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Neurodegeneration with Dementia: From Fundamentals of Pathology to Clinical Imaging by MRI and SPECT
No full textThe increasing incidence of neurodegenerative disorders with dementia (NDD) requires structural and functional imaging methods which are easily available in the clinical setting. The diagnostic work-up for patients who have NDD includes magnetic resonance imaging (MRI), single-photon emission computed tomography (SPECT), and positron emission tomography (PET). Both, MRI and SPECT can show characteristic findings of NDD. However, the interpretation of these findings has to be done in the context of clinical data, which includes biochemical and histological examinations. In this article, we review recent advances in pathology and the impact of these advances on MRI and SPECT studies interpretations. We present a literature review describing typical MRI and SPECT findings and the diagnostic accuracies reported for NDD. Combining MRI and SPECT examinations with quantitative evaluation of clinical data further improves the diagnostic potential of these imaging procedures for NDD
Biodistribution und Analyse von 68Ga-markierten RGD-Multimeren an tumortragenden Nacktmäusen mit Hilfe der Kleintier-Positronen-Emissions-Tomographie
Get PDFBackground and Aims Tumor angiogenesis plays an important role in early identification of cancer and tumor metastasis. Functional proteins, especially integrins, are highly expressed during this process and therefore represent a molecular target for imaging of tumor vessels by positron emission tomography (PET). Cyclic pentapeptides bearing the RGD sequence are commonly known as highly affine molecules which bind to Integrins; those DOTA-conjugated ligands are suited for radiolabelling with the positron emitter 68Ga. The major focus of this work is the characterization of a series of five 68Ga-labelled DOTA-RGD-peptide multimers (monomer, dimer, tetramer, octamer, hexadecimer) with respect to their properties in vivo and in vitro as radiopharmaceuticals for positron emission tomography (PET). The found conclusions are valuable for the preclinical assessment for the suitability of these radioligands for imaging tumors by PET. Methods The examination of the stability of the radiopeptides was accomplished by incubation in human serum, identification of the LogD7,4-value and analysis through radioligand binding assay with ανβ3, ανβ5 and HT29-cells. For these analyses the 68Ga-labelled peptides and 125I-labeled echistatin were used as radioligand in the binding assays. A sum of 72 mice were used for the biodistribution study of [68Ga]DOTA-RGD-1, [68Ga]DOTA-RGD-4 and [68Ga]DOTA-RGD-16 when 10 mice were subjected to in vivo imaging studies by small-animal PET (PET). Results It was shown that all of the five [68Ga]DOTA-RGD-multimers are hydrophilic compounds with hydrophilicities decreasing with increasing molecule mass. The stability of the tracer in serum is sufficiently high for the multimers [68Ga]DOTA-RGD-1, [68Ga]DOTA-RGD-2 and [68Ga]DOTA-RGD-4 (>94%, 90min). Unfortunately [68Ga]DOTA-RGD-8 ( 94%, 90 min). Leider zeigten [68Ga]DOTA-RGD-8 (< 60%, 60 min) und [68Ga]DOTA-RGD-16 (< 17%, 60 min) eine verminderte Stabilität im Serum in vitro. Die Bioverteilung in vivo zeigte, dass [68Ga]DOTA-RGD-1 und [68Ga]DOTA-RGD-4 zwei geeignete Ver-bindungen, zur spezifischen Darstellung von Tumoren, über die Bindung an Integrinen, sind. Dabei zeigte [68Ga]DOTA-RGD-4 den Vorteil einer hohen Retention im Tumor, die mit einer besseren Bindungsfähigkeit, im Vergleich zum Monomer, in vitro korreliert. Im Gegensatz dazu besitzt [68Ga]DOTA-RGD-1 eine schnellere Clearance aus dem Tumorareal, was die Bildgebung von Tumoren in der PET erschweren kann. Die Hypothese, dass [68Ga]DOTA-RGD-4 eine höhere Bindungsfähigkeit für Integrine zeigt als das Monomer, konnte ebenso mit Hilfe von Bindungsstudien an ανβ3 in vitro nachgewiesen werden. Hier zeigen die höheren [68Ga]DOTA-RGD-Multimere ([68Ga]DOTA-RGD-8 und [68Ga]DOTA-RGD-16) eine weitere Steigerung der Avidität für ανβ5-Integrin, ähnlich zu den Bindungsdaten über ανβ3. Dieser Trend konnte für [68Ga]DOTA-RGD-16 im Rahmen von Bioverteilungsstudien und PET-Ex-perimenten in vivo nicht bestätigt werden, da die Ergebnisse eine Instabilität der Substanz in vivo vermuten lässt. Praktische Schlussfolgerungen Der Ansatz, über [68Ga]DOTA-RGD-Multimere eine verbesserte Tumor-diagnostik mit Integrin-spezifischen Tracern zu begründen, erscheint aus-sichtsreich. Da 68Ga-markierte Verbindungen einfach darstellbar sind und somit sehr gut verfügbar sein können, kann es langfristig möglich werden, Tumore und deren Metastasen in sehr frühen Stadien mit Hilfe der PET zu diagnostizieren
Evaluierung der Aussagekraft und Relevanz nuklearmedizinischer Bildgebung bei Patienten mit Verdacht auf primären Knochentumor
Get PDFThe differential diagnosis of bone tumors is complex. Therefore, a multimodal diagnostic approach to tumour-suspicious lesions of the bone is usually chosen, including several imaging procedures such as X-ray computerized tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI) as well as skeletal scintigraphy with single-photon emission computed tomography (SPECT). The aim of this disser-tation was to investigate the diagnostic value of the three-phase bone scintigra-phy for grading primary bone tumors.Die Differentialdiagnose von Knochentumoren kann in Einzelfällen schwierig sein. Dieses bedingt eine multimodale Vorgehensweise, bei der verschiedene bildgebende Verfahren wie die Röntgencomputertomographie (CT), die Mag-netresonanztomographie (MRT) und die Knochenszintigraphie inkl. der Einzel-photonenemissionscomputertomographie (SPECT) zum Einsatz kommen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wertigkeit der Drei-Phasen-Knochenszintigraphie bei der Differentialdiagnose primärer Knochentumoren zu untersuchen
Evaluation der Unterschiede der CT-basierten Lebervolumina zwischen freier und angehaltener Atmung. Auswirkungen auf die SIRT-Dosimetrie.
Get PDFFor dosimetric calculations before Selective Intraarterial Radiotherapy (SIRT) in the Clinic of Nuclear Medicine of the University Hospital Erlangen liver volumes are estimated based on CT series acquired under free breathing conditions. Due to artefacts caused by breathing or movement, respectively, volumetry and, therefore, dosimetric calculations can be incorrect. The aim of this study was to quantify volume differences between livers in CT series acquired under free breathing and under breathhold conditions and to evaluate the impact of these differences on activity and resulting absorbed dose.
Corresponding CT-series of 20 patients were investigated. One SPECT/CT (free-breathing CT / FBCT) and one PET/CT (breathhold CT / BHCT) series each were available in all these subjects. Liver volumes (VFBCT and VBHCT respectively) were determined using computer based manual segmentation. Craniocaudal height (HFBCT and HBHCT respectively) was estimated and imaging artefacts were recorded. Differences in craniocaudal height and severity of imaging artefacts were correlated with volume differences. Under the assumption of constant activity in liver tissue, the organ doses in the different distribution volumes were calculated. Furthermore, the activities required for certain doses in the different distribution volumes were determined.
In 11 out of 20 cases VFBCT was larger than VBHCT (p < 0.001). There was a mean VBHCT of 1806.1 ml (±344.3 ml) and a mean VFBCT of 1821.7 ml (±350.8 ml). There were mean relative volume differences of 6.1 % (±4.8 %) using VBHCT as reference. There was a significant strongly positive correlation between relative differences in volume and craniocaudal height (r = 0,747, p < 0,001).
The FBCT series showed severe artefacts in 60 %, mild in 35 % and none in 5 %. The BHCT showed mild artefacts in 35 % and none in 65 %. There was no significant correlation between the difference in artefact severity and the relative volume differences. Assuming a uniform distribution of activity and dose in the liver volumes, required activities in the distribution volume VBHCT were overestimated in 11 out of 20 cases and underestimated in 9 out of 20 cases using the VFBCT. Correspondingly, the resulting doses were underestimated in 11 out of 20 cases and overestimated in 9 out of 20 cases.
Using VFBCT instead of the gold standard VBHCT to measure liver volume, leads to considerable inaccuracy in pretherapeutic dosimetry of SIRT. This may cause undertreatment when therapeutic dose is too low or lead to adverse events in the case of overdosing.Für dosimetrische Berechnungen vor Durchführung einer selektiven intraarteriellen Radiotherapie werden an der Klinik für Nuklearmedizin des Universitätsklinikums Erlangen Lebervolumina aus CT-Serien bestimmt, die unter freier Atmung akquiriert wurden. Aufgrund atmungs- bzw. bewegungsbedingter Bildartefakte können Volumetrie und somit Dosisberechnungen potentiell fehlerhaft sein. Ziel dieser Studie war es, die Volumenunterschiede zwischen Lebern aus unter freier Atmung und unter Atemstopp akquirierten CT-Serien zu quantifizieren und den Einfluss dieser Unterschiede auf Aktivität und resultierende Dosis zu evaluieren.
Es wurden korrespondierende CT-Datensätze von 20 Patienten untersucht. Hierzu stand jeweils eine SPECT/CT (free-breathing CT / FBCT) und eine PET/CT (breathhold CT / BHCT) zur Verfügung. Das Lebervolumen (VFBCT bzw. VBHCT) wurde mittels computerbasierter manueller Segmentierung bestimmt. Ebenfalls wurden die kraniokaudale Höhe (HFBCT bzw. HBHCT) der Lebern abgeschätzt und Bildartefakte dokumentiert. Die Unterschiede in kraniokaudaler Höhe und Ausprägung der Bildartefakte wurden in Korrelation zu den gefundenen Volumenunterschieden gesetzt. Unter Annahme einer konstanten Aktivität im Lebergewebe wurden die resultierenden Organdosen in verschiedenen Verteilungsvolumina berechnet. Weiterhin wurde bestimmt, welche Aktivität für bestimmte Zieldosen in unterschiedlichen Verteilungsvolumina benötigt würde.
In 11 von 20 Fällen war das VFBCT größer als das VBHCT (p < 0,001). Das VFBCT betrug im Mittel 1806,1 ml (±344,3 ml). Das VBHCT betrug im Mittel 1821,7 ml (±350,8 ml). Die relativen Volumenunterschiede mit dem VBHCT als Referenzwert betrugen im Mittel 6,1 % (±4,8 %). Es bestand ein signifikanter stark positiver Zusammenhang zwischen den relativen Unterschieden von Volumen und kraniokaudaler Höhe (r = 0,747, p < 0,001). Beim FBCT fanden sich in 60 % schwere, in 35 % milde und in 5 % keine Bildartefakte, beim BHCT in 35 % milde und in 65 % keine Bildartefakte. Eine signifikante Korrelation zwischen der Höhe des Unterschieds in der Artefaktausprägung und der Höhe des relativen Volumenunterschieds konnte nicht gezeigt werden. Eine gleichmäßige Verteilung von Aktivität und Dosis im Lebervolumen zugrunde legend, wurden benötigte Aktivitäten im Verteilungsvolumen VBHCT auf Grundlage des VFBCT in 11 von 20 Fällen über- und in 9 von 20 Fällen unterschätzt. Entsprechend wurden die resultierenden Dosen in 11 von 20 Fällen unter- und in 9 von 20 Fällen überschätzt.
Die Verwendung des VFBCT anstelle des Goldstandards VBHCT zur Bestimmung von Lebervolumina führt zu einer beträchtlichen Ungenauigkeit bei der prätherapeutischen SIRT-Dosimetrie. Hieraus können einerseits ein unzureichender Therapieerfolg, wenn die therapeutische Dosis zu niedrig, und andererseits unerwünschte Nebenwirkungen, falls die Dosis zu hoch gewählt wird, resultieren
Unterschiede in der Sichtbarkeit von Läsionen zwischen der TrueX- und der OSEM-Rekonstruktion in der Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
Get PDFPURPOSE: In positron emission tomography a reverse projection of the three-dimensional data results from singular projections using different algorithms of reconstruction. The purpose of this study was the comparison of the ordered-subset expectation maximization (OSEM) and the so called TrueX algorithm. METHODS: All measurements were performed on a collective of 51 patients using the Siemens Biograph 64 PET-CT. The obtained sets of raw data were reconstructed with OSEM and the TrueX algorithm. Afterwards foci of tumors and metastases were screened with the respective reconstructions and then were scored and compared on the basis of the visibility with different scales. The study contained differences in signal-to-noise-ratio (SNR), in general visibility, in visibility as a function of the patient’s weight and the distance of the lesion from the center of the body. Statistic testing on significant differences occured by means of a paired Wilcoxon test. RESULTS: In comparison to the OSEM algorithm, the TrueX algorithm resulted in a subjective improvement of the signal-to-noise-ratio (SNR) . There was no significant difference between the two algorithms regarding the general visibility and on patients with bodyweights less than 90 kilograms. Improved visibility in lesions at the circumference of the body (distance ≤ 5 cm from skin) was proved while using the TrueX algorithm. Whereas lesions, which were rather located in the center of the body (distance > 5 cm from skin), and lesions of patients with a bodyweight greater than 89 kilograms, could be screened improved with OSEM algorithm. CONCLUSION: Using TrueX algorithm improves signal-to-noise-ratio (SNR) as well as visibility of lesions with increased uptake in the circumference of field-of-view (FOV). This allows an easier differentiation of pathological processes on the one hand and on the other hand an improved detection of tumor lesions located close to the skin of the patient.Ziel: Bei der Positronenemissionstomographie (PET) erfolgt eine Rückrechnung der dreidimensionalen Daten aus den Einzelprojektionen unter Verwendung verschiedener Rekonstruktionsalgorithmen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war der Vergleich zwischen der Ordered-Subset Expectation Maximization (OSEM) und der sogenannten TrueX-Rekonstruktion. Methodik: Alle Messungen erfolgten an einem Kollektiv von 51 Patienten am Siemens Biograph 64 PET-CT. Die Rohdatensätze wurden mit dem OSEM-Algorithmus und der TrueX Technik rekonstruiert. Anschließend wurden vorbeschriebene Tumor- und Metastasenherde mit der jeweiligen Rekonstruktion gesichtet und an Hand der Sichtbarkeit mit verschiedenen Punkteskalen benotet und verglichen. Die Untersuchungen beinhalteten hierbei Unterschiede im Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR), in der allgemeinen Sichtbarkeit und in der Sichtbarkeit in Abhängigkeit vom Patientengewicht und vom Abstand der Läsion zum Körperzentrum. Die statistischen Tests auf signifikante Unterschiede erfolgten mit Hilfe von Wilcoxon-Tests bei verbundenen Stichproben. Ergebnisse: Die Auswertung ergab, dass mit Hilfe des TrueX-Algorithmus im Gegensatz zur OSEM eine subjektive Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses erzielt werden konnte. Sowohl in der allgemeinen Sichtbarkeit, als auch bei Patienten mit einem Körpergewicht von weniger als 90 Kilogramm konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Rekonstruktionen festgestellt werden. Bei Läsionen in der Körperperipherie (≤ 5 cm Entfernung von der Körperoberfläche) konnte mit einer hohen Signifikanz eine verbesserte Sichtbarkeit bei Verwendung der TrueX-Rekonstruktion nachgewiesen werden, während eher zentral gelegene Läsionen (> 5 cm Entfernung von der Körperoberfläche) und die Läsionen der Patienten, die mehr als 89 Kilogramm wogen, signifikant besser mit Hilfe des OSEM-Algorithmus gesichtet werden konnten. Schlussfolgerung: Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) sowie die Sichtbarkeit von Herden mit erhöhtem Uptake am Rande des Field-Of-Views (FOV) und somit in der Peripherie des zu untersuchenden Objekts kann bei Verwendung des TrueX-Algorithmus verbessert werden. Das lässt einerseits eine leichtere Differenzierung von pathologischen Prozessen und andererseits eine bessere Erkennung von hautnahen Tumorherden zu
Normwerte der mit SPECT/CT gemessenen skelettalen Konzentration von [99mTc]Technetium-3,3-Diphosphono-1,2-propandicarbonsäure (DPD) in Abhängigkeit von Geschlecht und betrachteter Region
Get PDFAim of this study:
Knowledge on normal values of the concentration of the 99mTc-labelled bisphosphonates ([99mTc]Tc-DPD) in healthy skeleton of patients referred for bone scintigraphy could facilitate diagnosis; definite evidence on this variable is, however, still scarce. Using SPECT/CT, we measured this variable in 81 patients and several skeletal areas.
Design and Methods:
SPECT/CT data from 81 patients (57 women and 24 men; mean age 68.8 ± 13.5 years), featuring a field-of-view from lower spine to proximal femur, were selected for this study from a large clinical database. The CT parts of the retrieved scans were automatically segmented by a neural network into six individual bones, namely left and right femur, left and right pelvis, sacrum, and lower spine. The segmentations were transferred to the reconstructed quantitative SPECT images, and the uptake in the respective segments was quantified as mean and maximum standardized uptake value (SUVmean and SUVmax). We excluded segmented bones with abnormalities on visual inspection from further analysis.
Results:
SUVs varied among the different bones studied: The smallest uptake was measured in the proximal left and right femur with a SUVmean of 2.8 ± 0.7 and 2.8 ± 0.7. In the sacrum and the lower spine, SUVmean was 4.0 ± 0.8 and 4.6 ± 1.4, respectively. Furthermore, SUVmean of the left and right pelvis were 4.1 ± 0.8 and 4.2 ± 0.9. SUVmean in bones containing spongious tissue was significantly higher than that by the femora (p<0.001). There were small, but statistically significant differences in SUVmean between males and females in both femora (p<0.05) and the lower spine (p<0.05). We did not find a significant correlation of SUVmean with age and CT density, however, some skeletal regions showed a weak and significant correlation with body weight (p<0.05). Roughly analogous results were obtained for SUVmax reflecting its close relationship to SUVmean with Spearman’s correlation coefficients between these two variables ranging between 0.5 and 0.8 depending on the skeletal region considered.
Conclusion:
Region and sex-specific normal ranges might constitute better reference values for diagnostic use than parameters reflecting uptake over larger parts of the skeleton pooled among different sexes.Zielsetzung der Studie:
Die Erstellung von Normwerten durch Quantifizierung der Konzentration von [99mTc]Technetium-3,3-Diphosphono-1,2-propandicarbonsäure ([99mTc]Tc-DPD) in Patienten mit physiologischem Knochenstoffwechsel kann zu einer präziseren Diagnosefindung beitragen. Bis heute ist aber wenig über die Quantifizierung der DPD-Aufnahme im gesunden Knochengewebe bekannt, daher bestimmten wir in verschiedenen Knochensegmenten von 81 Patienten die jeweilige DPD-Anreicherung.
Material und Methoden:
Für die Studie wurden aus einer großen klinischen Datenbank SPECT/CT-Datensätze von 81 Patienten (57 Frauen und 24 Männer; Durchschnittsalter 68.8 ± 13.5 Jahre) ausgewählt, die einen Bildaufnahmebereich vom proximalen Femur bis zur unteren Wirbelsäule aufwiesen. Die CT-Datensätze wurden akquiriert und von einem neuronalen Netzwerk automatisch in jeweils sechs einzelne Knochenregionen segmentiert, nämlich linker und rechter Femur, linkes und rechtes Becken, Kreuzbein und untere Wirbelsäule. Diese Segmentierungen wurden auf die entsprechenden rekonstruierten quantitativen SPECT-Bilder übertragen und die jeweilige Radiopharmakonkonzentration in den verschiedenen Segmenten als durchschnittlicher und maximaler Standardized Uptake Value Wert (SUVmean and SUVmax) quantifiziert. Diejenigen Knochensegmente, die Anomalien und Pathologien aufgewiesen hatten, waren von der weiteren Analyse ausgeschlossen worden.
Ergebnisse:
Die SUVs variierten zwischen den verschiedenen untersuchten Knochensegmenten: Die geringste DPD-Aufnahme wurde im proximalen linken und rechten Femur mit einem SUVmean von jeweils 2.8 ± 0.7 gemessen. Im Kreuzbein und der unteren Wirbelsäule betrug der SUVmean 4.0 ± 0.8 und 4.6 ± 1.4, im linken und rechten Becken lag der SUVmean bei 4.1 ± 0.8 and 4.2 ± 0.9. Der SUVmean war bei Knochensegmenten, die aus spongiösem Gewebe aufgebaut waren, deutlich höher als in den Segmenten des Femurs (p<0.001). Zwischen Männern und Frauen gab es kleine, aber statistisch signifikante Unterschiede im SUVmean sowohl in beiden Femora (p<0.05) als auch in der unteren Wirbelsäule (p<0.05). Wir fanden keine signifikanten Korrelationen weder zwischen dem SUVmean und dem Alter noch dem SUVmean und der Knochendichte. Einige Skelettregionen zeigten eine schwache, aber signifikante Korrelation mit dem Körpergewicht (p<0.05) der Patienten. Annähernd äquivalente Ergebnisse wurden für den SUVmax erzielt, was seine enge Beziehung zum SUVmean widerspiegelte. Die Beziehung dieser beiden Variablen konnte mithilfe des Spearman-Korrelationskoeffizienten verdeutlicht werden. Er lag je nach betrachteter Skelettregion zwischen 0.5 und 0.8.
Schlussfolgerungen:
Regions- und geschlechtsspezifische Normwerte könnten bessere Referenzwerte für die Diagnosefindung darstellen als diejenigen, die die DPD-Aufnahme über größere Bereiche des Skeletts messen. Zudem wäre es sinnvoll, eine separate Betrachtung der SUV-Normwerte bei Männern und Frauen vorzunehmen
Potenzial der 99mTc-MIP-1404-PSMA-Szintigrafie zum Primärstaging bei Patienten mit Prostatakarzinom
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Context and Objectives
Prostate cancer is the most common cancer among men. The disease incidence is rising due to demographic changes (Cancer in Germany 2015/2016 2019)(S3- Guideline Prostate Cancer 2021).
The new 99mTc-MIP-1404-PSMA scintigraphy with SPECT/CT combines functional and morphological imaging. Prostate specific membrane antigen (PSMA), a transmembrane protein, is overexpressed on prostate cancer cells (Bravaccini et al. 2018)(Chang 2004)(Schülke et al. 2003)(Davis et al. 2005). PSMA is a target for small molecules, for example the radiotracer 99mTc-MIP-1404. Most PSMA ligands are for imaging with PET/CT (Budäus et al. 2016)(Hoffmann et al. 2017)(Kuten et al. 2020).
Primary staging is recommended for newly diagnosed high risk prostate cancer. The usefulness of imaging in patients with intermediate risk for lymph node metastasis is controversial due to a lack of data. The primary staging of prostate cancer with PSMA imaging is not established yet (S3-Guideline Prostate Cancer 2021).
The purpose of this study was to investigate the role of PSMA scintigraphy with SPECT/CT in primary staging of patients with intermediate and high-risk prostate cancer.
Methods (Patients, Material and Research Methods)
The data of 35 patients were selected in retrospect after being diagnosed with localized or locally advanced prostate cancer without metastases. All patients underwent primary staging with a full body PSMA scintigraphy and SPECT/CT from thorax, abdomen and pelvis prior to planned prostatectomy with local lymph node dissection.
Histopathological results served as gold standard.
The detection rate of the primary focus in prostate was evaluated. Sensitivity, specificity, positive and negative predictive value for the detection of lymph node metastases were calculated. In a subanalysis of 18 patients, who also underwent multiparametric MRI of the prostate prior to surgery, our results were compared to those of MRI. Furthermore, the overall PSMA expression of the prostate gland (Q-prostate) was calculated. Q-prostate was then correlated with the Gleason Score, the PSA value and the frequency of lymph node involvement.
Results and Observations
The primary tumour was detected in 88.6% of the patients. Q-prostate was higher in these patients. Q-prostate was positively correlated (p=0,01) with the post-surgery Gleason score and the PSA value.
Sensitivity and specificity for the detection of lymph node metastases were 25.0% and 96.7%, respectively. The positive and negative predictive values were 50% and 85%. There was no correlation between Q-prostate and lymph node involvement.
In a subgroup analysis, PSMA scintigraphy and multiparametric MRI showed comparable detection rates for the primary tumor (88.6% vs. 81.2% ) and lymph node metastases (25% vs. 25%), respectively.
Conclusion and Discussion
99mTc-MIP-1404-PSMA scintigraphy is a promising tool for the primary staging of patients with intermediate and high-risk prostate cancer. Due to the higher availability of SPECT camera systems in Germany, 99mTc-MIP-1404 might contribute to further establishing PSMA imaging in clinical routine.Zusammenfassung
Hintergrund und Ziele
Das Prostatakarzinom ist das häufigste Malignom des Mannes und zeigt, auch im Hinblick auf die demographische Entwicklung, eine zunehmende Inzidenz (Krebs in Deutschland 2015/2016 2019)(S3-Leitlinie Prostatakarzinom 2021). Prostatakarzinomzellen zeigen eine vermehrte Expression des prostataspezifischen Membranantigens (PSMA) (Bravaccini et al. 2018)(Chang 2004)(Schülke et al. 2003)(Davis et al. 2005). Radionuklid-markierte PSMA-Liganden, welche an das Transmembranprotein PSMA binden, werden zunehmend klinisch eingesetzt, wobei PET-fähige Radiopharmaka aktuell dominieren (Budäus et al. 2016)(Hoffmann et al. 2017)(Kuten et al. 2020).
Bei Erstdiagnose eines Hochrisikokarzinoms wird vor Therapieeinleitung ein bildgebendes Staging empfohlen. Die PSMA-Bildgebung ist in der Primärdiagnostik des Prostatakarzinoms bisher noch nicht endgültig etabliert. Die Notwendigkeit bzw. der Zusatznutzen einer erweiterten, prätherapeutischen bildgebenden Diagnostik bei Patienten mit einem mittleren Risiko für lymphogene Filiae ist aufgrund der eingeschränkten Datenlage umstritten (S3-Leitlinie Prostatakarzinom 2021). Der PSMA-Ligand 99mTc-MIP-1404 kann als Gammastrahler mittels konventioneller szintigraphischer Verfahren einschließlich SPECT/CT, die im niedergelassenen nuklearmedizinischen Sektor sehr verbreitet sind, detektiert werden. Diese Studie soll die Aussagekraft der PSMA-Szintigrafie im Rahmen des Primärstagings bei Prostatakarzinompatienten vor geplanter Prostatektomie beurteilen.
Methoden (Patienten, Material und Untersuchungsmethoden)
Retrospektiv wurden Daten von insgesamt 35 Patienten mit stanzbioptisch gesichertem Prostatakarzinom im lokal begrenzten und fortgeschrittenen Stadium ohne vorherigen Metastasennachweis ausgewertet. Bei diesen Patienten erfolgte eine PSMA-Ganzkörperszintigrafie mit SPECT/CT des Thorax, Abdomens und Beckens vor einer geplanten Prostatatektomie mit lokaler Lymphknotendissektion. Die histopathologischen Ergebnisse dienten als Goldstandard.
Untersucht wurden die Detektionsrate des Primarius sowie die Sensitivität, Spezifität, der positive und der negative Vorhersagewert für die Detektion von Lymphknotenfiliae. In einer Subanalyse erfolgte ein Vergleich mit einer prätherapeutischen multiparametrischen MRT hinsichtlich oben genannter Parameter. Die intraprostatische Gesamt-PSMA-Expression (Q- Prostata) wurde berechnet und mit dem Gleason-Score, dem PSA-Wert sowie dem Auftreten von Lymphknotenfiliae korreliert.
Ergebnisse und Beobachtungen
Der Primarius wurde mit einer Sensitivität von 88,6% detektiert. Es wurde eine positive Kor- relation (p = 0,01) zwischen dem Q-Prostata und dem postoperativen Gleason-Score sowie dem PSA-Wert festgestellt.
Lymphknotenmetastasen wurden mit einer Sensitivität von 25% und einer Spezifität von 96,7% detektiert. Der positive und der negative Vorhersagewert lagen bei 50% und 85%. Es konnte keine Korrelation zwischen dem Q-Prostata und dem Auftreten von Lymphknotenfilae festgestellt werden.
Im Vergleich zu den MRT-Vorbefunden zeigten sich für die PSMA-Szinitgrafie eine vergleichbare Detektionsrate für den Primarius (88,6% vs. 81,2%) als auch für die Detektion von Lymphknotenfiliae (25% vs. 25%).
Schlussfolgerung und Diskussion
Die 99mTc-MIP-1404-Szintigrafie ist eine vielversprechende Methode zum Primärstaging des Prostatakarzinoms bei Patienten mit einem intermediären und hohen Risiko. Aufgrund der größeren Verbreitung von SPECT-fähigen Gammakameras im niedergelassenen nuklearmedizinischen Sektor könnte 99mTc-MIP-1404 zu einer weiteren Etablierung der PSMA- Bildgebung in der klinischen Routine beitragen
Evaluierung von Verteilungsunterschieden zwischen prätherapeutischem 99mTc-MAA SPECT/CT und posttherapeutischem 90Y PET/CT bei der SIRT
Get PDFObjectives
Selective internal radioembolization with 90Y microspheres is an innovative interventional therapy for advanced liver malignancies combining the principles of internal radiation and vascular embolization. Preliminary examination by means of 99mTc-MAA SPECT imaging is followed by the actual radioembolization with 90Y microspheres. In my dissertation, the distribution behavior of 99mTc-MAA in SPECT imaging and 90Y resin microspheres (SIR-Spheres®) in PET is analyzed, distribution differences are quantified by statistical methods and possible explanations are given with the help of specialist literature.
Design and methods
A collective of 27 SIRT patients from the University Hospital of Erlangen from 2015 to 2016 with a total of 37 treatment procedures was included in the analysis. Using the radiographic software Aycan OsiriX, hot spots in the form of VOIs in PET and SPECT image datasets were defined, and after defining a background activity, a lesion to background ratio (LBR) was calculated. These LBRs were weighted with a cutoff value of 20 for segmented volumes, statistical analyzes were performed using scatterplot, Spearman's rank correlation and Bland Altman plot. In addition, the LBR deviation was determined for each treatment procedure and, after two analyzes, the intraobserver variability was quantified.
Results
The total number of segmented hotspots was 433 (analysis 1) and 454 (analysis 2), respectively. The scatterplot LBRSPECT / LBRPET provided an approximate linear relationship. Spearman's Rho was 0.590 (analysis 1) and 0.569 (analysis 2), respectively, with p <0.0001.
In the Bland Altman analysis, systematically higher LBRPET values were determined with a mean difference of MD = 0.882 and 1.825, respectively. The spread showed a distinct degree with a standard deviation of SD = 2.724 and 3.621 respectively.
The procedure-related evaluation yielded a range of LBR deviation of the individual procedures in analysis 1 from 6.15% to 94.69%. The total LBR deviation takes a mean of 38.69% and a median of 36.24%. In Analysis 2, there is a range of LBR deviation of 7.51% to 79.13%. The mean LBR deviation is 38.83% and the median 33.51%.
With respect to intraobserver variability, a rank correlation coefficient rs = 0.863 (p <0.0001) and a non-significant difference in the Bland Altman plot were determined.
Conclusions
In the distribution behavior of 99mTc-MAA and 90Y microspheres significant deviations were found in both runs of analysis. The tendentially higher LBRPET values compared to LBRSPECT values may be explained partly by the higher resolution of PET imaging. This also goes along with the fact that hotspots with moderate LBRPET from 2 to 4 were often not represented in the SPECT dataset. With increasing LBR, the tendency to LBRPET decreased or shifted in favor of LBRSPECT. This is interpreted as an indication of the occurrence of increased local 99mTc-MAA particle accumulation even without underlying tumor correlate. The intraobserver variability is judged to be low with respect to the subject of investigation.
The main reasons for the large deviation are the difficulty reproducing the exact position of the angiographic catheter during injection, the variability in size of the 99mTc-MAA particles, an unpredictable formation of local particle chains and conglomerates, the strong embolic effect of the 90Y resin microspheres, the lower spatial resolution of the SPECT compared to PET, as well as software-related problems in the exact fusion of image data sets.
Following the results of my evaluation, 99mTc-MAA can be considered as an unsatisfactory surrogate for the distribution of 90Y resin microspheres in SIR therapy. Differences in tracer distribution should not be overstated in the individual case with regard to the therapy outcome, especially in the setting of advanced tumor diseases with multiple pretreatments. These results are largely in concordance with recent studies.Hintergrund und Ziele
Die selektive interne Radioembolisation mit 90Y-Mikrosphären ist ein innovatives interventionelles Therapieverfahren für fortgeschrittene Lebermalignome, wobei die Wirkungsprinzipien einer internen Bestrahlung und einer Gefäßembolisation kombiniert werden. Einer Voruntersuchung mittels 99mTc-MAA SPECT-Bildgebung folgt die eigentliche Radioembolisation mit 90Y-Mikrosphären. Im Rahmen meiner Dissertation wird das Verteilungsverhalten von 99mTc-MAA in der SPECT-Bildgebung und 90Y-Kunstharzmikrosphären (SIR-Spheres®) in der PET analysiert, Verteilungsunterschiede mittels statistischer Verfahren quantifiziert und mögliche Erklärungen dafür unter Zuhilfenahme von Fachliteratur gegeben.
Material und Methoden
Ein Kollektiv von 27 SIRT-Patienten des Universitätsklinikums Erlangen von 2015 bis 2016 mit insgesamt 37 Therapieprozeduren wurde in die Analyse einbezogen. Es wurden mithilfe der radiologischen Software Aycan OsiriX Hotspots in Form VOIs in PET- und SPECT-Bilddatensätzen definiert, daraus nach Festlegung einer Hintergrundaktivität eine lesion to background ratio (LBR) berechnet. Diese LBRs wurden mit einem Cutoff-Wert von 20 nach segmentierten Volumina gewichtet, statistische Analysen mittels Scatterplot, Spearmans Rangkorrelation und Bland Altman Plot durchgeführt. Zudem wurde die LBR-Abweichung je Therapieprozedur bestimmt und nach zweifacher Analyse die Intraobserver-Variabilität quantifiziert.
Ergebnisse
Die Gesamtzahl der segmentierten Hotspots betrug 433 (Analyse 1) bzw. 454 (Analyse 2). Der Scatterplot LBRSPECT/LBRPET lieferte näherungsweise einen linearen Zusammenhang. Spearmans Rho betrug 0,590 (Analyse 1) bzw. 0,569 (Analyse 2) mit p < 0,0001.
In der Bland Altman Analyse wurden systematisch höhere LBRPET-Werte mit einer mittleren Differenz von MD = 0,882 bzw. 1,825 ermittelt. Die Streubreite wies mit einer Standardabweichung SD = 2,724 bzw. 3,621 ein erhebliches Maß auf.
Die Prozedur-bezogene Auswertung erbrachte eine Spannweite der LBR-Abweichung der einzelnen Prozeduren in Analyse 1 von 6,15% bis 94,69%. Die Gesamt-LBR-Abweichung nimmt einen Mittelwert von 38,69% und einen Median von 36,24% ein. In Analyse 2 besteht eine Spannweite der LBR-Abweichung von 7,51% bis 79,13%. Es wird hierbei als Gesamt-LBR-Abweichung ein Mittelwert von 38,83% und ein Median von 33,51% berechnet.
Bezüglich der Intraobserver-Variabilität wurde ein Rangkorrelationskoeffizient rs = 0,863 (p < 0,0001) und eine nicht signifikante Differenz im Bland Altman Plot ermittelt.
Schlussfolgerungen
Im Verteilungsverhalten von 99mTc-MAA und 90Y-Mikrosphären wurden in beiden Analysedurchgängen erhebliche Abweichungen gefunden. Die tendenziell höheren LBRPET-Werte gegenüber LBRSPECT-Werten können u.a. mit der höheren Auflösung der PET-Bildgebung erklärt werden. Damit geht auch die Tatsache einher, dass Hotspots mit mäßiger LBRPET von 2 bis 4 oft im SPECT-Datensatz nicht repräsentiert waren. Mit zunehmender LBR sank die Tendenz zu LBRPET bzw. verschob sich zugunsten LBRSPECT. Dies wird als Indiz für das Auftreten vermehrter lokaler 99mTc-MAA-Partikelakkumulationen auch ohne zugrundeliegendes Tumorkorrelat interpretiert. Die Intraobserver-Variabilität wird bezüglich des Untersuchungsgegenstandes als gering beurteilt.
Als wesentliche ursächliche Faktoren für die gefundene starke Abweichung werden die Problematik einer Reproduktion der exakte Position des Angiographiekatheters bei Injektion, die Größenvariabilität der 99mTc-MAA-Partikel, eine unvorhersehbare Bildung von lokalen Partikelketten und Konglomeraten, der starke embolische Effekt der 90Y-Kunstharzmikrosphären, die niedrigere Ortsauflösung des SPECT gegenüber PET, sowie softwarebedingte Probleme bei der exakten Fusion der Bilddatensätze gesehen.
Den Ergebnissen meiner Auswertung folgend kann 99mTc-MAA als ein unbefriedigendes Surrogat für die Verteilung der 90Y-Kunstharzmikrosphären in der SIR-Therapie angesehen werden. Unterschiede in der Tracerverteilung sollten mit Blick auf das Therapieoutcome im Einzelfall nicht überbewertet werden, insbesondere im Setting weit fortgeschrittener Tumorerkrankungen mit multiplen Vorbehandlungen. Diese Ergebnisse stehen weitgehend in Konkordanz mit der berichteten Studienlage
Assessment of interchangeable applicability of two wear detection methods for total hip arthroplasty within an experimental phantom-model setup
Get PDFIntroduction / Background
Osteoarthritis (OA) constitutes the most common reason for total hip arthro-plasty (THA).
The obligatory preoperative planning is laid down in the statutes of certified German endoprosthetic centers. Next to planning the implant size and posi-tion, additional applications are included within such planning software solu-tions. One of these applications presents the detection of in vivo wear. Wear of polyethylene (PE) components is a major factor limiting the longevity of THA.
Currently, common techniques for measuring wear include 2D analysis based on conventional a.p. radiographs (2Dwear) and 3D analysis using exclusive radiological technologies (3Dwear), such as Roentgen Stereophotogrammetric Analysis (RSA). The application of relevant techniques to measure wear in vivo can help better understand the bearing behaviors of total joint arthroplas-ty by evaluating wear rates of different materials. Meanwhile, surgeons can advise patients when revision surgery is necessary based on the level of wear.
RSA is widely regarded as a gold standard for wear measurement. However, RSA requires additional equipment and specific settings (extra x-ray equip-ment, calibration boxes, etc.), which obstructs its routine clinical application.
However, the change of patient positions, for example, tilt or rotation of the pelvis, may influence the accuracy of wear measurement in THA.
This study aims to investigate whether a 2Dwear detection method can be an alternative to 3Dwear and how these two wear detection methods are impacted by the positions of the pelvis. It is hypothesized that the accuracy and preci-sion of the 3Dwear approach are superior to conventional PE wear detection of THA, using single plain radiographs. Furthermore, the effect of various pelvic positions on the PE wear measurements for both methods is investigated us-ing an experimental phantom model.
Material and Methods
A phantom model was designed to simulate a defined linear PE wear of an acetabular insert. It consisted out of a micrometer screw and a femoral bone-implant-model (FBIM), which could be moved precisely around three degrees of freedom (DOF) relative to an acetabular bone-implant-model (ABIM). Rela-tive to the standard “neutral” position, the ABIM could be positioned in three DOF (tilt, obliquity, and rotation). This phantom was located within a radiologic measurement setup, which was able to capture RSA and conventional x-ray images in parallel without moving the phantom model. Three different wear protocols were performed by FBIM for seven different orientations of the ABIM. Each protocol was repeated five times per ABIM orientation. The two methods of 2Dwear and 3Dwear were used to obtain corresponding images and compared in many aspects from seven different pelvic orientations. Precision, accuracy, and pelvic position factors for wear measurements were evaluated.
Results
From the perspective between different wear detection methods, the precision and accuracy were 0.206 mm and 0.159 mm for 2Dwear and 0.043 mm and 0.017 mm for 3Dwear, respectively. With respect to different pelvic positions, for 2Dwear, p values of the four relative positions were all less than 0.05; for 3Dwear, the p-value between pelvic lateral tilted left (obliquity left) 5-degree position and the pelvic neutral position was less than 0.05. From the perspec-tive between different wear groups, for 2Dwear, the medium wear group was not significantly different among all wear positions (p = 0.068); for 3Dwear, the low wear group was not significantly different among all wear positions (p = 0.235).
Discussion / Conclusion
For the two methods used in this experiment, i.e. 3Dwear and 2Dwear, precision and accuracy using 3Dwear were approximately by factor 5 and 9 better than for the 2Dwear approach despite the pelvic positions. The low wear group in 3Dwear and the medium wear group in 2Dwear were relatively unaffected by pel-vic positions. Attention should be paid to the potential malposition of the pelvis during the image acquisition because this affected the 2Dwear measurement outcome significantly. If this is taken into account, an in vivo wear measure-ment will be possible using the 2Dwear technology because 2Dwear is an excel-lent alternative to 3Dwear.Einleitung / Hintergrund
Die Osteoarthrose (OA) ist der häufigste Grund für eine Hüfttotalendoprothese (THA).
Die obligate präoperative Planung ist in den Statuten der zertifizierten deutschen Endoprothetikzentren festgelegt. Neben der präoperativen Planung der Implantatgröße und -position sind weitere Anwendungen in solchen Planungssoftwarelösungen enthalten. In einer der kommerziell erhältlichen Anwendungen ist z.B. die Option verfügbar, den Verschleiß der Artikulation in-vivo zu bestimmen. Der Verschleiß von Polyethylen (PE)-Komponenten ist ein wesentlicher Faktor, der die Langlebigkeit der THA limitiert.
Zu den derzeit üblichen Techniken zur Verschleißmessung gehören die 2D-Analyse auf der Grundlage konventioneller a.p.-Röntgenaufnahmen (2Dwear) und die 3D-Analyse unter Verwendung spezieller radiologischer Technologien (3Dwear), wie z.B. der Roentgen Stereophotogrammetric Analysis (RSA). Die Anwendung besonderer Techniken zur in-vivo-Verschleißmessung kann dazu beitragen, das Implantatverhalten im Verlauf besser zu verstehen, indem die Verschleißraten verschiedener Materialien bewertet werden. Zudem können Operateure ihre Patienten rechtzeitig beraten, wenn ein Revisionseingriff aufgrund fortgeschrittenen Abriebs ratsam ist.
Die RSA wird gegenwärtig als Goldstandard für Verschleißmessungen angesehen. Sie erfordert jedoch eine zusätzliche technische Ausrüstung / Messtechnik (2 Röntgenröhren, Kalibrierbox, etc.), was ihre routinemäßige klinische Anwendung einschränkt.
Die Veränderung der Patientenposition, z.B. Neigung oder Rotation des Beckens, kann die Genauigkeit der Verschleißmessung in der Hüftendoprothetik beeinflussen.
In dieser Studie soll untersucht werden, ob eine 2Dwear-Methode eine Alternative zu einer 3Dwear-Methode sein kann und wie diese beiden Verschleißerkennungsmethoden durch die Position des Beckens beeinflusst werden. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass die Genauigkeit und Präzision des 3Dwear-Ansatzes der konventionellen PE-Verschleißerkennung von THA unter Verwendung einzelner, einfacher Röntgenaufnahmen überlegen sind. Darüber hinaus wird der Einfluss verschiedener Beckenpositionen auf die PE-Verschleißmessungen für beide Methoden mit einem experimentellen Phantommodell untersucht.
Material und Methoden
Es wurde ein spezielles Phantommodell entwickelt, um einen definierten linearen PE-Verschleiß eines Hüftgelenkpfanneninlays zu simulieren. Es bestand aus einer Mikrometerschraube und einem femoralen Knochen-Implantat-Modell (FBIM), das relativ zu einem acetabularen Knochen-Implantat-Modell (ABIM) präzise um drei Freiheitsgrade (DOF) bewegt werden konnte. Relativ zur Standard-neutralen Position konnte das ABIM in drei Freiheitsgraden (Neigung, Schräglage und Rotation) positioniert werden. Das Phantommodell befand sich innerhalb eines radiologischen Messaufbaus, der in der Lage war, RSA- und konventionelle Röntgenbilder parallel aufzunehmen, ohne das Phantommodell zu bewegen. Drei verschiedene Verschleißprotokolle wurden vom FBIM für sieben verschiedene Ausrichtungen des ABIM durchgeführt. Jedes Protokoll wurde pro ABIM-Orientierung fünf Mal wiederholt. Die beiden Methoden von 2Dwear und 3Dwear wurden verwendet, um entsprechende Bilder zu erhalten und in vielen Aspekten aus sieben verschiedenen Beckenorientierungen verglichen. Präzision, Genauigkeit und Beckenpositionsfaktoren wurden für die Verschleißmessungen ausgewertet.
Ergebnisse
Bezogen auf die verschiedenen Verschleißerkennungsmethoden betrug die Präzision und Genauigkeit 0,206 mm und 0,159 mm für 2Dwear bzw. 0,043 mm und 0,017 mm für 3Dwear. Bezüglich der verschiedenen Beckenpositionen waren bei 2Dwear die p-Werte der vier relativen Positionen alle kleiner als 0,05; bei 3Dwear war der p-Wert zwischen der seitlich nach links geneigten (Schräglage links) 5-Grad-Position des Beckens und der neutralen Beckenposition kleiner als 0,05. Im Vergleich zwischen den verschiedenen Verschleißgruppen unterschied sich bei 2Dwear die mittlere Verschleißgruppe nicht signifikant zwischen allen Verschleißpositionen (p = 0,068); bei 3Dwear unterschied sich die niedrige Verschleißgruppe nicht signifikant zwischen allen Verschleißpositionen (p = 0,235).
Diskussion / Fazit
Für die beiden in diesem Experiment verwendeten Verschleißmessmethoden, d.h. 3Dwear und 2Dwear, waren Präzision und Genauigkeit unter Verwendung von 3Dwear trotz der unterschiedlichen Beckenpositionen um den Faktor 5 und 9 besser als bei der 2Dwear-Methode. Die ermittelten Abriebraten für die Gruppe mit geringem Verschleiß in 3Dwear und die Gruppe mit mittlerem Verschleiß in 2Dwear waren unbeeinflusst von den Beckenpositionen. Es sollte allerdings bei der Bildaufnahme auf eine mögliche Fehllagerung des Beckens geachtet werden, da diese das Messergebnis von 2Dwear erheblich beeinflusst hat. Wenn dies berücksichtigt wird, ist eine in-vivo-Verschleißmessung mit der Technologie von 2Dwear möglich, da 2Dwear eine ausgezeichnete Alternative zu 3Dwear ist
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