Impact of flexible body surface coil and patient table on PET quantification and image quality in integrated PET/MR

Summary

The surface coils of the Biograph mMR integrated PET/MR system were optimised for PET, but are otherwise unaccounted for. The patient table is still more massive than those of PET/CT devices. The goal was to assess those hardware effects on quantification, count statistics, image quality and scan time both with phantoms and in patients and to investigate their clinical relevance. Patients, material, methods: PET phantom data were acquired with and without the patient table. Image noise was expressed as relative standard deviation and compared to a state-of-the-art PET/CT scanner. Protocols of the phantom/patient study regarding the surface coils were similar. Thoraces/ab- domens of 11 patients were scanned with and without a coil (1 BP, 4 min). Mean uptake and standard deviation in a cubical VOI were derived and expressed as SUV. Results: The patient table reduced the number of true coincidences (trues) by 19% (PET/MR) and by 11% (PET/CT). The scan duration for the mMR had to be increased by approximately 30% to achieve a noise level comparable to that of the PET/CT. Decreased SUVs with coil observed in the phantom were confirmed by the patient study. By removing the coil, the mean liver SUV increased by (6 ± 2)%. With (+3 ± 14)%, the average change was similar in lesions, but exceeded 20% in almost one fifth of them. The number of trues grew by (6 ± 1)% for the patients and by 7% for the phantom. Conclusion: Due to the additional attenuation caused by MR hardware, PET scan durations would have to be increased compared to current PET/CTs to provide similar image noise levels. The effect of the coils is mostly in the order of statistical fluctuations. In tumour lesions, it is more pronounced and shows a larger variability. Therefore, coils should be included in the attenuation correction to ensure accurate quantification and thus comparability across PET/MR and PET/CT scanners and within patient populations.

Zusammenfassung

Die Oberflächenspulen des integrierten PET/MR- Systems Biograph mMR wurden für PET optimiert, sind aber anderweitig nicht berücksichtigt. Der Patiententisch ist immer noch massiver als der von PET/CTs. Ziel war es, diese Hardware-Effekte auf Quantifizierung, Zählstatistik, Bildqualität und Messdauer sowohl mit Phantomen als auch in Patienten zu bestimmen und ihre klinische Relevanz zu untersuchen. Patienten, Material, Methoden: PET-Phantomdaten wurden mit und ohne Patiententisch akquiriert. Bildrauschen wurde als relative Standardabweichung ausgedrückt und mit einem aktuellen PET/CT- Scanner verglichen. Protokolle der Phantom-/ Patientenstudien bezüglich der Oberflächenspulen waren ähnlich. Thoraxe/Abdomen von 11 Patienten wurden mit und ohne Spule aufgenommen (1 BP, 4 Min). Mittlerer Uptake und Standardabweichung in einem kubischen VOI wurden ermittelt und als SUV ausgedrückt. Ergebnisse: Der Patiententisch verringerte die Zahl der wahren Koinzidenzen (Trues) um 19% (PET/MR) und 11% (PET/CT). Die Messdauer musste für das PET/MR um ungefähr 30% verlängert werden, um Rauschen zu erreichen, das dem des PET/CT vergleichbar ist. Im Phantom beobachtete niedrigere SUVs mit Spule wurden in der Patientenstudie bestätigt. Durch Entfernen der Spule erhöhte sich der mittlere Leber- SUV um (6 ± 2)%. Mit (+3 ± 14)% war die durchschnittliche Änderung in den Tumorläsionen ähnlich, aber überschritt 20% in fast einem Fünftel von ihnen. Die Zahl der Trues wuchs bei den Patienten um (6 ± 1)% und um 7% beim Phantom. Schlussfolgerungen: Aufgrund der zusätzlichen Schwächung durch MR-Hardware müssten die PET-Messdauern im Vergleich zu aktuellen PET/CTs erhöht werden, um ein ähnliches Bildrauschen zu liefern. Der Effekt der Spulen ist hauptsächlich in der Größenordnung statistischer Fluktuationen. In Tumorläsionen ist er stärker ausgeprägt und zeigt eine höhere Variabilität. Daher sollten Spulen in die Schwächungskorrektur miteinbezogen werden, um akkurate Quantifizierung und damit Vergleichbarkeit über PET/MR- und PET/CT-Scanner und innerhalb von Patientenpopulationen zu gewährleisten.

Keywords

PET/MR - hybrid imaging - multimodal imaging - PET quantification - MR hardware

Schlüsselwörter

PET/MR - hybride Bildgebung - multimodale Bildgebung - PET-Quantifizierung - MR-Hardware

^* Drs. Ziegler and Nekolla contributed equally to this work and are joint senior authors.

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