Department of Nuclear Medicine Yonsei University Health System A comparative study of the Standard Uptake Values of the PET reconstruction methods; Using Contrast Enhanced CT and Non-Contrast enhanced CT Good evening, My name is Lee Seung Jae from the department of Nuclear Medicine, severance hospital. It’s very please to have you here to introduce my presentation. My subject is “A comparative study of the Standard Uptake Values of the PET reconstruction methods; Using Contrast Enhanced CT and Non Contrast enhanced CT” 안녕하십니까? 저는 세브란스 병원 핵의학과에 근무 하는 이승재 입니다 PET/CT 영상에서 조영제를 사용하지 않은 CT와 조영제를 사용한 CT를 이용한 감쇠보정에 따른 표준화섭취계수의 비교’라는 주제를 가지고 발표하겠습니다. Department of Nuclear Medicine Severance Hospital Yonsei University Health System Lee, Seung Jae

Purpose Characteristic - Determining tissue characterizations and classifications - Staging of cancers - Restaging of cancers - Patient prognosis - Monitoring the effectiveness of can- cer therapies PET/CT provides with superior information for determining tissue characterizations and classifications, staging of cancers, restaging of cancers, patient prognosis and monitoring the effectiveness of cancer therapies. Also, many mechanical developments were occurred not only A software for the Attenuation correction but also newly developed CT machine. PET/CT (Positron Emission Tomography/Computed Tomography)의 개발은 기존의 PET에 CT를 결합함으로써 해부학적으로 보다 진보된 영상을 제공하게 되었습니다. PET/CT검사는 여러 암의 조기발견, 분포 진단은 물론 암의 악성 정도 파악, 방사선 치료 후 치료 효과 파악, 치료계획에 까지 정보를 제공할 수 있게 있습니다.PET/CT장비의 자체의 성능도 많은 향상이 있었습니다. PET내부의 감쇠보정용 소프트웨어의 발전 및 발전된 형태의 CT기기와 결합함으로써 검사시간의 단축을 가져옴은 물론 검사 영상의 질적 향상도 모색하고 있습니다.1~3) PET에 장착된 CT기기의 비약적 발전으로 인해 감쇠보정용의 CT검사 뿐만 아니라 진단적으로도 이용되게 되었습니다. 이러한 진단적 CT의 이용을 위해서는 기존의 CT촬영과 같이 고선량의 CT촬영과 조영제의 사용이 필요하게 되었는데요 조영제의 사용이 없이도 CT를 판독할 수 있지만 병변의 정확한 범위를 확인하고 정상 구조물을 구별하는데 있어서 조영제의 사용은 판독자로 하여금 판독을 매우 용이 하게하는 도움을 줄 수 있습니다

? Purpose Attenuation Correction Contrast Enhanced CT SUV of PET Image with Acquired PET Data ? Attenuation Correction At the beginning of PET/CT, CT data have been mainly used only for Attenuation Correction, but as the performance of the CT have been increase, it could give improved diagnostic information start to using Contrast Media. But it is controversial that Contrast Media could affect AC on PET/CT scan. Some submitted thesis’ show that Contrast Media could overestimate when it is for AC data processing. So the opinion that Contrast Media could be possible to affect the alteration of SUV because of the overestimated AC. But it does not have a definite effect on the diagnosis. Thus, the affection of Contrast Media on AC was investigated in this study. 하지만, PET/CT 검사 시 조영제를 사용한 CT 영상이 감쇠보정에 영향을 줄 수 있다는 논쟁으로 이견이 많았습니다.2~6) 40-140 keV 정도의 낮은 엑스선을 이용하는 일반 CT영상에 비하여, 조영제를 사용한 CT영상에서는 조영제로 인한 감쇠가 존재하지만 511keV의 에너지를 가진 감마선은 조영제로 인해 거의 영향을 받지 않게 되고 이로 인해 감쇠보정 시 과보정을 하게 되어 PET영상에 있어 판독의 오류를 나타낼 수 있다는 의견이 보고되었기 때문입니다2~7) 이 같이 ‘조영제가 감쇠보정에 과대평가를 가져올 수 있다’는 주장과는 반대로 ‘과 보정으로 인한 표준화섭취계수 (Standardized Uptake Value: SUV)에 변화의 가능성은 있으나 판독에 결정적인 영향을 미치는 않는다’는 의견도 제시되었습니다.4,8~10) 그러므로 본 연구에서는 조영제의 영향이 SUV에 어떠한 영향을 미치는지에 대해서만 비교 평가하였습니다. Non-contrast Enhanced CT SUV of PET Image with Acquired PET Data

Materials & Methods Radiopharmaceutical 18Fluorine 2-Deoxy-D-Glucose (18FDG) - F-18 Half-life : 110 min β+ fraction : 0.97 Mean. Energy : 0.511 MeV Max. Energy : 0.63 MeV Range : 0.3 mm Production : Cyclotron - Injection : antecubital vein (Ex. Median cubital vein) 10~15 mCi (370MBq~555MBq) 5.6MBq/kg (0.15mCi/kg) Used radiopharmaceutical was 18Fluorine 2-Deoxy-D-Glucose. As you well know, it has 110mins as a half-life. A beta plus fraction is 0.97. 0.511MeV is its mean energy. It’s from cyclotron. We inject it to the patients antecubital vein, such as Median cubital vein the whole mount was from 10 to 15 mCi followed by the calculation role, 0.15mCi/kg

Materials & Methods Patients Patient inclusion criteria required a history of a malignancy and perfo-rmance of an integrated PET/CT scan and contrast-enhanced CT scan within a 1-day period. The whole data were studied retrospectively. ■ Male: 16, ■ Female: 14 Age group: 27~71, Mean age: 49±11 Patient inclusion criteria required a history of a malignancy and performance of an integrated PET/CT scan and contrast-enhanced CT scan within a 1-day period. (Male: 14, Female: 16, Age group: 27~71, Mean age: 49±11) The whole data were studied retrospectively. Thirty oncologic patients who had PET/CT scan from December 2007 to June 2008 underwent staging evaluation and met these criteria. 2007년 12월에서 2008년 6월 사이에 본원에서 PET/CT검사를 시행한 환자 중 진행성 암 환자 30명을 대상으로 하였고, one day 프로토콜로 Non-contrast enhanced CT와 Contrast enhanced CT를 실시하였습니다. 연령분포는 남자 14명, 여자 16명이었고, 연령범위는 27~71세, 평균연령은 49±11세였습니다. 획득된 모든 데이터는 후향적으로 조사하였습니다. Thirty oncologic patients who had PET/CT scan from December 2007 to June 2008 underwent staging evaluation and met these criteria.

Materials & Methods Patients Preparation 12 hours prior to the scan The patients underwent resting for 24hours prior to the scan. Banned on having 케페인, 니코틴 and alchole for 12hours. NPO for 6hours and only the water was allowed to drink.

Materials & Methods Patients Preparation I.V. Blood Sugar check Waiting FDG injection Voiding When the patients came to the our department, they waited and resting for few minutes. They got IV lines and checked the blood sugar. When it confirmed that their blood sugar were under 120mg/dl. We put the radiopharmaceutical into their IV lines. than, The patients need one or one and half hour resting, before we started the exam. The patients pass water. 검사 직전 혈당은 모두 6.69mmol/l (120mg/dl) 이하였다. 20gauge 혹은 18~22 카데터를 좌측 혹은 우측 전주와 정맥에 삽입하였다 Resting

Materials & Methods Image Acquisition 5 min 1 min 18 min 4 min All patients had a whole body PET/CT performed without IV contrast media followed by a contrast-enhanced CT on the Discovery STe PET/CT scanner. PET/CT Whole Body Scan protocol 5 min 1 min 18 min 4 min 1. Preparation 2. * NCCT Scan 3. PET Scan (Emission) 4. † CECT *NCCT, Non-contrast enhanced Computed Tomography; †CECT, Contrast Enhanced Computed Tomography As you can see, We had 5 minutes for preparation. NCCT scan needs 1 minute. PET scan acquires 6 beds, each bed needs 3 minutes. Then CECT scan was taken for 4 minutes. The patients’ position was supine with their arms raised up. The scan started from the base of the skull to the middle of the femoral resion. OMNIPAQUE from Amersham Health Company were used as Contrast media. We used Optivantage as a Dual shot injector A paired t-test was performed to assess the significance of the difference between the SUV obtained from the attenuation corrected PET image with Non-contrast enhanced CT and another attenuation corrected PET image with Contrast enhanced CT by using SPSS version 15. If the p values were under 0.05, they had significance. All counts were transcribe in “mean ± standard deviation” 환자 몸무게의 kg당 2cc용량을 초당 2ml의 속도로 주입하였다. 조영제 주입 후 60초 후에 CT영상을 얻었고 촬영이 끝난 후 NCCT와 CECT를 각각 이용, 감쇠보정을 실시하여 두 가지 PET영상을 얻었다. Statistics A paired t-test by using SPSS version 15.

Materials & Methods Discovery STe (General Electric Healthcare, Milwaukee, MI, USA) PET component BGO crystal / 3D Acquisition Intrinsic resolution : 6.0mm FWHM Longitudinal FOV : 157mm CT component 8 slices Slice Thickness : 2mm Reconstruction Method : Iterative Subsets : 28 Iterative : 2 Discovery STe was used. In PET component, it acquired as a 3 dimensional mode. Intrinsic Resolution was 6.0mm FWHM and DFOV was 70mm and overlapping per bed was 9mm. CT component used 8 slices using 2mm thickness. It took iterative mode as a reconstruction method having 28 subsets and 2 iterations.

Non-contrast Enhanced CT Materials & Methods Image Analysis B. Lung C. Heart Non-contrast Enhanced CT Contrast Enhanced CT A. Liver On each patient, three of Region of Interest were drew both Attenuation Corrected PET images. A. Liver region was drew the middle of the right hepatic lobe of the right branch of portal vein. B. Lung region was drew the middle of the right superior lobe. C. Heart region was drew the edge of the upper part of the ventricular septum around pulmonary valve. Each ROI’s diameter was 200mm on a circle shape and the pixels were *. NCCT와 CECT에서 얻은 각각의 CT정보로 감쇠보정을 실시하여, 획득한 두 가지의 PET영상을 Advantage. Workstation Ver. 4.3 프로그램에서 PET Volume Viewer Method로 각 영상에 간, 폐, 심장에 동일한 관심 영역(Region of Interests : ROIs)을 설정 하였다. 간은 간문맥의 오른 쪽 분지 부분의 우엽 중앙, 폐는 우측 상엽의 하부 중심, 심장은 심실 중격 상단 끝 부분과 폐동맥판 영역에 ROI를 그렸다. ROI는 지름 200mm인 원형으로 하였고 해당 영역에서 SUV를 측정 후 비교 하였다(Fig. 3.). 모든 ROI는 CT, PET, Fusion 영상의 관상면, 시상면, 횡단면을 참조하여 횡단면을 기준으로 그려졌다.

Results Mean and Maximum Standardized Uptake Values (SUV) for Different Regions Averaged Over All Patients Regions *NCCT (Mean±SD) †CECT (Mean±SD) Increase of SUV (p value) Liver maxSUV 2.48±0.59 2.97±0.59 16.5% (0.01) meanSUV 1.99±0.41 2.13±0.41 6.5% (0.01) Lung 0.52±0.10 0.58±0.13 10.3% (0.01) 0.42±0.09 0.46±0.11 8.7% (0.04) Heart 2.11±0.39 2.41±0.42 12.4% (0.01) 1.61±0.32 1.76±0.53 8.5% (0.23) The mean and maximum Standardized Uptake Values (SUV) for different regions averaged over all Patients. Comparing before using Contrast Media and after using, Most of ROIs have the increased SUV when it did Contrast Enhanced CT (CECT) compare to Non-Contrast enhanced CT (NCCT). All regions have increased SUV and also their p value was under 0.05, except the meanSUV of the Heart region. Livers maxSUV was 2.48+-0.59 in NCCT and 2.97+-0.59 in CECT. And Increase of SUV means that when they compared their SUV, CECT’s suv was 16.5% higher then NCCT’s suv and it could be simply saying that The contrast media could effect the suv. And P value was 0.01 which means it has significance proving by the score under 0.05. As you can see, whole the Increase of SUV was increased and significance except Hearts’ MeanSUV… I believe why the significance was not pleasing is because Hearts blood wave is very fast and variable. It also needs further study to prove the reason why it happen and how. 간의 NCCT영상에서 maxSUV값의 평균값과 표준편차는 2.48±0.59 이었고 CECT에서는 2.97±0.59 로 평균적으로 16.5% 정도의 maxSUV값의 상승이 있었으며, 유의확률이 0.001로 통계적으로 유의한 것으로 나타났다(p<0.05). 간의 NCCT영상 에서 meanSUV값의 평균값과 표준편차는 1.99±0.41이었고 CECT에서는 2.13±0.41로 평균적으로 6.5% 정도의 meanSUV값의 상승이 있었으며, 통계적 유의확률이 0.001로 통계적으로 유의한 것으로 나타났다(p<0.05). 폐의 NCCT영상에서 maxSUV값의 평균값과 표준편차는 0.52±0.10이었고 CECT에서는 0.58±0.13로 평균적으로 10.3% 정도의 maxSUV값의 상승이 있었으며, 유의확률이 0.001로 통계적으로 유의한 것으로 나타났다(p<0.05). 폐의 NCCT영상에서 meanSUV값의 평균값과 표준편차는 0.42±0.09이었고 CECT에서는 0.46±0.11로 평균적으로 8.7% 정도의 meanSUV값의 상승이 있었으며, 통계적 유의확률이 0.004로 통계적으로 유의한 것으로 나타났다(p<0.05). 심장의 NCCT영상에서 maxSUV값의 평균값과 표준편차는 2.11±0.39이었고 CECT에서는 2.41±0.42로 평균적으로 12.4% 정도의 maxSUV값의 상승이 있었으며, 유의확률이 0.001로 통계적으로 유의한 것으로 나타났다(p<0.05). 심장의 NCCT영상에서 meanSUV값의 평균값과 표준편차는 1.61±0.32이었고 CECT에서는 1.76±0.53로 평균적으로 8.5% 정도의 meanSUV값의 상승이 있었다. 하지만 통계적 유의확률이 0.234로 통계적으로는 유의하지 않은 것으로 나타났다(p>0.05). 각 영역별로 보았을 때 폐, 간에서 조영 전후의 maxSUV값과 meanSUV값에 유의한 차이를 보였다(p<0.05). 심장영역에 있어서는 maxSUV값에서 유의한 차이를 보였고 meanSUV값에서는 통계적으로 유의한 차이는 관찰되지 않았다(Table 1.). 조영제를 사용하기 전과 후를 비교하였을 때, 측정한 모든 영역에서 조영 후의 최대 SUV가 상승하였지만, 심장영역의 meanSUV값에서는 통계적으로 유의하지 않은 것을 관찰 할 수 있었다.   *NCCT, Non-contrast enhanced Computed Tomography; †CECT, Contrast Enhanced Computed Tomography

Conclusion The effect on SUV measurements from CECT could have clinical ramifications. But some submitted thesis insisted that the percentage change in SUV would not determine or modify clinical management of oncology patients. Because there was not much differences that could be discovered by interpreter. But the obvious numerical change was occurred and on the stage finding primary region, small change would be base line, such as the region of liver which has greater change than the other regions needs more attention. In this regard, the effect on SUV measurements that occurs when a contrast-enhanced CT is used for attenuation correction could have significant clinical ramifications. But some submitted thesis insisted that the percentage change in SUV that can determine or modify clinical management of oncology patients. Because there was not much difference that could be discovered by interpreter. But obviously the numerical change was occurred and on the stage finding primary region, small change would be base line, such as the region of liver which has greater change than the other regions needs more attention. CECT영상의 SUV값이 과보정 되어 NCCT의 SUV값보다 높게 나왔으나, 기존의 보고된 논문에서는 이와 같은 결과는 실제 임상 판독에 있어서 큰 영향을 미치지 않는다고 보고되어 있다.1,8) 그러나 원발성 병변의 진행을 알아보는 과정에서는 SUV의 작은 변동도 분명 영향을 줄 수 있으므로 간영역과 같이 SUV의 변동이 다른 영역에 비해 상대적으로 큰 영역에서는 수치의 변화에 대한 주의가 요구 될 것으로 사료된다. 또한 조영제를 사용한 CT로 감쇠보정을 하였을 때 정상 조직의 SUV 값이 전반적으로 상승함에 따라 병변 대 주변 조직의 비가 감소함으로 인해 병변의 발견율이 감소할 수 있다.5,9) 본 연구에서 정상 조직의 섭취는 6.5~16.5% 정도의 SUV값의 상승이 관찰되었다. 절대적인 값을 비교할 때 주변 조직의 섭취는 조영 후 SUV값이 폐를 제외한 두 영역에서는 2이상으로 나타났다. 절대적인 값의 비교로 육안적 판독에 SUV값이 영향을 미치지 않았다고 볼 수는 없을 것이다. 관찰자의 주관적인 판독은 각 개인마다 다르며 정량 분석으로 보완되어야 함으로 육안으로 보았을 때 큰 변화를 관찰할 수 없었다고 해서 병변 발견율의 감소가 없다고 확신 할 수 는 없을 것이다. 또한 치료 효과의 판정 시, CECT로 감쇠보정을 한 PET을 이용하는 경우에 화학 요법으로 인해 암의 혈관 신생의 정도가 달라지게 되고 이로 인해 조영제의 종양 내 순환이 달라지면서 감쇠의 정도가 차이가 나게 되어 SUV값이 종양의 상태를 정확하게 반영하지 못할 수 있다는 점도 본 연구와 함께 유의하여야 할 것이다.