Multimodality Imaging in Prostate Cancer

ABSTRACT Prostate cancer is the most common cancer in men in Finland. Its aggressiveness varies widely, from indolent to fatal disease. Accurate characterization of prostate cancer is extremely essential to prevent overtreatment while sustaining good survivorship and high quality of life. This is feasible using novel technology in imaging and automatic tools in treatment planning. In the first part of this thesis work, the aim was to evaluate anti-1-amino-3-18Ffluorocyclobutane-1-carboxylic acid (18F-FACBC) PET/CT, PET/MRI, and multiparametric MRI (mpMRI) in detection of primary prostate cancer. The uptake of 18F-FACBC was significantly stronger in tumors with higher Gleason score and it may therefore assist in targeted biopsies when combined with MRI. 18F-FACBC PET/MRI outperformed PET/CT but did not demonstrate higher diagnostic performance than mpMRI performed separately. Furthermore, PET/MRI and mpMRI failed to detect pelvic lymph node metastasis measuring less than 8mm. 18F-FACBC PET/MRI is promising in characterization of primary prostate cancer, especially if ablative treatments are planned. It is not likely to replace mpMRI in clinical practice. The second study assessed multimodality imaging in detecting bone metastasis in high-risk prostate cancer and breast cancer patients. All patients underwent 99mTc-HDP bone scintigraphy (BS), 99mTc-HDP SPECT, 99mTc-HDP SPECT/CT, 18F-NaF PET/CT, and whole body (wb) MRI+DWI. 99mTc-HDP SPECT/CT, 18F-NaF PET/CT, and wbMRI+DWI had superior sensitivity compared to conventional nuclear imaging. In particular non-BS techniques showed less equivocal findings. wbMRI+DWI was as accurate as 18F-NaF PET/CT for detecting bone metastasis and may be considered a potential “single-step” imaging modality for detection of bone metastasis in high-risk patients with prostate and breast cancer. The purpose of the third study was to evaluate and validate the performance of a fully automated segmentation tool (AST) in MRI-based radiotherapy planning of prostate cancer. It showed high agreement for delineating prostate, bladder, and rectum, compared to manual contouring, and suggested adoption of AST in clinical practice. Finally, the fourth study investigated the long-term toxicity after biologically guided radiotherapy in men with localized prostate cancer. Carbon-11 acetate (11C-ACE) PET-CT was used to guide dose escalation into metabolically active intraprostatic lesions. 11C-ACE PET-guided radiotherapy was feasible and well tolerated. Although erectile dysfunction was relatively common, severe gastro-intestinal symptoms were very rare, and no grade 3 genitourinary symptoms were present at five years after radiotherapy. The findings of this thesis have potential to improve diagnostic imaging and radiotherapy planning in primary and metastatic prostate cancer. Eventually, they are likely to improve patients’ quality of life and survival. KEYWORDS: prostate cancer, magnetic resonance imaging, positron emission tomography, radiotherapy planning, toxicity, bone metastasisTIIVISTELMÄ Eturauhassyöpä on miesten yleisin syöpä Suomessa. Sen taudinkuva vaihtelee laajasti rauhallisesta aggressiiviseen ja tappavaan. On oleellista, että taudin luonne arvioidaan tarkasti, jotta vältytään sen liialliselta hoidolta, tinkimättä erinomaisista hoitotuloksista selviytymisessä ja elämän laadussa. Uudet kuvantamisteknologiat ja automaattityökalut mahdollistavat tämän. Tämän väitöskirjan ensimmäisessä osatyössä oli tavoitteena arvioida anti-1-amino-3-18Ffluorosyklobutaani-1-karboksyylihappo (18F-FACBC) PET-tietokonetomografiaa (TT), PET-magneettiresonanssikuvantamista (MRI) ja multiparametrista MRI-kuvantamista (mpMRI) eturauhassyövän diagnoosivaiheessa. 18F-FACBC-kertymät olivat tilastollisesti merkitsevästi voimakkaampia korkean Gleason-luokituksen kasvaimissa, joten yhdistettyä PET-MRI-kuvantamista voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi kohdennetussa koepalojen otossa. 18F-FACBC PET-MRI oli parempi kuin PET-TT ja samanveroinen kuin mpMRI eturauhassyövän diagnostiikassa. PET-MRI ja mpMRI eivät havainneet alle 8 mm:n läpimittaisia imusolmukemetastaaseja. 18F-FACBC PET-MRI on lupaava kuvantamismuoto eturauhassyövän diagnostiikassa, erityisesti kajoavia hoitoja suunniteltaessa, mutta ei korvanne mpMRI:a kliinisessä käytössä. Toinen osatyö käsitteli luustoetäpesäkkeiden toteamista eri kuvantamismenetelmillä korkean uusiutumisriskin eturauhas- ja rintasyöpäpotilailla. Kaikille potilaille tehtiin 99mTc-HDP luustokarttakuvaus, 99mTc-HDP SPECT, 99mTc-HDP SPECT-TT, 18F-NaF PET-TT ja koko kehon MRI diffuusiopainotettuna (wbMRI+DWI). 99mTc-HDP SPECT-TT, 18F-NaF PET-TT ja wbMRI+DWI olivat perinteistä luustokarttaa herkempiä luustometastaasien toteamisessa, koska epäspesifeiksi määriteltyjä muutoksia oli vähemmän. wbMRI+DWI osoitti yhtäläistä tarkkuutta luustometastaasien diagnosoinnissa 18F-NaF PET-TT:n verrattuna, joten sitä voitaisiin hyödyntää, käytettäessä vain yhtä kuvantamistapaa näiden potilaiden luustometastaasien toteamiseen. Kolmas osatyö arvioi ja validoi täysin automaattisen piirtotyökalun käyttöä MRI-pohjaisen sädehoidon suunnittelussa eturauhassyöpäpotilailla. Työkalu suoriutui hyvin eturauhasen, virtsarakon ja peräsuolen rajauksesta asiantuntijan käsin tekemiin rajauksiin verrattuna, puoltaen työkalun käyttöä luotettavasti myös kliinisessä työssä. Viimeisenä, neljännessä osatyössä arvioitiin biologisesti ohjatun eturauhassyövän sädehoidon aiheuttamia pitkäaikaishaittoja. Hiili-11 asetaatti (11C-ACE) PET-TT-kuvantamisen avulla suunniteltiin sädehoito, jossa metabolisesti aktiivisiin eturauhasen sisäisiin muutoksiin kohdistettiin korkeammat sädeannokset. 11C-ACE-PET-TT-ohjattu sädehoito oli toteuttamiskelpoinen ja hyvin siedetty. Vaikka erektiohäiriöt olivat suhteellisen yleisiä, vakavat suoliston haittavaikutukset olivat hyvin harvinaisia, eikä kolmannen asteen virtsateiden haittavaikutuksia esiintynyt lainkaan viiden vuoden kuluttua sädehoidosta. Tämän väitöskirjan löydökset voivat parantaa eturauhassyövän primaaridiagnostiikan kuvantamista ja sädehoidon suunnittelua, sekä luustoetäpesäkkeiden diagnostiikkaa. Näin voidaan kohentaa potilaiden elämänlaatua ja selviytymistä. AVAINSANAT: Eturauhassyöpä, magneettikuvaus, positroniemissiotomografia, sädehoidon suunnittelu, haittavaikutukset, luuston etäpesäkkee

Local and social facets of planetary boundaries: right to nutrients

201

Taking planetary nutrient boundaries seriously: Can we feed the people?

201

System merits or failures? Policies for transition to sustainable P and N systems in the Netherlands and Finland

Nitrogen (N) and phosphorus (P) cycles are absolutely vital in maintaining sustainable food systems. Human activities disturb the natural balance of these cycles by creating enormous additional nutrient fluxes, causing eutrophication of waterways and pollution in land systems. To tackle this problem, sustainable nutrient management is required. This paper addresses sustainable nutrient management in two countries: The Netherlands and Finland. We adopt a critical perspective on resource politics, especially towards opportunistic policy strategies for the pollutant management of N and P. Two research questions are considered. First, what are the key systemic and policy failures that occurred in the N and P systems in the Netherlands and Finland between 1970 and 2015? And second, which lessons can be drawn when addressing the policy responses in the two countries to cope with these failures? The cases are analyzed within Weber and Rohracher’s framework that addresses “failures” preventing sustainable transitions. The results show that a number of failures occurred, besides market failures (over-exploitation of the commons, externalization of costs): lack of directionality, policy coordination, institutions, capabilities, infrastructure, demand articulation, and reflexivity. Policy responses in both countries resulted in ponderous policy frameworks that were adequate to tackle nutrient problems from the industrial sector and municipalities. However, both countries provided only a moderate response in terms of system-wide integrated policy frameworks to cope with sectoral-transcending issues. The agricultural use of N and P, in contrast to detergents, has not been subjected to strong regulatory measures

Helposti puhdistettavat lattiamateriaalit lypsykarjatiloissa

Maatalouden tuotantotilojen puhtaudella on suuri merkitys kotieläinten hyvinvointiin,terveyteen ja sitä kautta tuottavuuteen. Tuotantotilojen puhtaana pysymiseen voidaan vaikuttaa materiaalivalinnoilla. Maa- ja metsätalousministeriön Makera-tutkimusohjelman rahoittaman kolmivuotisen hankkeen .Maatalouden puhtaat pinnat. tavoitteena oli selvittää likaa ja kosteutta hylkivien rakennusmateriaalien toimivuutta lypsykarjarakennuksien lattiamateriaaleina. Tutkimuksessa oli mukana sekä kaupallisia että tuotekehityksessä olevia pintamateriaaleja. Tutkimus toteutettiin VTT:n, Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksen (MTT) ja Helsingin yliopiston agroteknologian laitoksen (HY) yhteistyönä. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa kartoitettiin laboratoriokokein betonin ja eri lailla seostettujen tai pintakäsiteltyjen betonimateriaalien, sauma-aineiden ja asfalttien hylkivyysominaisuuksia, kemiallista ja kulutuskestävyyttä sekä puhdistuvuutta malli-, rehu- ja lantalioista. Laboratoriokokeiden tulosten perusteella valikoidut materiaalit asennettiin käytännön olosuhteisiin lypsykarjan pihattorakennuksen älyportti- ja ruokintapöytäalueille. Materiaalien kuntoa ja puhdistuvuutta seurattiin kolmen kuukauden välein toistuvin säännöllisin mittauksin kaikkiaan vuoden ajan. Kenttätutkimus vahvisti laboratoriokoeosuudessa tehdyt havainnot siitä, että tutkitut muovipinnoitteet ja -modifioinnit paransivat betonin puhdistettavuutta navettaympäristössä. Pintamateriaalit likaantuivat ja kuluivat voimakkaammin älyporttialueella kuin ruokintapöydällä. Molemmissa koepaikoissa muovipinnoitetut pinnat olivat yleisesti ottaen helpommin puhdistettavia kuin pinnoittamattomat näytteet. Lisäksi älyporteille asennetuissa materiaaleissa veden ja siten myös lian tunkeutuminen materiaalien pintakerroksiin ja pintakerrosten läpi oli yleisempää kuin ruokintapöytänäytteissä. Tämä johtui älyportilla syntyneistä mekaanisista ja kemiallisista vaurioista pinnoitteisiin. Pinnoittamista suositellaan tiloihin ja pinnoille, joilta vaaditaan hygieenisyyttä, esimerkiksi ruokintapöydille ja lypsyasemille.Cleaniness of agricultural production facilities plays an important role in the wellbeing and health of the domestic animals, and thereby the productivity of the farm. The cleanability of production facilities can be influenced by proper choices of the building materials. The objective of the project .Easy-to-Clean Surfaces in Farm Buildings. was to determine the performance of dirt- and moisture-repelling building materials under agricultural conditions. The three year project was financed by the Makera research programme of the Ministry of Agriculture and Forestry in Finland. Commercially available surface materials or materials under development were included in the study. The research was conducted in cooperation between VTT Technical Research Centre of Finland, MTT Agrifood Research Finland and Helsinki University, Faculty of Agriculture and Forestry. During the first stage, the repellence properties, chemical and abrasion resistance as well as cleanability from manure, feed mixture and different model soils were characterised by means of laboratory methods for concrete, for differently modified or coated concrete, for different type of asphalt and joint materials. Based on the laboratory results, test materials were selected for the field test and placed on the feeding table and the floor at a sorting gate of a cow barn. The appearance and cleanability of the test materials were monitored regularly at three months intervals altogether for one year. The results of the laboratory phase were confirmed by the field test showing that the modifications or surface coatings studied clearly improved the cleanability of concrete under farm conditions. The materials were more severely soiled and worn at the floor than on the feeding table. Due to mechanical and chemical wear, the materials installed at the sorting gate absorbed more moisture and soil than the ones installed on the feeding table. Plastic coatings or treatments are recommended to be used for surfaces with requirements of high hygiene, such as for feeding tables and milking stations.vo

Pellavan ja kuituhampun mikrobiologinen laatu ja mahdollisuudet jatkojalostukseen

ei saatavill

Comparison of standardized uptake values between Tc-99m-HDP SPECT/CT and F-18-NaF PET/CT in bone metastases of breast and prostate cancer

Background: Despite recent technological advances allowing for quantitative single-photon emission computed tomography (SPECT), quantitative SPECT has not been widely used in the clinical practice. The aim of this study is to evaluate the feasibility of quantitative SPECT for measuring metastatic bone uptake in breast and prostate cancer by comparing standard uptake values (SUVs) measured with Tc-99m-HDP SPECT/CT and F-18-NaF PET/CT.Methods: Twenty-six breast and 27 prostate cancer patients at high risk of bone metastases underwent both Tc-99m-HDP SPECT/CT and F-18-NaF PET/CT within 14days of each other. The SPECT and PET data were reconstructed using ordered-subset expectation-maximization algorithms achieving quantitative images. Metastatic and benign skeletal lesions visible in both data sets were identified, and their maximum, peak, and mean SUVs (SUVmax, SUVpeak, and SUVmean) were determined. SUV ratios (SUVRs) between the lesions and adjacent normal appearing bone were also calculated. Linear regression was used to evaluate the correlations between the SUVs of SPECT and PET and Bland-Altman plots to evaluate the differences between the SUVs and SUVRs of SPECT and PET.Results: A total of 231 skeletal lesions, 129 metastatic and 102 benign, were analyzed. All three SUV measures correlated very strongly between SPECT and PET (R(2)0.80, pConclusion: The strong correlation between SUVs and similar SUVRs of Tc-99m-HDP SPECT/CT and F-18-NaF PET/CT demonstrate that SPECT is an applicable tool for clinical quantification of bone metabolism in osseous metastases in breast and prostate cancer patients.</div

Helposti puhdistettavat pinnat maatilarakentamisessa –laboratoriotutkimus

Maa- ja metsätalousministeriön rahoittaman kolmivuotisen (2005-2007) tutkimushankkeen ”Helpostipuhdistettavat pinnat maatilarakentamisessa” tavoitteena oli selvittää likaa ja kosteutta hylkivienpintamateriaalien toimivuutta maatalouden tuotanto-olosuhteissa. Tutkimuksessa keskityttiin olemassaolevien pinnoitteiden lianhylkivyyteen ja kulutuskestoon vaikuttavien tekijöiden kartoittamiseen japinnoitettujen tuotteiden käyttöiän arvioimiseen. Tutkittavana oli perinteinen betoni, kaksi tiivistysaineellakäsiteltyä betonia, kolme betonin muovipinnoitetta (epoksi, polyuretaani ja polyesteri), akryylibetoni jakolme sementtipohjaista sauma-ainetta. Pintamateriaalien puhdistuvuustulokset esitettiin yksinkertaistettujenmallilikojen lisäksi myös muilla mallilioilla. Menetelminä käytettiin uusia radiokemiallisia ja biokemiallisiamenetelmiä. Lisäksi materiaalien topografiaa karakterisoitiin SEM-kuvin (pyyhkäisyelektronimikroskooppi)ja laserprofilometrimittauksin. Pintojen lian hylkivyysominaisuuksia selvitettiin kontaktikulmamittauksin.Tutkimuksen aihe on merkittävä, koska tuotantotilojen puhtaudella ja puhtaana pysymisellä on suurimerkitys kotieläinten hyvinvointiin ja terveyteen. Kotieläinten hyvinvointi ja terveys vaikuttavat puolestaansuuresti maatalouden kannattavuuteen. Tuotantotilojen ongelmana on orgaanisen materiaalin kuormitus, jokaon lähtöisin ruokinnasta ja eläimistä itsestään (esim. rehut, lanta). Tilojen kosteusolosuhteet jamikrobikasvustoille otollinen lämpötila lisäävät kuormituksen epäsuotuisaa vaikutusta. Kotieläintaloudessatapahtuva rakennemuutos ja yksikkökoon voimakas kasvu yhdistettynä maataloutta uhkaavaantyövoimapulaan korostavat paitsi tämän aihealueen taloudellista merkitystä myös sen merkitystäelintarvikkeiden hygieeniseen laatuun, eläinten ja rakennuksissa työskentelevien ihmisten hyvinvointiinvaikuttavana tekijänä