschiedlicher Akquisitionsprotokolle.  Fortschr Röntgenstr. 2005;  177 S867244
• 6 Antoch G, Freudenberg L S, Beyer T. et al . To enhance or not to enhance?.  J Nucl Med. 2004;  45 56S-65S
• 7 Beyer T, Antoch G, Muller S. et al . Acquisition protocol considerations for combined PET/CT imaging.  J Nucl Med. 2004;  45 25S-35S
• 8 Beyer T, Antoch G, Bockisch A. et al . Optimized intravenuous contrast administration for diagnostic whole-body 18F-FDG PET/CT.  J Nucl Med. 2005;  46 429-435
• 9 Bockisch A, Beyer T, Antoch G. et al . Positron emission tomography/computed tomography-imaging protocols, artifacts and pitfalls.  Mol Imaging Biol. 2004;  6 188-199
• 10 Goerres G W, Kamel E, Heidelberg T H. et al . PET-CT image co-registration in the thorax: influence of respiration.  Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2002;  29 351-360
• 11 Goerres G W, Burger C, Schwitter M R. et al . PET/CT of the abdomen: optimizing the patient breathing pattern.  Eur Radiol. 2003;  13 734-739
• 12 Nakamoto Y uji, Tatsumi M, Cohade C. et al . Accuracy of image fusion of normal upper abdominal organs visualized with PET/CT.  Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2003;  30 597-602
• 13 Nakamoto Y uji, Sakamoto S etsu, Tomohisa O kada. et al . Accuracy of image fusion using a fixation device for whole-body cancer imaging.  AJR. 2005;  184 1960-1966
• 14 Juan R de, Seifert B, Berthold T. et al . Clinical evaluation of a breathing protocol for PET/CT.  Eur Radiol. 2004;  14 1118-1123
• 15 Goerres G W, Burger C, Kamel E. et al . Respiration-induced attenuationartifact at PET/CT: technical considerations.  Radiology. 2003;  226 906-910
• 16 Kinahan P E, Hasegawa B H, Beyer T. X-ray-based attenuation correction for positron emission tomography/computed tomography scanners.  Semin Nucl Med. 2003;  33 166-179
• 17 Hudson H M, Larkin R S. Accelerated image reconstruction using ordered subsets of projection data.  IEEE Trans Med Imaging. 1994;  13 601-609
• 18 Slomka P J, Dey D, Przatak C. et al . Automated 3-dimensional registration of stand-alone (18)F-FDG whole-body PET with CT.  J Nucl Med. 2003;  44 1156-1167
• 19 Slomka P J. Software approach to merging molecular with anatomic information.  J Nucl Med. 2004;  45 36S-45S
• 20 Cohade C, Osman M, Marshall L N. et al . PET-CT: accuracy of PET and CT spatial registration of lung lesions.  Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2003;  30 721-726
• 21 Dalen J A van, Vogel W, Huisman H J. et al . Accuracy of rigid CT-FDG-PET image registration of the liver.  Phys Med Biol. 2004;  49 5393-5405
• 22 Brix G, Lechel U, Glatting G. et al . Radiation exposure of patients undergoing whole-body dual-modality 18F-FDG PET/CT examinations.  J Nucl Med. 2005;  46 608-613
• 23 Hamberg L M, Rhea J T, Hunter G J. et al . Multi-detector row CT: radiation dose characteristics.  Radiology. 2003; 
• 24 Ptak, Rhea J T, Novelline R A. Radiation dose is reduced with a single-pass whole body multi-detector row CT trauma protocol compared with a conventional segmented method: initial experience.  Radiology. 2003;  229 902-905
• 25 Antoch G, Kuehl H, Kanja J. et al . Dual-modality PET/CT scanning with negative oral contrast agent to avoid artifacts: introduction and evaluation.  Radiology. 2004;  230 879-885
• 26 Berthelsen A K, Holm S, Loft A. et al . PET/CT with intravenous contrast can be used for PET attenuation correction in cancer patients.  Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2005;  32 1167-1175
• 27 Yau Y Y, Chan W S, Tam Y M. et al . Application of intravenous contrast in PET/CT: does it really introduce significant attenuation correction error?.  J Nucl Med. 2005;  46 283-291
• 28 Beyer T, Rosenbaum S, Veit P. et al . Respiration artifacts in whole-body 18F-FDG PET/CT studies with combined PET/CT tomographs employing spiral CT technology with 1 to 16 detector rows.  Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2005;  32 1429-1439