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Quantifizierung von dreidimensionalen PET-Datensätzen mit Hilfe von Kompartment und Non-Kompartment Modellen

Dynamische PET-Datensätze werden mit verschiedenen Kompartment und Non-Kompartment Modellen, die in der Abteilung entwickelt und implementiert wurden, ausgewertet und hinsichtlich der diagnostischen und prognostischen Wertigkeit evaluiert. Kompartmentmodelle kommen aus der Pharmakologie und wurden erstmals für PET-Untersuchungen im Gehirn angewandt, um das pharmakokinetische Verhalten von Fluor-deoxyglukose (FDG) zu erfassen. Wir haben erstmals ein modifiziertes Zwei-Kompartmentmodell mit einem zusätzlichen Blutkompartment bei onkologischen Patienten eingesetzt. Das Modell erlaubt die Berechnung von sog. Transportraten (k1, k2, k3, k4) und der Austauschoberfläche, des sog. Distributionsvolumens VB. Am Beispiel von FDG bezieht sich k1 auf die Influxrate von FDG, k2 auf die Effluxrate, k3 auf die Phosphorylierung und k4 auf die Dephosphorylierung.

Parametrische Bildgebung

Fig. 10a
© dkfz.de

Nuklearmedizinische Aufnahmen sind funktionelle Aufnahmen, die die mittlere Aktivitätsverteilung zu einem definierten Zeitpunkt wider geben. Mit Hilfe von mathematischen Modellen besteht die Möglichkeit einen isolierten Parameter bildlich darzustellen.

Die nebenstehende Abbildung zeigt eine FDG-PET Querschnittsaufnahme im kleinen Becken bei einer Patientin mit einem Ovarialkarzinom und Verdacht auf Rezidiv. Umschriebene FDG-Anreicherung dorsal der Blase, die auf ein Tumorrezidiv deutet.

Fig. 10b
© dkfz.de

Solche Aufnahmen nennt man parametrische Aufnahmen. Es ist z. B. mit Hilfe eines Regressionsmodells möglich, nur den perfusionsabhängigen Teil einer dynamischen Messung mit FDG in einer tumorösen Läsion darzustellen.

Abgebildet ist eine parametrische Aufnahme, die den phosphorylierten Anteil von FDG wider gibt. Aufgrund des höheren Kontrastes ist die Abgrenzung der Läsion besser. Hierbei handelte es sich um ein operativ bestätigtes Tumorrezidiv.

Software fusion

Neben den kombinierten PET-CT oder SPECT-CT Geräten, den sog. Hybridgeräten, besteht die Möglichkeit beliebige tomographische Modalitäten mit Hilfe von geeigneten Auswerteprogrammen zu fusionieren. Hierzu werden bestimmte Algorithmen verwendet. Wir verwenden für die Fusion von PET mit CT oder MRT-Aufnahmen die mutual information Technik.

© dkfz.de

Fig. 11: Zentraler Tumor in der linken Lunge mit nachfolgendem partiellen Kollaps der Lunge. Die mutual information Technik erlaubt die Fusion beliebiger Modalitäten.
Oben: Fusion parametrischer PET-Aufnahmen der Verstoffwechslung von FDG (Farbe) und des Blutvolumens (Grau)
Mitte: Fusion des parametrischen PET-Stoffwechselbildes (Farbe) mit einem entsprechenden CT-Bild (Grau)
Unten: Fusion des parametrischen PET-Stoffwechselbildes (Farbe) mit einem korrespondierenden MRI-Bild (Grau)

GenePET

Die Tracerkinetik in PET ist eng mit der Molekularbiologie assoziiert. Sofern Gewebsproben aus dem mit PET ausgewerteten Bereichen existieren, können PET und Genexpressionsdaten korrelativ ausgewertet werden. Auf diese Weise ist es möglich, Abhängigkeiten der Tracerkinetik von Genen zu erkennen sowie festzustellen, welche Gene die Kinetik modulieren (z.B. Hypoxie und FDG-Kinetik). Weiterhin erlauben die Genexpressionsdaten die Suche nach neuen Zielen für potentielle Radiopharmaka.

© dkfz.de

Fig. 12: Korrelative Analyse von gene array Daten einer Gewebsprobe eines Tumors (links) und die entsprechenden PET-Ergebnisse (rechts). Die Genexpressionsdaten sind farbcodiert als Bild dargestellt und erlauben so eine schnelle Erfassung von Genen, die deutlich erhöht exprimiert werden.

TENPET

Im Rahmen eines EU-Projektes, des „Transeuropean Network for Positron Emission Tomography“ wird die Erprobung eines Telekommunikationssystems für den Austausch von PET-Datensätzen zwischen verschiedenen europäischen Zentren untersucht (www.tenpet.com).

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