Quantitative PET
Grundvoraussetzung für die quantitative Auswertung der Pharmakokinetik bei dynamischen PET- oder SPECT-Studien (tracer kinetic modelling) ist die korrekte Quantifizierung der lokalen Radioaktivitätskonzentration. Aufgrund der physikalischen Gegebenheiten bei der Bildgebung in der Nuklearmedizin sind zur korrekten Quantifizierung eine ganze Reihe von Korrekturen der gemessenen Rohdaten erforderlich.
Ein zu berücksichtigender Effekt ist die Photonen-Streuung im Patienten und in der Kamera, die zu Zählratenverlusten und falscher Lokalisierung des Zerfallsortes führt. In der PET ist die Faltungsmethode nach Bergström mit stationärem Faltungskern eine weit verbreitete Methode zur Streukorrektur. Wir konnten zeigen, dass durch die Verwendung eines bi-exponentiellen, unsymmetrischen und ortsabhängigen Faltungskern der Reststreuanteil nach Streukorrektur deutlich reduziert werden kann (72).
Ebenfalls zu Zählratenverlusten bei der PET führt die Photonenabsorption, bei der mindestens eines der beiden bei der e+e--Paarvernichtung erzeugten Photonen im Patienten absorbiert weird. Bei der PET kann die Photonenabsorption durch eine Transmissionsuntersuchung ("CT-Messung") für jeden Patienten individuell gemessen werden. In der klinischen Routine wird jedoch aus Zeitgründen auf eine Korrektur der Absorption oft verzichtet. Wir konnten zeigen, dass in diesem Fall durch geeignete Patientenlagerung die Beeinträchtigung der Bildqualität durch die Absorption erheblich reduziert werden kann (117). Insbesondere im Bereich des Abdomens kann durch das Herausnehmen der Arme aus dem Gesichtsfeld die Zählrate in den entsprechenden Projektionen fast verdoppelt werden. Dies führt zum einen zu einer deutlichen Reduktion der Absorptions-"Artefakte", und zum anderen zu einer verbesserten Bildqualität durch geringeres statistisches Rauschen. Wir konnten zeigen, dass durch das Herausnehmen der Arme aus dem Gesichtsfeld die Detektierbarkeit von Lebermetastasen deutlich verbessert werden kann.
Hinsichtlich des Einflusses der Schwächungskorrektur auf die Detektierbarkeit von Tumorläsionen zeigte sich in einem großen Kollektiv von Patientinnen mit Mamma-Karzinom, daß die Schwächungskorrektur die Detektierbarkeit von Läsionen nicht verbesserte (5). Daher kann bei dieser Indikation auf eine Transmissionsmessung für die Schwächungskorrektur verzichtet werden, die die Untersuchungsdauer deutlich verlängert und eine, wenn auch geringe, so doch zusätzliche Strahlenexposition für die Patientinnen darstellt.
Die eingeschränkte räumliche Auflösung der nuklearmedizinischen Bildgebung führt bei kleinen Strukturen, z.B. kleinen Tumorläsionen oder kleinen Strukturen im Gehirn, zum sogenannten Recovery-Problem: Die vorhandene Radioaktivität erscheint im rekonstruierten Bild über einen Bereich verschmiert, der größer ist als die Struktur, sodaß die Radioaktivitätskonzentration in der Struktur unterschätzt wird. Korrektur der Recovery oder die Differenzierung zwischen Recovery-Effekt und Atrophie der untersuchten Struktur sind nicht nur für die Quantifizierung von großer Bedeutung, sondern auch bei Verlaufsuntersuchungen in der klinischen Routine. Von unserer Gruppe wurde eine Methode entwickelt, die die Unterscheidung von Recovery-Effekt und Atrophie für Strukturen erlaubt, deren Größe im Bereich der räumlichen Auflösung des Systems liegt (54). Die Methode beruht auf der Nicht-Linearität des Zusammenhangs von Auflösung und Recovery.
Bei dynamischen PET-Untersuchungen des Gehirns müssen Bewegungen des Kopfes während der Akquisition möglichst weitgehend vermieden werden. Zur Minimierung von Kopfbewegungen können individuelle thermoplastische Masken eingesetzt werden. Bei der Auswertung von 120 Probanden, bei denen im Rahmen einer klinischen Studie eine dynamische PET-Untersuchung von 90 Minuten Akquisitionsdauer durchgeführt worden war, konnten wir zeigen, dass trotz Kopffixierung mit thermoplastischer Maske Kopfbewegungen von im Mittel 3 mm und bis maximal 10 mm auftraten (3). Eine computergestützte Bewegungskorrektur bei dynamischen Hirn-PET-Untersuchungen, z.B. mit Hilfe der Realignment Routine des Software Pakets SPM, ist also auch bei Einsatz thermoplastischer Masken erforderlich.
Die allgemein verfügbare SPM-Realignment Routine ermöglicht die Korrektur von Bewegungen zwischen den einzelnen Aufnahmen (Frames) der Emissionsmessung. Die Korrektur von Bewegungen zwischen den Emissionsaufnahmen und der Transmissionsmessung, die bei PET-Hirnuntersuchungen zur Messung und Korrektur der Photonenschwächung durchgeführt wird, ist mit dieser Routine jedoch nicht möglich. Daher wurde in unserer Arbeitsgruppe ein Verfahren entwickelt und implementiert, das auch Bewegungen zwischen Emissions- und Transmissionsmessung berücksichtigt (2). Auf diese Weise können scheinbare Asymmetrien der Tracerverteilung in cortikalen Gehirnstrukturen, die durch Bewegungen zwischen Emissions- und Transmissionsmessung verursacht werden, sicher vermieden werden (10 mm Bewegung # Asymmetrie bis 20%).
Quantitative PET-Untersuchungen spielen in der Onkologie eine zunehmende Rolle bei der Prognoseabschätzung und zum frühzeitigen Erkennen von Risikopatienten. So erlaubt eine prätherapeutische Bestimmung des "Standardized Uptake Value" (SUV) für den klassische PET Tracer F-18-FDG bei Patienten mit Chondrosarkomen eine Einteilung in Patienten mit hohem und niedrigem Rezidivrisiko: für einen SUV Wert > 4 ergibt sich eine signifikant verkürzte rezidivfreie Überlebenszeit nach Kaplan-Meier im Vergleich zu Patienten mit einem Tumor-SUV # 4 (34). Im Vergleich zum histologischen Tumorgrading ist die Rezidivvorhersage mittels SUV ähnlich zuverlässig bei gleicher Sensitivität und tendenziell besserer Spezifität. Interessanterweise steigert eine Kombination von Tumorgrad und SUV die Erfassung von Risikopatienten signifikant, so konnten mit dem kombinierten Risikostratifizierungsansatz 9 von 10 Patienten mit Rezidiv bereits prätherapeutisch als Hochrisikopatienten klassifiziert werden, während 20 von 21 Patienten, die als Niedrigrisiko eingestuft worden waren, bei einer mittleren Follow-up Zeit von 48 Monaten kein Rezidiv entwickelten. Quantitative FDG-PET Untersuchungen erlauben bei Chondrosarkompatienten also eine frühzeitige Risikoabschätzung und verbessern in Kombination mit dem Tumorgrading die Vorhersage signifikant.
Ähnliche Ergebnisse wurden bei Patienten mit Liposarkomen erarbeitet (36, 37). Auch hier ist der prätherapeutische SUV-Wert des Tumors im FDG-PET dem histologischen Tumorgrading und der Subtypisierung gleichwertig und es errechnen sich im Gegensatz zur Histologie hochsignifikant unterschiedliche Überlebenszeiten nach Kaplan-Meier für Hoch- und Niedrigrisikokollektive.
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, 06.01.2005
