Heterogeneidad tumoral en imágenes PET-CT

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Estructura de la Materia, Física Térmica y Electrónica, leída el 28/01/2021Cancer is a leading cause of morbidity and mortality [1]. The most frequent cancers worldwide are non–small cell lung carcinoma (NSCLC) and breast cancer [2], being their management a challenging task [3]. Tumor diagnosis is usually made through biopsy [4]. However, medical imaging also plays an important role in diagnosis, staging, response to treatment, and recurrence assessment [5]. Tumor heterogeneity is recognized to be involved in cancer treatment failure, with worse clinical outcomes for highly heterogeneous tumors [6,7]. This leads to the existence of tumor sub-regions with different biological behavior (some more aggressive and treatment-resistant than others) [8-10]. Which are characterized by a different pattern of vascularization, vessel permeability, metabolism, cell proliferation, cell death, and other features, that can be measured by modern medical imaging techniques, including positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) [10-12]. Thus, the assessment of tumor heterogeneity through medical images could allow the prediction of therapy response and long-term outcomes of patients with cancer [13]. PET/CT has become essential in oncology [14,15] and is usually evaluated through semiquantitative metabolic parameters, such as maximum/mean standard uptake value (SUVmax, SUVmean) or metabolic tumor volume (MTV), which are valuables as prognostic image-based biomarkers in several tumors [16-17], but these do not assess tumor heterogeneity. Likewise, fluorodeoxyglucose (18F-FDG) PET/CT is important to differentiate malignant from benign solitary pulmonary nodules (SPN), reducing so the number of patients who undergo unnecessary surgical biopsies. Several publications have shown that some quantitative image features, extracted from medical images, are suitable for diagnosis, tumor staging, the prognosis of treatment response, and long-term evolution of cancer patients [18-20]. The process of extracting and relating image features with clinical or biological variables is called “Radiomics” [9,20-24]. Radiomic parameters, such as textural features have been related directly to tumor heterogeneity [25]. This thesis investigated the relationships of the tumor heterogeneity, assessed by 18F-FDG-PET/CT texture analysis, with metabolic parameters and pathologic staging in patients with NSCLC, and explored the diagnostic performance of different metabolic, morphologic, and clinical criteria for classifying (malignant or not) of solitary pulmonary nodules (SPN). Furthermore, 18F-FDG-PET/CT radiomic features of patients with recurrent/metastatic breast cancer were used for constructing predictive models of response to the chemotherapy, based on an optimal combination of several feature selection and machine learning (ML) methods...El cáncer es una de las principales causas de morbilidad y mortalidad. Los más frecuentes son el carcinoma de pulmón de células no pequeñas (NSCLC) y el cáncer de mama, siendo su tratamiento un reto. El diagnóstico se suele realizar mediante biopsia. La heterogeneidad tumoral (HT) está implicada en el fracaso del tratamiento del cáncer, con peores resultados clínicos para tumores muy heterogéneos. Esta conduce a la existencia de subregiones tumorales con diferente comportamiento biológico (algunas más agresivas y resistentes al tratamiento); las cuales se caracterizan por diferentes patrones de vascularización, permeabilidad de los vasos sanguíneos, metabolismo, proliferación y muerte celular, que se pueden medir mediante imágenes médicas, incluida la tomografía por emisión de positrones/tomografía computarizada con fluorodesoxiglucosa (18F-FDG-PET/CT). La evaluación de la HT a través de imágenes médicas, podría mejorar la predicción de la respuesta al tratamiento y de los resultados a largo plazo, en pacientes con cáncer. La 18F-FDG-PET/CT es esencial en oncología, generalmente se evalúa con parámetros metabólicos semicuantitativos, como el valor de captación estándar máximo/medio (SUVmáx, SUVmedio) o el volumen tumoral metabólico (MTV), que tienen un gran valor pronóstico en varios tumores, pero no evalúan la HT. Asimismo, es importante para diferenciar los nódulos pulmonares solitarios (NPS) malignos de los benignos, reduciendo el número de pacientes que van a biopsias quirúrgicas innecesarias. Publicaciones recientes muestran que algunas características cuantitativas, extraídas de las imágenes médicas, son robustas para diagnóstico, estadificación, pronóstico de la respuesta al tratamiento y la evolución, de pacientes con cáncer. El proceso de extraer y relacionar estas características con variables clínicas o biológicas se denomina “Radiomica”. Algunos parámetros radiómicos, como la textura, se han relacionado directamente con la HT. Esta tesis investigó las relaciones entre HT, evaluada mediante análisis de textura (AT) de imágenes 18F-FDG-PET/CT, con parámetros metabólicos y estadificación patológica en pacientes con NSCLC, y exploró el rendimiento diagnóstico de diferentes criterios metabólicos, morfológicos y clínicos para la clasificación de NPS. Además, se usaron características radiómicas de imágenes 18F-FDG-PET/CT de pacientes con cáncer de mama recurrente/metastásico, para construir modelos predictivos de la respuesta a la quimioterapia, combinándose varios métodos de selección de características y aprendizaje automático (ML)...Fac. de Ciencias FísicasTRUEunpu

Comportamiento del Standardized Uptake Value (SUV) máximo y medio en lesiones tumorales en imágenes PET/CT

Sistemas de imágenes digitales son utilizados cada vez más en el área de la salud. Los híbridos PET/CT se destacan por juntar en una única imagen informacional funcional y anatómica lo que permite una mejor localización y evaluación de lesiones. El parámetro cuantitativo Standardized Uptaked Value (SUV) es usado para evaluar imágenes PET y PET/CT específicamente el SUV máximo. Por otro lado, el SUV medio ha sido dejado de lado por falta de consenso en la determinación del área de lesión. El objetivo de este trabajo es desarrollar un método para segmentar las lesiones, calcular y evaluar el SUV medio en imágenes PET/CT. El proceso de segmentación fue realizado usando morfología matemática y región creciente. Dieciocho imágenes fueron procesadas. Los resultados indican que para la mayoría de las lesiones (12) los valores SUV máximo y medio están en el mismo corte, sin embargo, en 6 casos están en cortes diferentes. Este hecho es original y merece ser estudiado con mas cautela para saber si hay valor para diagnóstico o acompañamiento de tales lesiones.Sistemas de imagens digitais vêm sendo cada vez mais aplicados na área da saúde. Os híbridos PET/CT e PET/MRI vêm ganhando destaque por juntarem, em uma única imagem, a informação funcional e a anatômica permitindo uma melhor localização e avaliação das lesões. A avaliação das imagens dos sistemas PET e PET/CT é feita pelo parâmetro semiquantitativo Standardized Uptake Value (SUV), mais especificamente, pelo valor SUV máximo (SUVmax). Já o valor médio (SUVmed) tem sido negligenciado por falta de consenso na definição da área da lesão. O objetivo deste trabalho é desenvolver um método de processamento de imagens para segmentar as lesões, calcular e avaliar o SUVmed em imagens PET/CT. A segmentação foi baseada em Morfologia Matemática e Região Crescente. Foram processadas imagens de 18 lesões. Os resultados indicam que para a maioria das lesões (12), os valores de SUVmax e SUVmed estão no mesmo corte. Entretanto, em 6 casos, estão em cortes diferentes. Este fato é original e merece ser estudado com cautela para saber se há valor para diagnóstico e acompanhamento de tais lesões.Brasil. Programa do Estudante - Convenio da Pos-Graduaçã

Fusion of PET / CT neuroimaging using a Wavelet-based and the Haar discrete transform scheme

[EN] In neurosciences, imaging techniques are used to diagnose diseases and assist in surgical interventions to determine the exact location and size of a tumor. International research has used different techniques for the fusion of Positron Emission Tomography and Computed Tomography because it allows us to observe metabolic functions in correlation with anatomical structures. From the study of these techniques and algorithms a software was developed that performs the fusion of neuroimaging, using the fusion scheme based on Wavelet. Bicubic interpolation was used to correct the images. As a discrete Wavelet transform, Haar's was used. An evaluation of the quality of the resulting images was performed, obtaining 512 × 512 × 24 bit resolution images and a signal-to-noise ratio with values greater than 18. It was verified by histograms that the merged image contains more information than the input images independent.[ES] En neurociencias se utilizan técnicas imagenológicas para el diagnóstico de enfermedades y la asistencia en intervenciones quirúrgicas para determinar la ubicación y dimensión exactas de un tumor. Investigaciones a nivel internacional han utilizado diferentes técnicas para la fusión de la Tomografía por Emisión de Positrones y la Tomografía Computarizada debido a que permite observar las funciones metabólicas en correlación con las estructuras anatómicas. A partir del estudio de estas técnicas y algoritmos se desarrolló un software que realiza la fusión de neuroimágenes, utilizando el esquema de fusión basado en Wavelet. Para el corregistro de las imágenes se utilizó la interpolación Bicúbica. Como transformada discreta de Wavelet se utilizó la de Haar. Se realizó una evaluación de la calidad de las imágenes resultantes, obteniendo imágenes de resolución 512 × 512 × 24 bits y una relación señal-ruido con valores superiores a 18. Se comprobó mediante histogramas que la imagen fusionada contiene más información que las imágenes de entrada independientes.Este trabajo ha sido realizado parcialmente gracias al apoyo del Centro de Informática Médica de la Universidad de las Ciencias Informáticas de la Habana y el Centro de Neurociencias de Cuba CNEURO, por el apoyo logístico y asesoría especializada en temas de Neuroinformática.Orellana, A.; Rodríguez, R.; Yanes, D.; Valdés-Sosa, P. (2020). Fusión de neuroimágenes de PET/CT utilizando un esquema basado en Wavelet y la transformada discreta de Haar. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial. 18(1):75-81. https://doi.org/10.4995/riai.2020.12977OJS7581181Huang, H. K. 2010. PACS and imaging informatics: basic principles and applications. 2nd ed. Hoboken, N.J: Wiley-Blackwell. ISBN 978-0-470-37372-9.Nitske, W. R. 1971. The life of Wilhelm Conrad Röntgen, discoverer of the X ray. Tucson: University of Arizona Press.Fenoll, I.G., 2010. Aportaciones a la segmentación y caracterización de imágenes médicas 3D. Capitulo II. Imágenes Médicas, Madrid: sn.Calzado, A. and Geleijns, J., 2010. Tomografía computarizada. Evolución, principios técnicos y aplicaciones. Revista de Física Médica, 11.Martí-Climent, J.M., Velloso, M.G., Serra, P., Boán, J.F. and Richter, J.A., 2005. Tomografía por emisión de positrones con un equipo PET/TAC. Revista Española de Medicina Nuclear, 24, 60-76. https://doi.org/10.1157/13070362Ladrón de Guevara, H. & Pefaur, D. R. 2010. PET/CT en cáncer pulmonar. Revista médica de Chile. 138, 1441-1450. https://doi.org/10.4067/S0034-98872010001200015Maldonado, A., Suárez, J.P., Cuesta, F.S., Madrid, J.R., Martín, F., Alenda, J.G., Alonso, M. and Sierra, J., 2005. Aportación de la imagen PET-CT a la patología oncológica de cabeza y cuello. Acta Otorrinolaringológica Española, 56, 453-458. https://doi.org/10.1016/S0001-6519(05)78647-7Jadvar, H., Leader, D., Pole, W.S., Bartel, T., Chen, D., Delbeke, D., Esposito, G., Graham, M., Grant, F., Herscovitch, P. and Metzger, R., 2018. SNMMI scientific delegation to Cuba. J Nucl Med, 59, p.15N.Kluetz, P.G., Meltzer, C.C., Villemagne, V.L., Kinahan, P.E., Chander, S., Martinelli, M.A. and Townsend, D.W., 2000. Combined PET/CT imaging in oncology: impact on patient management. Clinical Positron Imaging, 3, 223-230. https://doi.org/10.1016/S1095-0397(01)00055-3Vaishali P. & kinjal M. 2013. A Review on Different Image Interpolation Techniques for Image Enhancement. International Journal of Scientific Engineering and Applied Science (IJSEAS). 3.Shreyas F. 2014. Image Interpolation Techniques in Digital Image Processing: An Overview. 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IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 42, 1291-1299. https://doi.org/10.1109/TGRS.2004.825593Zhang, Y., Hong, G., 2005. An IHS and wavelet integrated approach to improve pan-sharpening visual quality of natural colour IKONOS and Quick Bird images. Information Fusion 6, 225-234. https://doi.org/10.1016/j.inffus.2004.06.009López, F., Verdú, R., Naranjo, V., Morales, J., González, P. & Larrey. J. 2012. Registro variacional de imágenes con contraste de TC de hígado: implementación eficiente y efecto de la interpolación.Graps, A. 1995. An Introduction to Wavelets. IEEE Computational Science and Engineering. 2. https://doi.org/10.1109/99.388960Marín, A. 2013. Implementación y Evaluación de Algoritmos de Fusión de Imágenes en el contexto de las Imágenes Médicas. Universidad Politécnica de CartagenaDaza, A.P., Parra, J.F. and Espinosa, L.M., 2016. Metodología de representación de software orientada al desarrollo ágil de aplicaciones: Un enfoque arquitectural. 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Conocimiento del paciente respecto a las indicaciones de adquisición PET/CT y su relación con el corregistro de imágenes. Hospital Nacional Guillermo Almenara Irigoyen, 2018

Determina la relación entre el conocimiento del paciente respecto a las indicaciones de adquisición PET/CT con el corregistro de imágenes en el Hospital Nacional Guillermo Almenara Irigoyen, durante enero a febrero del 2018. El estudio es de enfoque cuantitativo, tipo observacional, transversal y prospectivo, con diseño correlacional, que tuvo como muestra a 92 pacientes a quienes se les realizó PET/CT con 18F-FDG en el servicio de Medicina Nuclear. Para el análisis descriptivo de variables categóricas, se emplearon frecuencias absolutas y porcentuales y para variables continuas, se utilizaron promedios y desviación estándar. Se utilizó la prueba U de Mann Whitney para relacionar las variables de estudio, donde un valor de p menor a 0.05 demostró una diferencia estadísticamente significativa. El conocimiento respecto a las indicaciones de adquisición PET/TC alcanzó un promedio de 9.32. En los corregistros de imágenes en estudios PET/TC, el 94.6% es buena y el 5.4% es regular. La calidad de imagen TC en el 95.7% de los estudios es buena y en el 4.3% es regular, mientras que la calidad de imagen PET en el 97.8% de los estudios es buena y en el 2.2% mala. Se halló una relación significativa entre la calidad de la imagen TC y el conocimientos (p=0.026). Asimismo, hubo una relación significativa entre el conocimiento y la calidad de imagen PET (p=0.039). Sin embargo, a nivel general no se encontró relación significativa entre el corregistro de la imagen PET/TC y el conocimiento (p=0.129). La conclusión es que no existe una relación significativa entre el corregistro de la imagen y el conocimiento (p=0.129).Tesi

Evalución con pet/ct 11c-colina de recidivas bioquímicas ocultas de carcinoma de próstata

Introducció. Material y mètodes. El nostre objectiu és valorar la utilitat del PET/CT 11C-Colina a la recidiva bioquímica oculta del carcinoma de pròstata. Es van estudiar retrospectivament 58 pacients amb aument de PSA posttractament. La interpretació de les imatges fou visual. Resultats: El PET/CT fou positiu en 39 pacients (67%) (PSA mitjà: 11.7). Es van dividir els malats en 4 grups segons el valor del PSA (sensibilitat%): a 5ng/ml:91% . Conclusió: La PET/CT 11C-Colina mostra una alta capacitat de detecció per valors de PSA superiors a 5ng/ml i pot ser útil en valors superiors a 1ng/ml.Introducción. Material y métodos. Nuestro objetivo es valorar la utilidad del PET/CT 11C-Colina en la recidiva bioquímica oculta del carcinoma de próstata. Se estudiaron manera retrospectiva 58 pacientes con aumento de PSA posttratamiento. La interpretación de las imágenes fue visual. Resultados: El PET/CT fue positivo en 39 pacientes (67%) (PSA medio: 11.7). Se dividieron los pacientes en 4 grupos según el valor del PSA (sensibilidad %): a 5ng/ml:91% . Conclusión: La PET/CT 11C-Colina muestra una alta capacidad de detección para PSA superiores a 5ng/ml y puede ser útil en valores superiores a 1ng/ml

Estudios PET con FMISO para la localización de regiones hipóxicas "in vivo" en modelos experimentales

Programa Oficial de Doutoramento en Neurociencia e Psicoloxía Clínica. 5027P01[Resumen] El Fluoromisonidazol ([18F]FMISO) es un radiofármaco que se emplea para la detección de tejidos hipóxicos in vivo mediante la PET. Debido a que el acúmulo de este trazador está inversamente relacionado con la presión parcial de oxígeno celular, podría ser un indicador potencial de la penumbra, es decir, del tejido dañado potencialmente salvable. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es explorar el uso del FMISO en modelos experimentales de hemorragia cerebral y enfermedad arterial periférica inducidos en ratas. Esta Tesis Doctoral ha permitido confirmar la viabilidad de la técnica de PET con FMISO para el estudio de la presencia de regiones hipóxicas in vivo, tratándose de una herramienta útil para el seguimiento de la evolución de una determinada patología en ensayos clínicos con pacientes.[Resumo] O Fluoromisonidazol ([18F]FMISO) é un radiofármaco que se emprega para a detección de tecidos hipóxicos in vivo mediante a PET. Debido a que o acúmulo deste trazador está inversamente relacionado coa presión parcial de osíxeno celular, podería ser un indicador potencial da penumbra, é dicir, do tecido danado potencialmente salvable. O obxectivo principal desta Tese Doutoral é explorar o uso do FMISO en modelos experimentais de hemorraxia cerebral e enfermidade arterial periférica inducidos en ratas. Esta Tese Doutoral permitiu confirmar a viabilidade da técnica de PET con FMISO para o estudo da presenza de rexións hipóxicas in vivo, tratándose dunha ferramenta útil para o seguimento da evolución dunha determinada patoloxía en ensaios clínicos con pacientes.[Abstract] Fluoromisonidazole ([18F]FMISO) is a radiopharmaceutical used for the detection of hypoxic tissues in vivo by PET. Because the accumulation of this tracer is inversely related to cellular oxygen partial pressure, it could be a potential indicator of penumbra, that is, potentially salvageable damaged tissue. The main objective of this PhD Thesis is to explore the use of FMISO in experimental models of cerebral hemorrhage and peripheral arterial disease induced in rats. This Doctoral Thesis has confirmed the feasibility of the PET technique with FMISO for the study of the presence of hypoxic regions in vivo, being a useful tool for monitoring the evolution of a particular pathology in clinical trials with patients

Desarrollo de un generador de ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga. Aplicaciones del ⁶⁸Ga en tomografía por emisión de positrones

La Tomografía por Emisión de Positrones ha experimentado un gran desarrollo en los últimos años, convirtiéndose en una técnica muy importante para la investigación biomédica y el diagnóstico en clínica de forma individualizada y no invasiva para el paciente. El desarrollo y disponibilidad de nuevos radiofármacos específicos para determinadas patologías es unos de los principales promotores de la expansión de la técnica PET en clínica, en este contexto el 68Ga tiene un rol importante. Los generadores de radionucleidos pueden proporcionar de forma rutinaria radionucleidos a demanda sin depender de un acelerador o un reactor nuclear, como es el caso del 68Ga, el cual se puede obtener a través de un generador de 68Ge/68Ga. La presente tesis describe el desarrollo de un generador de 68Ge/68Ga basado en nano-SnO2 calcinado, el cual se evaluó durante un período de 1 año y 305 ciclos de elución. El rendimiento de elución fue ≥ 90% cuando el generador era nuevo, decreciendo con el tiempo y el uso de éste hasta llegar ≥ 70%, mientras que el contenido 68Ge en el eluido fue del orden de 10-4% durante todo el estudio. El generador descrito proporciona resultados satisfactorios, lo que permite utilizarlo para el marcaje de moléculas de interés en PET. Además, se describe la implementación de un método manual para la concentración y purificación del 68Ga eluido de un generador de 68Ga/68Ga, usando para ello una resina de intercambio aniónico..

Radiomarcado de péptidos derivados de minigastrina para diagnóstico y terapia de tumores que sobreexpresan el receptor gastrina/CCK2

El presente trabajo tiene por objetivo la investigación de la química de marcación de un péptido análogo de minigastrina (H2-MG11) con dos tipos de radionucleidos, uno emisor de positrones (68Ga) y otro emisor - (177Lu), como potenciales radiofármacos para el diagnóstico y la terapia respectivamente, de diversos tumores que sobreexpresan el receptor CCK2

Utilidad de la PET-CT ¹⁸F-Colina en los pacientes con recidiva bioquímica de cáncer de próstata

El cáncer de próstata (CaP) es un tumor con elevada incidencia a nivel mundial,especialmente en los países desarrollados. El Antígeno Prostático Específico (PSA) es un marcador útil en la detección precoz del CaP y también una herramienta fundamental en su seguimiento tras tratamiento radical. Se considera recidiva bioquímica (RB) a dos elevaciones consecutivas de PSA >0,2ng/ml tras prostatectomía radical, o incrementos del PSA ³ 2ng/ml por encima del PSA nadir (definido como el valor de PSA más bajo alcanzado tras la radioterapia). Para distinguir si la recidiva es local, regional o a distancia se realizan pruebas de imagen como la tomografía computarizada (CT), la resonancia magnética (RM) y la gammagrafía ósea (GGO), siendo con frecuencia negativas o no concluyentes en la localización de la recidiva..

Valor de la eficiencia de los cristales en relación a la cuantificación del SUV en PET-CT PET SCAN Perú - CAMN agosto 2017 - noviembre 2018

Establece la relación del valor de la eficiencia de los cristales con la cuantificación del SUV. El estudio es de tipo observacional, cuantitativo, longitudinal, prospectivo y de nivel relacional. Se realizaron 50 controles de calidad obteniendo el ECF diario, así como el SUVmáx., temperatura ambiental, temperatura del gantry y humedad relativa en la mañana, medio día y tarde diariamente. Proceso realizado en PET SCAN PERÚ – CAMN durante el año 2018. Los valores del Factor de la Eficiencia de los Cristales (ECF) están entre 2,775 y 2,803. El Valor de Captación Estándar (SUVmáx.) varía entre 0,9921 y 1,0869. La temperatura ambiental se localiza en el rango de 17,67 °C y 21, 07 °C. Los valores de la temperatura del gantry se ubican entre 34,67 y 36,67. Mientras que la humedad relativa está entre 39,33% y 52%. Se concluye que existe correlación inversamente proporcional entre el Factor de la Eficiencia de los Cristales (ECF) y el Valor de Captación Estándar (SUVmáx.), por lo cual, se sugiere continuar con los controles de calidad diario. Además, la temperatura influye indirectamente al SUV máx.Tesi