Chairs: Stephan Nekolla (München), Sibylle Ziegler (München) V 69 PET/CT – aktuelle Entwicklungen
S. Ziegler
Klinikum der Universität München, Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, München, Deutschland
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V 70 The influence of skull stripping on segmentation of [F-18] FET-PET/CT brain images
E. Yousefzadeh-Nowshahr1, K. A. Büsing2, P. Kletting1, G. Glatting1, 3
1Ulm University, Nuclear Medicine, Ulm, Deutschland
2Heidelberg University, Medical Faculty Mannheim, Institute of Clinical Radiology and Nuclear Medicine, Mannheim, Deutschland
3Heidelberg University, Medical Faculty Mannheim, Medical Radiation Physics/Radiation Protection, Mannheim, Deutschland Introduction
Positron emission tomography (PET) brain images contain non-brain tissues such as skin, skull and eyeballs. These non-brain tissues obstruct to segment the brain images automatically. In many cases of the [F-18] fluoro-ethyl-L-tyrosine (FET) PET brain segmentation using k-means, tumors and skin are included in the same cluster. Thus, separating the brain from the surrounding structures should lead to better delineation of the tumor. Therefore, we compared clustering results obtained from skull-stripped images with those obtained from non-skull-stripped images.
Materials and methods
Dynamic [F-18]FET-PET images of eight patients with brain tumors were processed. A mean activity of (186±7) MBq was injected into the patients and PET measurements in list mode were performed for 45 min. A combination of expectation/maximization segmenta-tion and mathematical morphology were used to isolate the brain from the CT data. The result was a binary CT-based image mask that was aligned and multiplied by the PET images frame by frame to separate the brain from PET data. To segment different regions in brain, k-means clustering algorithm was applied to both skull-stripped and non-skull-stripped images. WB-index was utilized for automated determination of the optimal number of clusters. McNemar’s test (significant for p < 0.05) was conducted for the optimal number of clusters to compare the skull-stripped and the non-skull-stripped images.
Results
Differences with respect to the optimal number of clusters between skull-stripped and non-skull-stripped images were significant (p=0.005). Although for 133/300 slices both images had the same optimal number of clusters, the cluster borders and thus the time activity curves were different. Due to the elimination of skin, skull-stripped images allowed better differentiation of tumors. In addi-tion, the computation load was reduced by 30% to 50%.
Summary
Skull stripping significantly influences the segmentation results for dynamic [F-18] FET-PET images. Therefore, skull stripping should be considered as a preliminary step to eliminate non-brain tissues before segmentation.
V 71 PET/MR Imaging in prostate cancer – effect of attenuation map generation methods on lesion quantification
B. Bogdanovic1, J. Cabello1, S. Schachoff1, M. Eiber1, S. Nekolla1
1Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München, Klinik für Nuklearmedizin, München, Deutschland Objectives
The whole-body MR-PET system Siemens Biograph mMR is already well known in clinical diagnostics. Its four-compartment (air, fat, water, soft tissue) PET attenuation correction (AC) scheme, initially based on a two-point DIXON-VIBE, was renewed in the latest system upgrade with a fifth compartment (major bones), and the MR field-of-view extension with HUGE, to compensate for trunca-tions in the arms. We compared the impact of four AC methods, namely Dixon-VIBE, HUGE with bones, HUGE without bones, and MLAA, on lesion quantification in prostate cancer patients using [18F]-PSMA.
Methods
The images of 44 prostate cancer patients, injected with (323.6±45.3) MBq of [18F]-PSMA, scanned in the PET/MR scanner, were reconstructed using the four AC methods. The results were evaluated qualitatively, through visual analysis, and quantitatively, through SUVmean and SUVmax of 81 detected pelvic lesions (58 in soft tissue, 23 in the bone) and their backgrounds. Lacking absolute ground truth data, the results were compared using linear regression against the basic DIXON. The Wilcoxon rank-sum tests were performed to check for significance in the differences between the four methods.
Results
No significant visual differences were observed. For 58 soft tissue lesions, with DIXON-VIBE as reference, the average bias in SUVmean for [HUGE with bones, HUGE without bones, MLAA] was [3.33±1.86%, 1.55±1.46%, 4.29±2.57%], and in SUVmax [3.36±1.72%, 1.52±1.22%, 4.29±2.55%]. For 23 bone lesions, we calculated average biases [11.25±4.79% (R2=0.955), 3.32±2.79%, 4.99±2.75%] for SUVmean and [10.64±4.49% (R2=0.957), 3.20±2.32%, 5.01±2.62%] for SUVmax. All omitted R2 correlation coefficients were in the range 0.988-0.999. No statistical significance was found in any examined differences.
Conclusion
We thus conclude adding bones and the compensation for truncations in the arms did not significantly change tracer uptake quanti-fication in more common pelvic soft-tissue lesions, which especially for serial studies implies: MR-based whole-body AC is a stable method independent of the actual level of sophistication.
120 Appendix 1
Appendix 2
V 72 Image quality assessment of a dedicated hardware setup for simultaneous PET/MRI in radiother-apy treatment position
R. M. Winter1, S. Leibfarth1, K. Zwirner2, H. Schmidt3, D. Mönnich1,4, S. Welz2, N. Schwenzer3, C. la Fougère4,5, K. Nikolaou3,4, S. Gati-dis3, D. Zips2,4, D. Thorwarth1,4
1Universitätsklinikum Tübingen, Klinik für Radioonkologie, Sektion für Biomedizinische Physik, Tübingen, Deutschland
2Universitätsklinikum Tübingen, Klinik für Radioonkologie, Tübingen, Deutschland
3Universitätsklinikum Tübingen, Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Tübingen, Deutschland
4Deutsches Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK), Standort Tübingen; und Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), Heidelberg, Deutschland
5Universitätsklinikum Tübingen, Klinik für Nuklearmedizin, Tübingen, Deutschland Background
Combined PET/MRI has high potential to improve radiotherapy (RT) planning. However, data integration requires imaging in RT treat-ment position. The aim of this study was to investigate the feasibility and image quality of RT-customized PET/MRI in head-and-neck cancer (HNC) patients using a dedicated hardware setup.
Methods
Ten HNC patients were examined with combined PET/MRI (mMR, Siemens Healthineers) before treatment. The protocol included 18 F-FDG-PET, T2-weighted MRI, diffusion-weighted MRI (DWI) and contrast-enhanced T1-weighted MRI. Following a single PET tracer injection, two scans were performed for each patient with RT and diagnostic setup. The RT setup included a flat MR table top, coil holders (Qfix) for flexible body matrix coils and an in-house designed add-on for mask fixation (Figure 1).
The feasibility of RT positioning was tested and the image quality was compared between both setups. Similarity measures included Dice similarity index (DSI) of PET and MR-based tumor contours, MRI signal-to-noise ratio (SNR) and repeatability coefficient (R) of the mean apparent diffusion coefficient (ADC). A Wilcoxon signed-rank test was used to evaluate the difference in ADC.
Results
PET/MRI in RT position was feasible, all patients were successfully examined. DSI of PET and MR contours was 0.86 ± 0.07 and 0.83 ± 0.06, respectively. For T2-weighted MRI, SNR was reduced by -29 ± 10%. No significant ADC difference was found, R was 17.6%.
Conclusion
Simultaneous PET/MRI in HNC patients using RT positioning aids is clinically feasible. Although SNR was reduced, high agreement was found for delineated contours with DSI in the order of inter- and intra-observer variability [Doshi 2017]. The repeatability coefficient R showed that ADC variability was in the same order as for repeated sequential DWI in HNC [Hoang 2014]. The image quality obtained with RT setup thus meets RT planning requirements and data can be used for future personalized treatment strategies.
122 Appendix 1
Appendix 2
V 73 Vergleich einer vereinfachten, quantitativen Yttrium-90 Bremsstrahlung-SPECT Rekonstruktion mit Yttrium-90 PET hinsichtlich der Quantifizierbarkeit für die Dosimetrie
J. Brosch1, A. Gosewisch1, A. Delker1, P. Bartenstein1, H. Ilhan1, A. Todica1, G. Böning1
1Klinikum der Universität München, Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, München, Deutschland Einleitung
Die Schwierigkeit der Y90-SPECT Rekonstruktion ergibt sich durch das kontinuierliche Bremsstrahlungsspektrum. Das Y90-PET ist dem-gegenüber anfällig für Bildrauschen aufgrund der geringen Wahrscheinlichkeit der internen Paarproduktion. In dieser Studie wurde die Bildqualität der post-therapeutischen Y90-SPECT und Y90-PET hinsichtlich Quantifizierbarkeit und Diagnose von extra-hepatischer Aktivität verglichen.
Material & Methoden
Ein Phantom mit 3 füllbaren Volumina wurde im Vorder- zu Hintergrundverhältnis 10:1 mit Y90 befüllt und auf einem Siemens Symbia T2 SPECT-CT sowie einem Siemens Biograph mCT Flow PET-CT gemessen. Die SPECT Rekonstruktion erfolgte mit einem penalized OSEM Algorithmus mit implementierter Untergrundkompensation. Für die PET Rekonstruktion wurde ein TrueX Algorithmus mit ver-schiedenen Parametereinstellungen hinsichtlich Anzahl an Iterationen, Subsets, Matrixgröße und TOF für klinische Scanbedingungen getestet. Die Aktivitätsbilder wurden über Recoverycoeffizienten (RC) und Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) verglichen. Beispielhaft wurden für 5 Patienten Dosisbilder über Faltung der PET- und SPECT-Aktivitätsbilder mit einem Monte Carlo Dosiskernel für Y90 er-stellt.
Ergebnisse
Die RCs von SPECT betrugen 59% für 249ml, 41% für 52ml, 24% für 16ml und 112% für den Phantomhintergrund, während die RCs für PET bestimmt wurden zu 98% für 249ml, 38% für 52ml, 32% für 16ml und 77% für den Phantomhintergrund, wobei die PET-Rekon-struktion 3 Iterationen, 4 Subsets, ohne TOF in einer 128x128 Matrix beinhaltete. Für die 5 ausgewerteten Patienten lieferten die SPECT Dosisbilder von 23-108Gy je Läsion, die PET hingegen 44-150Gy.
Zusammenfassung
Wie erwartet zeigte sich die PET Rekonstruktion anfällig für Bildrauschen aufgrund des geringen Signals. Eine niedrige Anzahl an Bildupdates sowie eine Bildmatrix mit großen Voxel ohne TOF erwies sich für klinische Scanbedingungen deshalb am robustesten hinsichtlich Quantifizierbarkeit und Detektion von extra-hepatischer Aktivität. Demgegenüber ist die Bremsstrahlungs-SPECT Rekon-struktion limitiert durch die begrenzte Streu- und Schwächungskorrektur, profitiert jedoch von einer RekonRekon-struktion mit Untergrund-kompensation. Zusammenfassend zeigte unsere Studie potentielle Vorteile in der Quantifizierbarkeit und damit Dosimetrie aufgrund meist höherer RCs der PET gegenüber der SPECT.
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V 74 Evaluierung der Qualität der 90Y PET Bildgebung am Siemens Biograph mCT und der Anwendbar-keit bei der SIRT
L. Beck1, E. Giesse1, M. Wucherer1, R. Adamus1
1Klinikum Nürnberg, Institut für Medizinische Physik, Erlangen, Deutschland Einleitung
Als Therapieverifikation nach einer SIR-Lebertherapie ist gemäß Leitlinie eine posttherapeutische Bildgebung durchzuführen und zu dokumentieren. Dazu kommt vorzugsweise die Bildgebung an einem SPECT/CT oder PET/CT in Betracht.
Material & Methode
Ziel der angestellten Untersuchungen war es, herauszufinden inwiefern die 90Y-PET/CT-Bildgebung für die posttherapeutische Verifi-kation und Dosimetrie im Rahmen der SIRT einzusetzen ist. Dafür wurde zunächst die Qualität der 90Y-Bildgebung am Biograph mCT mit Hilfe von Phantommessungen (NEMA Phantom) untersucht und ausgewertet.
Dabei wurden u.a. die Grenzen der Genauigkeit dieser Bildgebung bzgl. Einflussfaktoren wie dem Partialvolumeneffekt, die Aufnah-mezeit, die Abhängigkeit von der Aktivitätskonzentration oder auch die Größe der zu bewertenden Läsionen ermittelt.
Es wurden außerdem klinische posttherapeutische 90Y PET/CT-Bilder mit den jeweiligen posttherapeutischen Bremsstrahlungs-Szinti-grammen wie auch mit deren prätherapeutischen 99mTc-MAA-Szintigrammen retrospektiv verglichen und analysiert.
Ergebnisse
Basierend auf den Ergebnissen der Auswertungen konnten die Scannereinstellungen für die 90Y-Bildgebung optimiert und festgelegt werden. Es wurde der Rekonstruktionskernel ermittelt, mit dem die genauesten quantitativen Auswertungen erzielt werden konnten.
Für eine visuelle Bildbeurteilung wurden mit einem anderen Kernel die subjektiv besten Ergebnisse erzielt.
Für die quantitative Auswertung mit einer akzeptablen Genauigkeit bei klinischen Anwendungen konnte eine untere Grenze der Ak-tivitätskonzentration von 0,2 GBq und eine nötige Läsionsgröße > 17mm ermittelt werden.
Vor allem bei sehr kleinen Aktivitäten, scheint das Verfahren aufgrund der auftretenden Artefakte für eine Dosisabschätzung der Lunge nicht gut geeignet, was auch im Hinblick auf eine potentielle Anwendbarkeit bei 90Y-Radioembalisationen der Lunge zum Tragen kommen könnte.
Zusammenfassung
Sowohl die quantitative als auch die visuelle Auswertung hat ergeben, dass die 90Y PET/CT-Bildgebung als posttherapeutische Bildge-bung bei der SIRT auch ohne TOF einsetzbar ist.
Damit wäre auch eine retrospektive Dosimetrie für Tumorregionen und gesundes Parenchym möglich und es können Daten zu thera-peutisch wirksamen Dosen bzw. Nebenwirkungen gewonnen werden.