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Teilprojekt B9

Quantifizierung von Stoffwechsel (F-18-Deoxyglukose) und Knochenumbau (F-18-Fluorid) mit der dynamischen Positronenemissionstomographie-Computertomographie (dPET-CT)

Bei Patienten mit Multiplem Myelom werden zur Erfassung aktiver Myelomherde dPET-CT Untersuchungen mit FDG und Fluorid durchgeführt und die Wertigkeit des Proliferationstracers F-18-FLT untersucht. Neben der Abschätzung des Therapieerfolges könnten diese Daten bei Persistenz resistenter Läsionen nach aggressiver Therapie oder bei Vorhandensein aktiver Myelomherde in nicht systemisch therapiepflichtigen Patienten die Grundlage für eine lokale Behandlung durch Wirkstoff-freisetzende Biomaterialien bilden. Hierzu wird eine Kombination von dPET-CT und PET-MRT erfolgen. Bei Ratten mit induzierter Osteoporose werden dPET-CT Untersuchungen mit FDG und Fluorid durchgeführt und die Knochenersatzmaterialien im Frakturmodell der Ratte evaluiert. 

B9_PET-Ganzkörperaufnahme




PET-Untersuchung mit F-18-Deoxyglukose (FDG). Dargestellt sind die Myelomherde, welche eine Stoffwechselaktivität aufweisen und damit aktuell eine Wachstumstendenz zeigen.  







 

 

Evaluation des Therapieansprechens

Bei Patienten mit neudiagnostiziertem Myelom wurden Untersuchungen mit FDG und NaF vor und nach Ende der Chemotherapie und autologen Blutstammzelltransplantation durchgeführt. Fünfzehn Prozent der Patienten hatten keine FDG-Anreicherung in der Ausgangsuntersuchung und wurden ausgeschlossen. Die Beobachtungszeit betrug 15-52 Monate. Die Sensitivität von FDG betrug 57,7% bei einer Spezifität von 100%. NaF zeigte eine Persistenz von 81,5% in den Läsionen der Ausgangsuntersuchung, obwohl 64,7% dieser Läsionen im FDG negativ wurden. NaF erwies sich als weniger geeignet für die Beurteilung des Therapieansprechens.

B9_Beispiele zu FDG und NaF Verlaufsuntersuchungen

Beispiele zu FDG und NaF Verlaufsuntersuchungen bei Patienten mit Multiplem Myelom. Während FDG die aktuell stoffwechselaktiven Herde darstellt, stellt NaF die Knochenstoffwechselveränderungen im Laufe der Zeit dar.
 

Vergleich FDG PET-CT und DWI

Bei Patienten mit  erstdiagnostiziertem und vortherapiertem Myelom haben wir die FDG PET-CT Daten mit den Diffusion-Weighted-Imaging (DWI) Daten der MRT verglichen. Als Referenz diente CT (low dose) und MRT (non-enhanced T1w, fat-saturated T2w). Eine läsionbasierte Analyse ergab eine Sensitivität von 47% (60/128 Läsionen) für FDG PET-CT im Vergleich zu 77% (99/128 Läsionen) für DWI. Betrachtet man nur die bisher untherapierten Patienten, so lag die Sensitivität für beide Verfahren bei 90%. Die höhere Sensitivität der DWI bei vortherapierten Patienten liegt vermutlich daran, dass die MM-Läsionen im FDG zu einem früheren Zeitpunkt nach der Therapie negativ werden, während diese in der MRT noch detektierbar sind. Die Daten zeigen, dass FDG ein sensitiver Parameter für das Therapieansprechen ist im Vergleich zum DWI.

B9_Vergleich der Anzahl der Läsionen



Vergleich der Anzahl der Läsionen mit der Referenzmethode (RS: CT und MRT), mit dem DWI und der FDG PET-CT bei allen Patienten und bei den erstdiagnostizierten, nicht vortherapierten Patienten.








Darstellung des Einheilungsverhaltens unterschiedlicher Knochenersatzmaterialien

Die quantitative Auswertung erfolgte über VOIs im Defekt bzw. im Biomaterial sowie im umliegenden Gewebe (Interface), um den Heilungsprozess zu evaluieren. Ziel war es, die am besten geeigneten Parameter zur Charakterisierung von Unterschieden zwischen den Gruppen zu identifizieren und mit histologischen bzw. expressionsanalytischen Charakterisierungen zu korrelieren. Wir haben hierzu eine Software entwickelt, welche auf der Basis eines modifizierten support vector machine Algorithmus eine nichtlineare Diskriminanzanalyse durchführt [Pan et al., 2017].

  • L. Pan, C. Cheng, U. Haberkorn, A. Dimitrakopoulou-Strauss (2017). Machine learning based
    kinetic modeling: a robust and reproducible solution for quantitative analysis of dynamic PET
    data. Phys Med Biol 62(9), 3566-3581 Abstract

B9_CT-Aufnahme, F-18-NaF Aufnahme und fusionierte PET-CT Aufnahme



CT-Aufnahme (links), F-18-NaF Aufnahme (Mitte) und fusionierte PET-CT Aufnahme über dem Defekt bzw. dem Biomaterial im Femur (rechts). Erste Reihe: Tier der Kontrollgruppe 1 ohne Biomaterial. Die anderen Reihen zeigen die entsprechenden Aufnahmen nach Implantation vier verschiedener Knochenersatzmaterialien (Gruppe 2-5).




 

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die untersuchten Materialien:

B9_Tabelle

B9_Boxplot

(A) Boxplot FD im Defekt bzw. in den eingesetzten Biomaterialien nach Gabe von F-18-NaF. Statistisch signifikante Unterschiede ergab der Vergleich der FD in der Kontrollgruppe und den Gruppen 3-5 (p<0.05). Ein weiterer Vergleich zwischen den Gruppen ergab einen statistisch signifikanten Unterschied zwischen den Gruppen 2 und 4 und den Gruppen 2 und 5. (B) Boxplot der FD im umliegenden Gewebe (Interface) nach Gabe von F-18-NaF. Statistisch signifikante Unterschiede ergab der Vergleich der FD in der Kontrollgruppe und den Gruppen 3-5 (p<0.05). Ein weiterer Vergleich zwischen den Gruppen ergab einen statistisch signifikanten Unterschied zwischen den Gruppen 2 und 3.

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