Notwendige Genauigkeit der Schwächungskorrektur beim

39. DGMP Tagung 2008 in Oldenburg
Notwendige Genauigkeit der Schwächungskorrektur beim
Ganzkörper PET/MRT
Mix, Michael1
1Universitätsklinikum Freiburg, Abteilung Nuklearmedizin
Einleitung
Nach der sehr erfolgreichen klinischen Einführung der multimodalen Bildgebung mittels PET/CT schreitet die
technische Entwicklung der bereits seit einigen Jahren verfolgten Kombination von PET und MRT voran [1].
Trotz vielversprechender präklinischer Ergebnisse [2] beinhaltet die PET-MRT noch nicht vollständig gelöste
Probleme bei der Schwächungskorrektur. Eine adäquate Korrektur der Schwächung der 511keV Strahlung im
menschlichen Gewebe ist in der Positronen Emissions Tomographie die Voraussetzung für eine über den
kompletten Bildbereich vergleichbare Darstellung des Traceruptakes. Sie liefert den größten Korrekturbeitrag
und ist neben sonstigen Korrekturen für Streuung, Totzeit und zufällige Koinzidenzen notwendig um
quantitative Werte mit der PET zu erheben. Für die klinische PET/MRT Anwendung im Bereich des Gehirns
(PET-Insert) lässt sich aufgrund der einfachen anatomischen Gegebenheiten die Berechnung der
Schwächungswerte (µ-Werte) bei 511keV gut durchführen, z.B. mittels atlantenbasierten Segmentationsmethoden des MRT oder über eine rein auf PET basierenden, rechnerischen Schwächungskorrektur. Im PETHauptanwendungsgebiet der Onkologie, bei der Ganzkörperuntersuchungen durchgeführt werden, gestaltet sich
die Schwächungskorrektur schwieriger. Zu differenzieren sind bei 511keV neben Luft (µ=0,0cm-1) im
Wesentlichen die µ-Werte von drei Gewebetypen: Lungengewebe (µ~0,03cm-1), Weichteilgewebe (µ~0,095cm1
) und Knochen (µ>0,12cm-1). Da sich diese Gewebearten in den MRT-Bildern in ihren Grauwerten nicht
abgrenzen lassen [Abb.1.A], ist eine direkte, bilineare Umrechnung der µ-Werte, wie sie beim CT möglich ist,
ausgeschlossen. Alternative Ansätze verwenden in der Regel anatomisches Vorwissen über die Lage von Lunge
und Knochen um eine Klassifizierung und eine Koregistrierung auf Atlanten durchzuführen [3]. Ziel dieser
Studie war es zu überprüfen, inwieweit sich eine falsche Klassifizierung von Knochen im Bereich des Thorax
auf die Quantifizierung im Herzen auswirken kann und ob eine visuelle und semiquantitative Interpretation der
PET für onkologische Fragestellungen auch ohne eine akkurate Schwächungskorrektur für Knochengewebe
möglich ist.
Material und Methoden
Durch Segmentation eines 511keV Schwächungskoeffizientenbildes (µ-map) [Abb.1.B] wurden Oberarmknochen und Wirbelsäule ermittelt und ihr zugehöriger µ-Wert von µ=0,095cm-1 (Gewebe) sukzessive um 0.01
bis auf 0.175cm-1 erhöht. Durch Vorwärtsprojektion dieser Schwächungsbilder mit entsprechender Anpassung an
die Geräteauflösung (ECAT EXACT 921, 6mm FWHM) wurden Korrekturmatrizen für die Emissionsaufnahme
berechnet. Bei einer 20 minütige 18F-FDG Emissionsaufnahme des Herzens wurde mit den unterschiedlichen
Schwächungskorrekturfaktoren iterativ rekonstruiert. Benutzt wurde dazu ein vollständig gewichteter OSEMAlgorithmus mit 4 Iterationen bei 16 Untergruppen und postiterativer Gauß-Filterung (6mm FWHM). Der
Einfluss der Knochenschwächung wurde durch eine ROI-Analyse der Gebiete Vorderwand (a.w.), Seitenwand
(l.w.), Hinterwand (i.w.), Septum (s.) und Blutpool (bp.) überprüft [Abb.1.C].
Abb.1. A:Transaxialer MRT-Schnitt (t2-STIR-Sequenz) auf Thoraxhöhe – Weichteilgewebe und Knochen lassen sich ebenso
wie Lunge und Luft nicht direkt über Grauwerte differenzieren. B:µ-Wertebild bei 511keV, Knochen sind in der rainbowFarbskala rot, Weichteilgewebe grün, lungenäquivalentes Gewebe blau und Luft schwarz dargestellt. C: Kurzachsenschnitt
einer 18F-FDG Untersuchung mit den Auswerteregionen der ROI-Analyse.
39. DGMP Tagung 2008 in Oldenburg
Ergebnisse
Der Einfluss der Schwächungswerte von Oberarmknochen und Wirbelsäule auf die visuelle Herzbefundung ist
zu vernachlässigen. Die mittleren Aktivitätswerte der Kurzachsen-ROI’s erfahren bei einer Erhöhung der
Schwächungskoeffizienten von 0,095cm-1 auf 0,175cm-1 eine Änderung von 3-7%. Bemerkenswert ist ein mit
zunehmendem Schwächungskoeffizienten größer werdender Kontrast zwischen linkem Ventrikel und Blutpool,
der sich im entgegengesetzten Vorzeichen der prozentualen Änderung widerspiegelt [Abb.2]. Betrachtet man im
Profil [Abb.3] ausgehend vom Wirbelkörper zum Brustkorb hin die prozentuale Änderung der Aktivitätswerte in
Bezug zum Wirbelkörperabstand, so erreicht diese bei 6-12cm ihr Minimum. Die nur geringe Verschiebung der
Aktivitätswerte bei der Herzquantifizierung lässt sich somit durch die Herzposition (Lage im Bezug zu den
Knochen) erklären. In unmittelbarer Umgebung vom Wirbelkörper steigt die quantitative Änderung
erwartungsgemäß deutlich an, die visuelle Interpretation wie sie bei onkologischen Fragestellungen üblich ist,
bleibt jedoch sehr gut möglich.
Abb.2. Prozentuale Änderung der Aktivitätswerte im Myocard. Ausgewertet wurden die o.g. ROIs.
Abb.3 Prozentuale Änderung der Quantifizierung in Abhängigkeit vom Abstand zum Wirbelkörper. Aufgetragen
sind die Kurven für unterschiedliche µ-Werte.
Diskussion und Schlussfolgerung
Die notwendige Genauigkeit der Schwächungskorrektur bei Ganzkörperuntersuchungen am PET/MRT muss
hinsichtlich der quantitativen Ansprüche differenziert betrachtet werden. Für die bei der Befundung
onkologischer Fragestellungen gängige visuelle, maximal semiquantitative Auswertung reicht eine
Implementierung ohne adäquate Erfassung von Knochen, d.h. µ-Werte von Knochen können wie
Weichteilgewebe behandelt werden. Selbst in Verlaufsuntersuchungen kann in so rekonstruierten PET/MRTBildern bei konstanter Lage eines Tumors im Bezug auf umliegende Knochenstrukturen eine SUV-Auswertung
verglichen werden. Eine absolute Quantifizierung ist jedoch fehlerbehaftet. Bei ausreichendem Abstand zu
Knochenstrukturen ist selbst eine absolute Quantifizierung noch mit ausreichender Genauigkeit, d.h. mit einem
Fehler, der dann in der gleichen Größenordnung wie bei anderen Korrekturen liegt, möglich.
Für die Implementierung einer geeigneten PET/MRT Schwächungskorrektur kann eine vereinfachte
Segmentation/Klassifizierung der Gewebearten angewendet werden. Unberührt von Lösungen der Strahlungsschwächung im Patienten muss allerdings auch die Schwächung von externen Spulen, die im MRT-Bild nicht
sichtbar sind, berücksichtigt werden.
Literatur
[1] Marsden PK. et al, Br J Radiol. (2002) 75:S35–S39
[2] Zaidi H. et al, Radiology (2007); 244:639–642
[3] Beyer T et al, Eur J Nucl Med Mol Imaging (2008) 35:1142–1146
[4] Martínez-Möller A et al, J Nucl Med (2007) 48: 156P
[5] Mix M. et al, J Nucl Med (1999) 40: 297P