Kalibrierungsmessungen mit Kugelphantomen führen zu einer fehlerhaften Volumenbestimmung bei schwellwertbasierten Verfahren in der PET

Ziel/Aim:

Für eine genaue Volumenabgrenzung von Zielstrukturen in PET-Aufnahmen mittels schwellwert-basierten Algorithmen wird der Einfluss verschiedener Faktoren (Objektgröße, Bildkontrast, etc.) auf den volumenreproduzierenden Schwellwert üblicherweise durch Kalibrierungsmessungen unter Nutzung von Zylinderphantomen mit eingesetzten Glashohkugeln bestimmt. In einer quantitativen Bewertung einer derartigen Phantommessung wurde auch nach Untergrundsubtraktion eine Abhängigkeit des relativen Schwellwertes vom Bildkontrast nachgewiesen. In der vorliegenden Arbeit soll nun systematisch der Einfluss der inaktiven Glaswand in den Kugelphantomen auf die beobachtete Kontrastabhängigkeit des untergrundbereinigten Schwellwertes untersucht werden.

Methodik/Methods:

Es wurden Kalibrierungsmessungen unter Verwendung eines Zylinderphantoms (Durchmesser: 20 cm, Höhe: 18 cm) durchgeführt. Die im Zylinder befindlichen 6 Kugeleinsätze besitzen Volumina von 2,5 ml bis 27 ml und eine Glaswanddicke von 1,2 mm. In 9 Phantommessungen mit einem ECAT EXACT HR+ (Siemens/CTI, Knoxville, Tennessee) wurden der Zylinder und die Kugeln mit unterschiedlichen Aktivitätsmengen (Fluor-18) befüllt um das Signal-Untergrund-Verhältnis und damit den Bildkontrast zu variieren. Der analytische Ausdruck für die Faltung der Objektfunktion (Aktivitätsverteilung) mit der Point Spread Function (PSF) wurde an die aus den experimentellen Bilddaten gewonnenen radialen Aktivitätsprofile angefittet.

Ergebnisse/Results:

Die aus den Least Squares Fits ermittelten Radien sind stets kleiner als die wahren Kugelradien, wenn die inaktive Glaswand in der Objektfunktion vernachlässigt wird. Erst unter expliziter Berücksichtigung der Wanddicke von 1,2 mm der Hohlkugeln in der Objektfunktion verschwindet diese scheinbare Radiusreduktion. Mit den berechneten theoretischen Aktivitätsprofilen der Phantomkugeln konnte zudem eine Absenkung des untergrundbereinigten Schwellwertes bei steigendem Untergrundanteil in den Bilddaten verifiziert werden. Die gemessene Kontrastabhängigkeit des relativen Schwellwertes nach Untergrundsubtraktion konnte daher vollständig mit dem Vorhandensein der inaktiven Glaswände in den Phantomstudien erklärt werden.

Schlussfolgerungen/Conclusions:

Inaktive Wände zur Separation verschiedener Aktivitätsbereiche in PET Phantommessungen verursachen auch nach erfolgter Untergrundsubtraktion eine Kontrastabhängigkeit des volumen-reproduzierenden Schwellwertes. In realen Patientendaten kann daher aufgrund der Abwesenheit inaktiver Wände der untergrundbereinigte optimale Schwellwert als unabhängig vom Bildkontrast angenommen werden. Kalibrierungsmessungen zur Bestimmung des korrekten Wertes für den volumenreproduzierenden Schwellwert können daher auf eine einfache Phantommessung ohne Untergrundaktivität reduziert werden.