Evaluierung von Verteilungsunterschieden zwischen prätherapeutischem 99mTc-MAA SPECT/CT und posttherapeutischem 90Y PET/CT bei der SIRT

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-09-14
Issue Year
2020
Authors
Schmoll, Tobias Christian
Editor
Abstract

Objectives 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.

Abstract

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.

DOI
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