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Chemokine (C-X-C motif) receptor 4 (CXCR4) is a key factor for tumor growth and metastasis in several types of human cancer including multiple myeloma (MM). Proof-of-concept of CXCR4-directed radionuclide therapy in MM has recently been reported. This study assessed the diagnostic performance of the CXCR4-directed radiotracer [\(^{68}\)Ga]Pentixafor in MM and a potential role for stratifying patients to CXCR4-directed therapies.
Thirty-five patients with MM underwent [\(^{68}\)Ga]Pentixafor-PET/CT for evaluation of eligibility for endoradiotherapy. In 19/35 cases, [\(^{18}\)F]FDG-PET/CT for correlation was available. Scans were compared on a patient and on a lesion basis. Tracer uptake was correlated with standard clinical parameters of disease activity.
[\(^{68}\)Ga]Pentixafor-PET detected CXCR4-positive disease in 23/35 subjects (66%). CXCR4-positivity at PET was independent from myeloma subtypes, cytogenetics or any serological parameters and turned out as a negative prognostic factor. In the 19 patients in whom a comparison to [\(^{18}\)F]FDG was available, [\(^{68}\)Ga]Pentixafor-PET detected more lesions in 4/19 (21%) subjects, [\(^{18}\)F]FDG proved superior in 7/19 (37%). In the remaining 8/19 (42%) patients, both tracers detected an equal number of lesions. [\(^{18}\)F]FDG-PET positivity correlated with [\(^{68}\)Ga]Pentixafor-PET positivity (p=0.018).
[\(^{68}\)Ga]Pentixafor-PET provides further evidence that CXCR4 expression frequently occurs in advanced multiple myeloma, representing a negative prognostic factor and a potential target for myeloma specific treatment. However, selecting patients for CXCR4 directed therapies and prognostic stratification seem to be more relevant clinical applications for this novel imaging modality, rather than diagnostic imaging of myeloma.
Background and Objectives
To analyze the impact of humidity and temperature on excimer laser ablation of polyethylene terephthalate (PET), polymethylmethacrylate (PMMA) and porcine corneal tissue, and an ablation model to compensate for the temperature and humidity changes on ablation efficiency.
Study Design/Materials and Methods
The study was conducted using an AMARIS 1050RS (Schwind eye‐tech‐solutions) placed inside a climate chamber at ACTS. Ablations were performed on PET, PMMA, and porcine cornea. The impact of a wide range of temperature (~18°C to ~30°C) and relative humidity (~25% to ~80%) on laser ablation outcomes was tested using nine climate test settings. For porcine eyes, change in defocus was calculated from the difference of post‐ablation to pre‐ablation average keratometry readings. Laser scanning deflectometry was performed to measure refractive change achieved in PMMA. Multiple linear regression was performed using the least square method with predictive factors: temperature, relative humidity, time stamp. Influence of climate settings was modeled for pulse energy, pulse fluence, ablation efficiency on PMMA and porcine cornea tissue.
Results
Temperature changes did not affect laser pulse energy, pulse fluence (PET), and ablation efficiency (on PMMA or porcine corneal tissue) significantly. Changes in relative humidity were critical and significantly affected laser pulse energy, high fluence and low fluence. The opposite trend was observed between the ablation performance on PMMA and porcine cornea.
Conclusions
The proposed well‐fitting multi‐linear model can be utilized for compensation of temperature and humidity changes on ablation efficiency. Based on this model, a working window for optimum operation has been found (temperature 18°C to 28°C and relative humidity 25% to 65%) for a maximum deviation of ±2.5% in ablation efficiency in PMMA and porcine corneal tissue.
(1) Background: We aimed to quantitatively investigate [\(^{68}\)Ga]Ga-FAPI-04 uptake in normal organs and to assess a relationship with the extent of FAPI-avid tumor burden. (2) Methods: In this single-center retrospective analysis, thirty-four patients with solid cancers underwent a total of 40 [\(^{68}\)Ga]Ga-FAPI-04 PET/CT scans. Mean standardized uptake values (SUV\(_{mean}\)) for normal organs were established by placing volumes of interest (VOIs) in the heart, liver, spleen, pancreas, kidneys, and bone marrow. Total tumor burden was determined by manual segmentation of tumor lesions with increased uptake. For tumor burden, quantitative assessment included maximum SUV (SUV\(_{max}\)), tumor volume (TV), and fractional tumor activity (FTA = TV × SUV\(_{mean}\)). Associations between uptake in normal organs and tumor burden were investigated by applying Spearman's rank correlation coefficient. (3) Results: Median SUV\(_{mean}\) values were 2.15 in the pancreas (range, 1.05–9.91), 1.42 in the right (range, 0.57–3.06) and 1.41 in the left kidney (range, 0.73–2.97), 1.2 in the heart (range, 0.46–2.59), 0.86 in the spleen (range, 0.55–1.58), 0.65 in the liver (range, 0.31–2.11), and 0.57 in the bone marrow (range, 0.26–0.94). We observed a trend towards significance for uptake in the myocardium and tumor-derived SUV\(_{max}\) (ρ = 0.29, p = 0.07) and TV (ρ = −0.30, p = 0.06). No significant correlation was achieved for any of the other organs: SUV\(_{max}\) (ρ ≤ 0.1, p ≥ 0.42), TV (ρ ≤ 0.11, p ≥ 0.43), and FTA (ρ ≤ 0.14, p ≥ 0.38). In a sub-analysis exclusively investigating patients with high tumor burden, significant correlations of myocardial uptake with tumor SUV\(_{max}\) (ρ = 0.44; p = 0.03) and tumor-derived FTA with liver uptake (ρ = 0.47; p = 0.02) were recorded. (4) Conclusions: In this proof-of-concept study, quantification of [\(^{68}\)Ga]Ga-FAPI-04 PET showed no significant correlation between normal organs and tumor burden, except for a trend in the myocardium. Those preliminary findings may trigger future studies to determine possible implications for treatment with radioactive FAP-targeted drugs, as higher tumor load or uptake may not lead to decreased doses in the majority of normal organs.
Einleitung: Die linksventrikuläre diastolische Dysfunktion (LVDD) ist bei Diabetikern noch vor Entwicklung einer klinisch apparenten Herzinsuffizienz eines der ersten Anzeichen einer kardialen Beteiligung. Daher soll in dieser Studie untersucht werden, ob die LVDD mit ECG-gated F-18-FDG PET in einem Diabetes-Rattenmodell dargestellt werden kann.
Methodik: Es wurden F-18-FDG PET Scans in einem Typ-2-Diabetes Rattenmodell (ZDF fa/fa, n=6) und in ZL Kontrollen (n=6) vorgenommen (Alter, jeweils 13 Wochen). Unter Hyperinsulinemic-Euglycemic Clamp-Technik wurden 37 MBq 18F-FDG über die Schwanzvene appliziert. 15-35 Minuten nach Tracergabe wurden mittels eines Kleintier-PET-Scanners sowie unter EKG-Ableitung PET Scans angefertigt (16 frames/cardiac cycle). Die linksventrikuläre Ejektionsfraktion (EF) und die Peak Füllrate (PFR) wurden mittels einer geeigneten Software (Heart Function View) gemessen, wobei die Software an die Größe des Rattenherzes angepasst wurde.
Ergebnisse: Im Alter von 13 Wochen entwickeln ZDF Diabetes-Ratten eine im Vergleich zu Kontrolltieren eine signifikante myokardiale Hypertrophie, bestätigt durch post-mortem Analyse des Herzgewichtes (994±78mg vs. 871±44mg in ZDF Diabetes-Ratten vs. ZL Kontrollen, p<0.01). ECG-gated PET zeigte eine signifikante Abnahme der LV diastolischen PFR (10.4±0.5 vs. 11.8±0.4 EDV/sec in ZDF Diabetes-Ratten vs. ZL Kontrollen, p<0.001), jedoch zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen LVEF und der Herzfrequenz in den untersuchten ZDF Diabetes-Ratten und Kontrollen (LVEF: 60.0±4.5 vs. 63.7±4.1%, n.s. und HR: 305±25 vs. 323±24 bpm, n.s.).
Schlussfolgerung: Im Diabetes-Ratten-Modell kann unter Verwendung eines ECG-gated FDG-PET Protokolls die diastolische Dysfunktion als Parameter der frühen diabetischen Kardiomyopathie nachgewiesen werden.
Serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) as well as noradrenaline (NA) are key modulators of various fundamental brain functions including the control of appetite. While manipulations that alter brain serotoninergic signaling clearly affect body weight, studies implicating 5-HT transporters and NA transporters (5-HTT and NAT, respectively) as a main drug treatment target for human obesity have not been conclusive. The aim of this positron emission tomography (PET) study was to investigate how these central transporters are associated with changes of body weight after 6 months of dietary intervention or Roux-en-Y gastric bypass (RYGB) surgery in order to assess whether 5-HTT as well as NAT availability can predict weight loss and consequently treatment success. The study population consisted of two study cohorts using either the 5-HTT-selective radiotracer [\(^{11}\)C]DASB to measure 5-HTT availability or the NAT-selective radiotracer [\(^{11}\)C]MRB to assess NAT availability. Each group included non-obesity healthy participants, patients with severe obesity (body mass index, BMI, >35 kg/m\(^2\)) following a conservative dietary program (diet) and patients undergoing RYGB surgery within a 6-month follow-up. Overall, changes in BMI were not associated with changes of both 5-HTT and NAT availability, while 5-HTT availability in the dorsal raphe nucleus (DRN) prior to intervention was associated with substantial BMI reduction after RYGB surgery and inversely related with modest BMI reduction after diet. Taken together, the data of our study indicate that 5-HTT and NAT are involved in the pathomechanism of obesity and have the potential to serve as predictors of treatment outcomes.
Background
Traumatic brain injury (TBI) is a major cause of death and disability. Neuroinflammation contributes to acute damage after TBI and modulates long-term evolution of degenerative and regenerative responses to injury. The aim of the present study was to evaluate the relationship of microglia activation to trauma severity, brain energy metabolism, and cellular reactions to injury in a mouse closed head injury model using combined in vivo PET imaging, ex vivo autoradiography, and immunohistochemistry.
Methods
A weight-drop closed head injury model was used to produce a mixed diffuse and focal TBI or a purely diffuse mild TBI (mTBI) in C57BL6 mice. Lesion severity was determined by evaluating histological damage and functional outcome using a standardized neuroscore (NSS), gliosis, and axonal injury by immunohistochemistry. Repeated intra-individual in vivo μPET imaging with the specific 18-kDa translocator protein (TSPO) radioligand [\(^{18}\)F]DPA-714 was performed on day 1, 7, and 16 and [\(^{18}\)F]FDG-μPET imaging for energy metabolism on days 2–5 after trauma using freshly synthesized radiotracers. Immediately after [\(^{18}\)F]DPA-714-μPET imaging on days 7 and 16, cellular identity of the [\(^{18}\)F]DPA-714 uptake was confirmed by exposing freshly cut cryosections to film autoradiography and successive immunostaining with antibodies against the microglia/macrophage marker IBA-1.
Results
Functional outcome correlated with focal brain lesions, gliosis, and axonal injury. [\(^{18}\)F]DPA-714-μPET showed increased radiotracer uptake in focal brain lesions on days 7 and 16 after TBI and correlated with reduced cerebral [\(^{18}\)F]FDG uptake on days 2–5, with functional outcome and number of IBA-1 positive cells on day 7. In autoradiography, [\(^{18}\)F]DPA-714 uptake co-localized with areas of IBA1-positive staining and correlated strongly with both NSS and the number of IBA1-positive cells, gliosis, and axonal injury. After mTBI, numbers of IBA-1 positive cells with microglial morphology increased in both brain hemispheres; however, uptake of [\(^{18}\)F]DPA-714 was not increased in autoradiography or in μPET imaging.
Conclusions
[\(^{18}\)F]DPA-714 uptake in μPET/autoradiography correlates with trauma severity, brain metabolic deficits, and microglia activation after closed head TBI.
Durch die Verwendung radioaktiver Substanzen mit ihrer schädigenden Wirkung auf den menschlichen Körper besteht in der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ein fortwährendes Interesse an der Reduktion der applizierten Dosis bei gleichbleibender Qualität der Ergebnisse. Zusätzlich ist im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit der Systeme eine Reduktion sowohl der Akquisitions- als auch der Rekonstruktionszeit erstrebenswert. In dieser Arbeit werden zwei Möglichkeiten vorgestellt, diese Ziele durch den Einsatz von Compressed Sensing (CS) zu erreichen.
Neben der Entwicklung neuartiger Rekonstruktionsalgorithmen können Filtertechniken eingesetzt werden, um eine qualitative Verbesserung rekonstruierter Bilder zu erzielen. Der Vorteil eines Filters besteht unter anderem darin, dass diese retrospektiv angewandt werden können. Es ist folglich möglich, die Qualität eines Bildes zu überprüfen und lediglich im Bedarfsfall einen Filter einzusetzen.
Die Technik des CS war in den letzten Jahren Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten im Bereich der Bildgebung, insbesondere in der Magnetresonanztomographie und der Computertomographie (CT). Mit CS könnten bildgebende Verfahren wie die CT oder die PET mit weniger Messungen durchgeführt werden, wodurch sich die Messzeit und die Strahlenexposition reduziert. In der molekularen Bildgebung mit der PET ist CS jedoch weitgehend unbekannt.
Im ersten Teil dieser Dissertation wird eine Methode vorgestellt, welche CS als Filtertechnik in der PET einsetzt. Den Ausgangspunkt stellt ein vollständiger, analytisch rekonstruierter Datensatz dar. Dieser wird mit einer Reihe unterschiedlicher Abtastmuster retrospektiv unterabgetastet und jeweils erneut, unter Verwendung von CS rekonstruiert. Im rauschfreien Fall würde CS stets das Originalbild liefern. Das überlagerte Rauschen führt jedoch zu Artefakten und einer Verschlechterung des Ergebnisses. CS kann nun einerseits das Rauschen vermindern. Andererseits ist es durch die Mittelung mehrerer unterschiedlicher Rekonstruktionen möglich, die Artefakte zu reduzieren. Auf diesem Weg kann die Bildqualität signifikant verbessert werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Technik sowohl für 2D, als auch für 3D Datensätze verwendet werden kann. Die größten qualitativen Verbesserungen werden erzielt, wenn der Datensatz lediglich aus wenigen Ereignissen besteht. In diesem Fall ist die Bildqualität der analytischen Rekonstruktionen extrem schlecht, die Verbesserung durch die Filtertechnik mit CS und die damit verbundene Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses jedoch am größten. Bei diesen Datensätzen können die Ergebnisse iterativer Rekonstruktionen übertroffen werden. In der Praxis wäre damit ein Einsatz speziell bei dynamischen oder getriggerten Aufnahmen denkbar. In beiden Fällen basieren die Rekonstruktionen nicht selten auf wenigen Ereignissen. Die resultierenden Bilder sind häufig von schlechter Qualität, womit eine Verbesserung durch Filterung sinnvoll ist.
Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Rohdaten-basierten Triggerung am Kleintier-PET sowie mit dem Einsatz von CS zur Reduktion der Rekonstruktionszeit. Frühere Veröffentlichungen zeigten bereits die Anwendbarkeit Rohdaten-basierter Triggermethoden bei humanen Datensätzen. Im Hinblick auf eine präklinische Anwendung, speziell bei Datensätzen mit dem Fokus auf Mäuseherzen, existieren jedoch nur wenige Studien. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die segmentierte Methode des Massenschwerpunkts (COMseg) eine Technik darstellt, welche die kardiale Triggerung sowohl bei Datensätzen von Ratten, als auch von Mäusen erlaubt.
Ein nicht zu unterschätzender Nachteil der COMseg besteht darin, dass vor deren Anwendung die List-Mode Datei in kleine Zeitframes unterteilt und in Sinogramme sortiert werden muss. Auf jedes Sinogramm wird im Anschluss ein Rebinning Algorithmus angewandt. Dies stellt einen enormen Zeitaufwand dar, wodurch sich eine Anwendung bei größeren Studien in der Praxis als schwierig erweist. Ziel der Triggermethoden ist die Gewinnung eines Triggersignals, durch welches beispielsweise der Herzschlag in mehrere Phasen aufgeteilt werden kann. Das Triggersignal hat für gewöhnlich eine dünnbesetzte Repräsentation im Frequenzraum. Dieses Vorwissen ermöglicht den Einsatz von CS. Anstelle des vollständigen Datensatzes wurde lediglich ein Teil der Daten in kleine Zeitframes sortiert und mit der COMseg ausgewertet. Aus diesem unterabgetasteten Datensatz wird mit Hilfe von CS das vollständige Triggersignal rekonstruiert. Die Stärke der Unterabtastung entspricht in etwa dem Faktor der Reduktion der Rekonstruktionszeit. Auf diesem Weg ist es möglich, eine signifikante Beschleunigung zu erzielen. Die Anwendung dieser Technik ist jedoch nicht auf die COMseg beschränkt. Prinzipiell kann das Verfahren bei allen Methoden der Rohdaten-basierten Triggerung angewandt werden, welche es erlauben, die Abtastpunkte des Signals separat zu berechnen. Damit werden Algorithmen interessant, deren Einsatz aufgrund aufwändiger Berechnungen bislang in der Praxis nicht sinnvoll war.
Zusammenfassend legen die in dieser Arbeit vorgestellten Daten nahe, dass CS ein neuartiges Werkzeug in der PET darstellen könnte, mit welchem eine Filterung von Bildern sowie eine Reduktion der Rekonstruktionszeit möglich ist.
Objective: We investigated cerebral opioid receptor binding potential in patients with fibromyalgia syndrome (FMS) using positron-emission-tomography (PET) and correlated our results with patients’ systemic interleukin-4 (IL-4) gene expression.
Methods: In this pilot study, seven FMS patients (1 man, 6 women) agreed to participate in experimental PET scans. All patients underwent neurological examination, were investigated with questionnaires for pain, depression, and FMS symptoms. Additionally, blood for IL-4 gene expression analysis was withdrawn at two time points with a median latency of 1.3 years. Patients were investigated in a PET scanner using the opioid receptor ligand F-18-fluoro-ethyl-diprenorphine ([18F]FEDPN) and results were compared with laboratory normative values.
Results: Neurological examination was normal in all FMS patients. Reduced opioid receptor binding was found in mid cingulate cortex compared to healthy controls (p < 0.005). Interestingly, three patients with high systemic IL-4 gene expression had increased opioid receptor binding in the fronto-basal cortex compared to those with low IL-4 gene expression (p < 0.005).
Conclusion: Our data give further evidence for a reduction in cortical opioid receptor availability in FMS patients as another potential central nervous system contributor to pain in FMS.