Diagnostic Evaluation of the Breast Using PET: Optimization of Data Acquisition and Postprocessing

Summary

Purpose: Development and evaluation of an optimized protocol for PET examinations of the female breast with 2-F-l8-fluoro-2-deoxyglucose (F-18-FDG). Methods: All PET measurements were performed with a whole-body PET system (ECAT EXACT HR⁺). In order to examine the women with the breasts freely pendant, a special extension for the patient table made of carbon layer composite was designed. After data acquisition in the 3D modus, emission data were sorted into 2D sinograms using the Fourier rebinning algorithm and reconstructed by means of an ultra-fast iterative 2D algorithm (HOSP). The reconstructed emission scans were superimposed onto the corresponding transmission images. The protocol presented was evaluated in examinations on 6 women with breast lesions after the administration of 150-220 MBq F-l8-FDG. From two adjacent bed positions, emission and transmission data were acquired over periods of 20 min and 10 min, respectively. For comparison, dynamic magnetic resonance (MR) image series were acquired with a whole-body MR system (MAGNET0M SP 4000) using a double-breast coil. Results and Conclusion: Using the designed extension of the patient table, it was possible to examine corpulent women despite the limited patient port of the PET system in the prone position with the breasts freely pendant. Alongside a reduction in motion artifacts, this positioning also offers the possibility of making a direct comparison between PET and MR images. Despite the fact that the amount of F-l8-FDG applied to the patient was markedly reduced, the combination of 3D data acquisition and iterative image reconstruction resulted in excellent quality of the emission scans. By superpositioning of iteratively reconstructed emission and transmission scans, anatomical localization of breast lesions visualized on the emission scans could be improved. The postprocessing of the PET data described was completed in 60 min, this meaning that the presented concept can readily be employed in clinical practice.

Zusammenfassung

Ziel: Entwicklung und Evaluierung eines optimierten Untersuchungskonzeptes für die PET-Diagnostik der weiblichen Brust mit 2-F-l8-Fluor-2-Desoxyglukose (F-l8-FDG). Methoden: Alle PET-Untersuchungen wurden an einem Ganzkörper-PET-System (ECAT EXACT HR⁺) durchgeführt. Um die Patientinnen in Bauchlage mit freihängenden Mammae untersuchen zu können, wurde eine spezielle Bettverlängerung aus Kohlefaserverbundwerkstoff verwendet. Nach der Datenakquisition im 3D-Modus wurden die Emissionsdaten mit dem Fourier-Rebinning-Algorithmus in 2D-Sinogramme umsortiert, so daß für die Bildrekonstruktion ein ultraschneller iterativer 2D-Algorithmus (HOSP) eingesetzt werden konnte. Die Emissionsbilder wurden iterativ rekonstruierten Transmissionsbildern überlagert. In einer Pilotstudie wurden 6 Patientinnen mit Brustläsionen nach Applikation von 150-220 MBq F-l8-FDG mit dieser Untersuchungstechnik untersucht, wobei für zwei axiale Einstellungen Emissions- und Transmissionsdaten über einen Zeitraum von jeweils 20 bzw. 10 min akquiriert wurden. Zum Vergleich wurden dynamische Magnet-Resonanz-(MR-) Bilddatensätze an einem Ganzkörper-MR-System (MAGNET0M SP 4000) unter Verwendung einer Brustspule akquiriert. Ergebnisse und Schlußfolgerungen: Durch die Bettverlängerung konnten auch korpulentere Patientinnen trotz der geringen Patientenöffnung des PET-Systems in Bauchlage mit freihängenden Mammae untersucht werden. Neben einer Reduktion von Bewegungsartefakten ermöglicht diese Positionierung auch einen direkten Vergleich zwischen PET- und MR-Bildern. Trotz deutlich reduzierter F-l8-FDG-Aktivitätsmenge konnte durch die Kombination der 3D-Datenakquisition und der iterativen Bildrekonstruktion eine sehr gute Bildqualität realisiert werden. Durch die Überlagerung der rekonstruierten Emissions- und Transmissionsscans wurde eine genaue anatomische Lokalisation der auf den Emissionsbildern dargestellten Läsionen ermöglicht. Für die gesamte Nachverarbeitung der PET-Daten waren etwa 60 min erforderlich, so daß das vorgestellte Konzept auch in der klinischen Routine eingesetzt werden kann.

Keywords

Positron emission tomography - breast cancer - 3D data acquisition - dose reduction - image fusion

Schlüsselwörter

Positronen-Emissions-Tomographie - Brustkrebs - 3D-Datenakquisition - Dosisreduktion - Bildfusion

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