臨床PETイメージングにおけるデータ駆動型呼吸ゲーティング波形の評価

Evaluation of data-driven respiratory gating waveforms for clinical PET imaging.

抄録

背景:

主成分分析に基づき商業的に開発されたデータ駆動型呼吸ゲーティングアルゴリズムのルーチンPETイメージングにおける臨床的頑健性を評価することを目的とした。

BACKGROUND: We aimed to evaluate the clinical robustness of a commercially developed data-driven respiratory gating algorithm based on principal component analysis, for use in routine PET imaging.

方法:

成人FDG PET検査157件、計1149件のベッドポジションを取得し、評価に使用した。これらのデータは、当施設で現在行われているFDG検査の代表的なものである。データは4分/ベッドポジション（脚部は3分/ベッド）で取得した。Data-driven gating (DDG)アルゴリズムが、最小限の呼吸運動が予想される位置を含む各ベッドポジションに適用された。このアルゴリズムにより、データ内の呼吸様周波数のS/N比を求め、Rと表記した。定性的評価は、波形の目視検査により行い、各波形を2人の読影者が3点満点で採点し、平均した（スコアSは、0＝呼吸信号なし、1＝呼吸様信号はあるが不確定、2＝呼吸と考えられる許容可能な信号）。静止期ゲーティングを用いて画像を再構成し、一致数をそろえて再構成した非ゲーティング画像と比較した。胸部または腹部に境界明瞭な病変が存在する場合は、そのSUVを測定し、2つの再構成画像間で比較した。

METHODS: One hundred fifty-seven adult FDG PET examinations comprising a total of 1149 acquired bed positions were used for the assessment. These data are representative of FDG scans currently performed at our institution. Data were acquired for 4 min/bed position (3 min/bed for legs). The data-driven gating (DDG) algorithm was applied to each bed position, including those where minimal respiratory motion was expected. The algorithm provided a signal-to-noise measure of respiratory-like frequencies within the data, denoted as R. Qualitative evaluation was performed by visual examination of the waveforms, with each waveform scored on a 3-point scale by two readers and then averaged (score S of 0 = no respiratory signal, 1 = some respiratory-like signal but indeterminate, 2 = acceptable signal considered to be respiratory). Images were reconstructed using quiescent period gating and compared with non-gated images reconstructed with a matched number of coincidences. If present, the SUV of a well-defined lesion in the thorax or abdomen was measured and compared between the two reconstructions.

結果:

RとスコアSの間には強い（r=0.86）有意な相関があり、R≧15の波形の86％が呼吸ゲーティングに許容できるとスコアされた。平均して、R≧15のベッドポジションは患者1人当たり1.2個であった。RとSが高い波形は、胸部と腹部に対応するベッド位置から発生していることがわかった：R≧15の波形の90％は、ベッド中心が肝臓ドームから5.6cm上方から27cm下方の範囲にあった。DDGの使用は、R≧15のベッド位置の病変を考慮した場合、局所病変のSUVを平均11％有意に増加させた。

RESULTS: There was a strong (r = 0.86) and significant correlation between R and scores S. Eighty-six percent of waveforms with R ≥ 15 were scored as acceptable for respiratory gating. On average, there were 1.2 bed positions per patient examination with R ≥ 15. Waveforms with high R and S were found to originate from bed positions corresponding to the thorax and abdomen: 90% of waveforms with R ≥ 15 had bed centres in the range 5.6 cm superior to 27 cm inferior from the dome of the liver. For regions where respiratory motion was expected to be minimal, R tended to be < 6 and S tended to be 0. The use of DDG significantly increased the SUV of focal lesions, by an average of 11% when considering lesions in bed positions with R ≥ 15.

結論:

Rが高い波形の大部分は、呼吸運動が予想される患者の部位に対応していた。これらの波形は、視覚的に評価した場合、呼吸ゲーティングに適しており、使用した場合、局所病変のSUVを増加させることがわかった。

CONCLUSIONS: The majority of waveforms with high R corresponded to the part of the patient where respiratory motion was expected. The waveforms were deemed suitable for respiratory gating when assessed visually, and when used were found to increase SUV in focal lesions.