Volume/perfusion ratio from lung SPECT/CT

Summary

Aim: In pulmonary emphysema lung volume reduction procedures (LVRP) can optimize respiratory pump function. Identification of the most affected lobe can be reached using relative lobar volume (relVol) from CT, but this approach disregards the corresponding lobar perfusion. The aim of the study was therefore to establish a new parameter combining relVol from CT and relative perfusion (relPerf) from perfusion SPECT as a single parameter (volume/perfusion ratio (VPR)) to optimize the identification procedure.

Methods: As a proof of principle VPR was calculated from hybrid V-/P-SPECT/CT scans from 20 patients with severe pulmonary emphysema (SPE) before LVRP. Lung V-/P-SPECT/CT (Siemens SymbiaT) was done with Technegas and 99mTc-MAA. Quantification of lobar perfusion from scintigraphy and volume from CT was performed using “HERMES Hybrid 3D – Lung Lobe Quantification”. Using normal ranges – from 12 patients with suspected pulmonary embolism and normal lung structure and perfusion – all lobes were classified as normal or abnormal to identify targets for LVRP.

Results: Normal values for VPR: right upper lobe 1.09 ± 0.10, middle lobe 1.31 ± 0.31, right lower lobe 0.87 ± 0.08; left upper lobe 1.09 ± 0.11, left lower lobe 0.87 ± 0.12. In the 20 SPE patients there were only 7 lobes with pathological values for rel- Vol, 14 lobes with pathological values for rel- Perf but 31 lobes with pathological VPR.

Conclusion: Estimation of VPR from lung SPECT/CT enables a combined view of lobar volume and perfusion with one parameter. In SPE patients VPR allows identifying possible target structures with much higher sensitivity than when using relPerf or relVol alone. The specificity and the prognostic value of this new parameter have to be tested in a clinical trial.

Zusammenfassung

Ziel: Beim Lungenemphysem kann eine Lungenvolumenreduktion (LVRP) die respiratorische Pumpfunktion optimieren. Der führend veränderte Lappen kann in der CT an Hand des Lappenvolumens (relVol) identifiziert werden, was aber die Perfusion (relPerf) vernachlässigt. Ziel war es einen Parameter zu entwickeln, der das relVol – als morphologisches Kriterium aus der CT – mit dem funktionellen Parameter der relPerf – aus der Perfusions- SPECT – in einem einzigen Parameter (Volumen/Perfusions Ratio (VPR)) kombiniert um die Identifizierung der Zielstrukturen der LVRP zu optimieren.

Methoden: Als “proof of principle” Konzept wurde das VPR bei 20 Patienten mit schwerem Lungenemphysem – die zur routinemäßigen Hybrid V-/P-SPECT/CT vor LVRP überwiesen wurden – berechnet. V-/P-SPECT/CT (Siemens SymbiaT) mit Technegas und 99mTc-MAA. Quantifizierung der Lungenlappenperfusion und des –volumens mit der “HERMES Hybrid 3D – Lung Lobe Quantification” Software. Unter Verwendung von Normalwerten – Daten von 12 Patienten mit V.a. Lungenembolie und normaler Lungenstruktur und -perfusion – wurden alle Lappen der Emphysempatienten als normal oder abnormal klassifiziert.

Ergebnisse: VPRNormalwerte: rOL 1.09 ± 0.10, ML 1.31 ± 0.31, rUL 0.87 ± 0.08; lOL 1.09 ± 0.11, lUL 0.87 ± 0.12. Bei 20 Patienten fanden sich pathologische Werte für relVol bei 7 Lappen, für relPerf bei 14 Lappen und für VPR bei 31 Lappen.

Schlussfolgerung: Die Bestimmung des VPR anhand von Lungen-SPECT/CT Daten ermöglicht einen kombinierten Blick auf Lappenvolumen und -perfusion in einem Parameter. Bei Emphysempatienten gelingt mittels VPR die Identifizierung der möglichen Zielläsion mit weit höherer Sensitivität als mit relVol bzw. relPerf. Spezifität und prognostischer Wert dieses neuen Parameters müssen klinisch getestet werden.

Keywords

Pulmonary emphysema - lung volume reduction - lung perfusion scintigraphy

Schlüsselwörter

Lungenemphysem - Lungenvolumenreduktion - Lungenperfusions-Szintigraphie

^* Wolfgang M. Schaefer and Daniela Knollmann contributed equally to the study;

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