Effekt verschiedener Chemoembolisationsmaterialien auf die CT-basierte Schwächungskorrektur der PET/CT

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Abstract
Ziel: Primäre und sekundäre hypervaskularisierte Lebertumore können mittels transarterieller Chemoembolisation (TACE) behandelt werden. Ziel der Studie war die experimentelle Quantifizierung des Einflusses verschiedener Chemoembolisationsmaterialien auf die PET-Aktivitätskonzentration in der PET/CT. Material und Methoden: Lipiodol, Wolfram, Tantal und Platinspiralen wurden in unterschiedlichen Konzentrationen bzw. Anzahl in einer Trägersubstanz in ein Leberphantom eingebracht. Als Negativkontrolle diente ein in das Leberphantom eingebrachter Einsatz mit purer Trägersubstanz. Das Leberphantom wurde in ein Körperphantom eingesetzt. Das Leberphantom wurde mit 63,3 KBq [18-F]-Fluor-2-deoxy-D-glucose (FDG)/ml Wasser, das Körperphantom mit 19,7 KBq FDG/ml Wasser gefüllt. Das Phantom wurde in der PET/CT gescannt. Die Schwächungskorrektur der PET-Daten erfolgte CT-basiert. Es wurden definiert: Aktivitätskonzentration über Embolisationsmaterial (kBq/ml) ≈ gemessene Aktivitätskonzentration; Aktivitätskonzentration über Negativkontrolle (kBq/ml) ≈ wahre Aktivitätskonzentration. Das Maß der Überschätzung der Aktivitätskonzentration wurde durch folgendes Verhältnis quantifiziert: Aktivitätsüberschätzung = Aktivitätskonzentration über Embolisationsmaterial (kBq/ml)/Aktivitätskonzentration über Negativkontrolle (kBq/ml). Ergebnisse: Bei Verwendung einer CT-basierten PET-Schwächungskorrektur führten alle für die Chemoembolisation eingesetzten Substanzen dichte- bzw. konzentrationsabhängig zu einer Überschätzung der Aktivitätskonzentration. Die Überschätzung der PET- Aktivitätskonzentration betrug 11 - 151 % für Lipiodol, 34 - 1827 % für Wolfram, 16 - 1205 % für Tantal und 4 - 29 % für Platinspiralen. Schlussfolgerung: In der PET/CT führen herkömmliche röntgendichte Chemoembolisationsmaterialien zu einer Überschätzung der Aktivitätskonzentration in den schwächungskorrigierten PET-Daten. Dies ist für die klinische Routine relevant, da eine Quantifizierung der Aktivitätskonzentration in diesem Fall nicht möglich ist. Bei Detektion erhöhter FDG-Aufnahme in der PET nach TACE müssen zusätzlich zu den schwächungskorrigierten auch die nichtschwächungskorrigierten PET-Datensätze beurteilt werden, um eine Differenzierung zwischen artifizieller und real vorliegender, vermehrter FDG-Anreicherung zu ermöglichen. Der Einsatz von nicht röntgendichten Substanzen (z. B. sogenannter „drug-eluting beads”) zur TACE kann eine Alternative zur Vermeidung embolisatassoziierter PET-Artefakte darstellen. Purpose: Primary and secondary hypervascularized liver tumors may be treated with transarterial chemoembolization (TACE). The purpose of this study was to experimentally quantify the effect of different chemoembolization materials on the PET activity concentration in PET/CT. Materials and Methods: Different concentrations of lipiodol, tungsten, tantalum, and a different number of platinum coils embedded in a carrier substance were placed in a liver phantom. An insert filled with only the carrier substance served as the negative control. The liver phantom was placed in a body phantom. The liver phantom was filled with 63.3 KBq [18-F]-Fluor-2-deoxy-D-glucose (FDG)/ml water, the body phantom was filled with 19.7 KBq FDG/ml water. PET/CT was performed and PET attenuation correction was performed based on the CT data. We defined: Activity concentration over embolization material (kBq/ml) ≈ measured activity concentration; activity concentration over negative control (kBq/ml) ≈ real activity concentration. An overestimation of the activity concentration was quantified by the following ratio: Activity concentration overestimation = activity concentration over embolization material (kBq/ml)/activity concentration over negative control (kBq/ml). Results: All chemoembolization materials led to an overestimation of the PET activity concentration when using CT information for PET attenuation correction. The extent of overestimation is dependent on the concentration and the density of the chemoembolizing agent. PET activity overestimation was 11 - 151 % with lipiodol, 34 - 1827 % with tungsten, 16 - 1205 % with tantalum, and 4 - 29 % with platinum coils. Conclusion: Conventional chemoembolization materials cause an overestimation of the PET activity concentration in CT-based attenuation-corrected PET/CT images. This is of importance for the clinical routine since activity concentration quantification may not be used in the presence of chemoembolizing agents for imaging follow-up. If an increased FDG uptake is detected after transarterial chemoembolization, non-attenuation-corrected PET images must be assessed in addition to the attenuation-corrected images in order to differentiate artificially increased tracer uptake from a true increase in activity concentration of the tracer. The use of non-attenuating chemoembolizing materials (e. g. drug-eluting beads) for TACE may serve as an alternative to avoid embolization-associated PET artifacts.

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