Ziel: Die vorgelegte Arbeit untersucht, ob durch neue, iterative Rekonstruktionsverfahren die qualitative und quantitative Auswertung von onkologischen PET Untersuchungen mit dem Glukoseanalogon 18F-Fluordeoxyglucose (FDG) verbessert werden kann. Methodik: Zum systematischen Vergleich wurden statische (n=20) und dynamische (n=25) FDG-PET Untersuchungen bei Patienten mit verschiedenen Tumorerkrankungen mittels gefilterter Rückprojektion (FBP), penalyzed-weighted-least-squares (PWLS) und schwächungsgewichteter ordered-subsets-expectation-maximization (OSEM) rekonstruiert. Die Rekonstruktionsparameter wurden so gewählt, daß sich für FBP, PWLS und OSEM in Messungen mit einem Körperphantom eine weitgehend identische Kontrastauflösung ergab. In den statischen Patientenstudien wurde dann der Einfluß des Rekonstruktionsverfahrens auf den Bildkontrast und das Rauschverhalten bestimmt und die allgemeine Bildqualität von 2 unabhängigen Untersuchern auf einer 5-Punkt Skala beurteilt. Aus den dynamischen PET-Studien wurden FDG-Transportkonstanten mittels Patlak-Gjedde-Analyse ermittelt und die Ergebnisse für FBP und OSEM verglichen. Ergebnisse: Aufgrund eines günstigeren Rauschverhaltens zeigte sich in den iterativ rekonstruierten Datensätzen ein signifikant (p<0,01) höheres Signal/ Rauschverhältnis. Ebenso wurde die allgemeine Bildqualität von den beiden Untersuchern signifikant besser eingestuft (p<0,01). Dagegen waren die absoluten Impulsraten einzelner Regionen sowohl in Tumoren als auch im Untergrund zwischen den drei Rekonstruktionsverfahren sehr eng korreliert (r>0,93) und es ergaben sich nur minimale systematische Differenzen (relative Differenz <15%). Auch die mittels Patlak-Gjedde-Analyse bestimmten FDG Transportkonstanten zeigten zwischen den Rekonstruktionsverfahren eine hohe Korrelation (r>0,97). Aufgrund einer niedrigeren residuellen Varianz der Patlak-Gjedde-Analyse verspricht jedoch der OSEM-Algorithmus eine erhöhte Verläßlichkeit der Parameterbestimmung.
Translated abstract:
Aim: The aim of the present work is, to examine the improvement of qualitative and quantitative analysis of PET-examinations with the glucose analogue F-18-Fluorodeoxyglucose in patients with oncological diseases by new iterative reconstruction algorithms. Methods: For the systematic comparison of algorithms static (n=20) and dynamic (n=25) FDG-PET studies of patients with various oncological diseases were reconstructed by filtered-back-projection (FBP), penalyzed-weighted-least-squares (PWLS) and ordered-subsets-expectation-maximization (OSEM). Reconstruction parameters for PWLS and OSEM were determined in phantom studies to achieve a nearly identical recovery as FBP. The influence of the reconstruction method on image contrast and signal to noise ratios was determined in the static patient studies and also the overall image quality was judged by 2 experienced observers on a 5 point scale. From the dynamic studies transport constants for FDG were derived by Patlak-Gjedde analysis and results were compared for FBP and OSEM. Results: Because of the behaviour of the statistical noise in the iterative reconstructed data sets a significantly (p<0.01) higher signal to noise ratio was found in comparison to FBP. The overall image quality was scored significantly higher by both observers in the iterative studies (p>0.01). The absolute counts in tumour as well as in background regions were closely correlated between the three reconstruction methods (r>0.93) and only minimal systematic differences could be found (relative difference < 15%). Also the FDG transport constants determined by Patlak-Gjedde analysis showed a close correlation (r>0.97). Because of a lower residual variance of the Patlak-Gjedde-Analysis the OSEM algorithm may provide a higher reliability of parameter estimation. Conclusion: For reconstruction of oncological FDG-PET studies, iterative reconstruction methods are advantageous to filtered back projection because of the superior behaviour of the statistical noise in the reconstructed image. To ensure the compatibility for values determined from iterative reconstructed data sets to former publications the reconstruction parameters for these methods have to be defined carefully on the use of phantom studies.
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