Internettundervisning ØNH 16.05.2013 PET ved ØNH-cancer 512 keV 180° n Martin Biermann Med. ansvarlig overlege, Førsteamanuensis II Spes. i nukleærmedisin – Medisinsk informatikk – NM/PET-senter, Rad. avd., Haukeland sjukehus Seksjon for Radiologi, Klinisk Institutt I, Universitet i Bergen Erik Bøylestad Nilsen skal få PPTx før undervisningen. Kl. 8.15 – 9:00 30 min pres. 15 min diskusjon -- Ingen forelesning er feilfri. Vennligst send meg kommentarer til martin.biermann@kir.uib.no .

FDG-PET ved hode/hals-cancer Generelt om PET FDG-PET ved hode/hals-cancer: Primærstaging Doseplanlegging ved stråleterapi Multimodal utredning ved ca. thyreoideae ved PET-senteret i Bergen MB 5/2013

PET/CT i Norge 2011: 4119 2012: 5413 PET ved hode/hals cancer Tromsø Mobil PET/CT 2011: 222 2012: 234 PET/CT i Norge 2011: 4119 2012: 5413 Oslo Syklotron + 4 PET/CT 2011 2012 Rikshospitalet 1338 1511 Radiumhospitalet 1034 1268 Ullevål 509 957 Aleris 146 156 SUM 3027 3892 . Bergen Syklotron + 1 PET/CT 2011: 870 2012: 1287 Aleris: 156, derav 55 FACBC Rune Sundset, UNN MB 5/2013

Røntgen versus nukleærmedisin/PET PET ved hode/hals cancer Røntgen versus nukleærmedisin/PET gamma- kamera/ PET-kamera røntgenrør pasient radioaktivt legemiddel film Påvise endringer i metabolisme før anatomi er påvirket Hva er forskjell mellom nukleærmedisin og PET og vanlig røntgen? Hva er hensikten ? Røntgen og nukleærmedisinsk bildediagnostikk er ulike metoder for å ta bilder av den menneskelige kroppen. Røntgen kan sammenlignes med fotografi: istedenfor lys bruker en røntgenstråling. Strålekilden er et røntgenrør. Bildene tas på fotografisk film eller – disse dager – med en digital detektor. Røntgenstrålene går gjennom kroppsvevet slik at vi får et bilde av kroppens indre. Årsaken er at de forskjellige vevstypene – d.v.s. bein, bløtvev, væske og luft - svekker strålingen i forskjellig grad. Vi får et skygge- eller tetthetsbilde av kroppen. I nukleærmedisin og PET tar vi bilder på en annen måte. En injiserer pasienten et radioaktiv merket stoff. Stoffet fordeler seg i kroppen. Hvorden det fordeler seg er avhengig av stoffets egenskaper og stoffskifteprosessene i kroppen. For skjelettscintigrafi brukes et stoff som tas opp i skjelettet. For bildedannelse bruker vi bruker spesielle, meget følsomme kameraer, d.v.s. et gamma-kamera eller et PET-kamera. Kameraene registrerer strålingen utsendt fra det radioaktive stoffet. Bildene viser ikke et skyggebilde av kroppen, men fordelingen av det radioaktive stoffet. Ved mange sykdommer kan en påvise endringer i stoffskifte før disse påviker kroppens struktur eller anatomi. Mengden av radioaktivitet som brukes er ufarlig og gir omtrent samme strålebelastning som snittbilderøntgen. anatomisk bilde metabolisk bilde MB 5/2013

Positronstråling (b+) PET ved hode/hals cancer Positronstråling (b+) Positroner = anti-elektroner positron bremses i vevet i løpet av 1 – 2 mm kollisjon med elektron: annihilasjonsstråling E = mc2 – 2 fotoner i motsatt retning n Beta-pluss eller positronstråling er en partikkelstråling. Partiklene heter positroner, og representerer anti-materie. Positroner er elektronenes motpart med positiv ladning. Først bremses positronet i vevet til det har tapt nesten all bevegelsesenergi. Når positron da treffer et elektron skjer noe merkelig: Materie kombineres med antimaterie. Dette betyr at massen til både positron og elektron forsvinner. Dette representer et stort overskudd av energi. Denne energien avstråles som et foton-par, hvor begge fotoner går i presis motsatt retning. Et slikt foton-par kan detekteres med et PET-kamera. -- Se også: http://no.wikipedia.org/wiki/Radioaktivitet 180° MB 5/2013

koinsidens-deteksjon PET ved hode/hals cancer Gammakamera v. PET PET (versus NM): oppløsning 4 mm (vs. 1 - 2 cm) alltid 3-dimensjonal kollimator Konvensjonell nukleærmedisin er basert på bildetaking med et gammakamera. Gammakameraets linse heter kollimator. Den er en blyplate med mange – vanligvis parallelle - hull. Hvis strålingen fra pasienten treffer kollimatoren skjevt, blir strålingen absorbert. Bare når strålingen er orientert parallell med hullene kan den sees av kameraet og forsterkes til et elektrisk signal. Kollimator er en effektiv måte å fokusere gammastråling, men den utnytter bare en prosent av stråling. En PET-skanner lokaliserer stråling uten kollimator. Dette øker yteevnen og oppløsingen av detektorsystemet betydelig. En slik skanner består av en ring av detektor-blokker rundt pasienten. Hver detektor-blokk er et mini-gammakamera. Dette gjør en PET skanner veldig kostbar. Prinsippet er det følgende: Når en enkelt gamma- partikkel treffer en detektor blir signalet ignorert. Bare når 2 detektorer registrerer 2 gammapartikler samtidig, registrerer skanneren et signal. Skanneren vet da at et positron kolliderte med et elektron på et sted på forbindelseslinjen mellom de 2 detektorene. Dette prinsippet heter koinsidens-deteksjon. -- Ikke alle PET-skannere arbeider helt uten kollimasjon. De fleste eldre skannere bruker septa (wolfram eller bly) mellom hver detektor ring, slik at hver ring bare ser fotoner fra et snittplan. De allerfleste moderne PET-skannere arbeider nå helt uten kollimasjon for å kunne detektere koinsidenser mellom alle detektorringer. Saha GB. Basics of PET imaging. Physics, chemistry, and regulations. New York: Springer, 2005. ISBN 0-387-21307-4. koinsidens-deteksjon Gammakamera PET MB 5/2013

PET-CT PET CT PET ved hode/hals cancer Den største revolusjonen i PET diagnostikk i de siste årene har vært kombinasjon av PET med computertomografi, såkalt PET-CT. Et slikt kombinert PET-CT-kamera kan ta PET og CT-bilder uten at pasienten skifter posisjonen på sengen. Her er et bilde av en relativt ny skanner hvor en kan se både CT og PET-delen som separate enheter. Hva gjør PET-CT så attraktiv? MB 5/2013

F-18-fluorodeoksyglukose (FDG) PET ved hode/hals cancer F-18-fluorodeoksyglukose (FDG) Glukose merket med radioaktivt fluor-18 (F-18) Forbrenning av glukose i kroppen er universell: normalt: hjerne, hjerte, muskulatur patologisk: mange solide svulster  kreftdiagnostikk !! leukocytter  betennelsesscintigrafi ”trapping” GLUT Hexokinase FDG-P FDG Gluc FDG-P Den største fordelen av PET i forhold til konvensjonell nukleærmedisin er kanskje at druesukker kan merkes med positronstråling. Druesukkeret merkes med radioaktiv fluor-18. Den sender ut positron-stråling som kan fanges opp med en PET-skanner. Forbrenning av drueskukker i kroppen er en universell prosess, som foregår normalt i hjerne, hjerte og muskulatur. I tillegg er økt forbrenning av druesukker et kjennetegn på ganske mange ondartete svulster. Bildetaking med radioaktivt merket druesukker er dermed utmerket for kreftdiagnostikk. I det følgende forklarer jeg hvordan det fungerer. Her ser vi et PET-snitt av hjernen. Nervecellene dekker sine energibehov med forbrenning av druesukker. La oss se på cellene i detalj: Blodkarene leverer druesukker, såkalt glukose, til cellene. Disse tar opp druesukker gjennom en spesifikk glukosetransporter. I cellene blir druesukker kjemisk modifisert med en fosfatgruppe slik at druesukkeret ikke kan forlate cellene. Deretter blir det normale druesukkeret forbrent i stoffskifte. Den fluor-merkede varianten av druesukkeret blir transportert inn i cellene og fosfatert på samme måte som vanlig druesukker. Men i motsetning til vanlig druesukker kan den fluor-merkede varianten ikke prosesseres videre av cellene. FDG-fosfat akkumulerer i cellen. Dette kalles ”trapping”. Selve det radioaktive legemidlet gis i spordoser og har dermed ingen bivirkninger. Trapping er en ønsket effekt, fordi det øker det radioaktive signalet. -- En kan faktisk bruke gamma-kameraer for å registrere stråling fra F-18, men bildene er av dårlig kvalitet. Derfor satser en på dediserte PET-skannere (se Foredreg ved åpning av PET-sentret i Oslo). Gluc-6-P MB 5/2013

Indikasjoner for F18-FDG: Onkologi PET ved hode/hals cancer Indikasjoner for F18-FDG: Onkologi Hode/halskreft1,2 Thyreoidea1 Øsofagus1,2 Lungecancer (non-small-cell) 1,2 Kolon/rektum1,2 Lymfom1,2 Melanom1,2 De følgende 7 entiteter er aksepterte indikasjoner for FDG-PET i USA og i Tyskland: hode/hals-kreft Thyreoidea Esofagus Lungecancer (non-small-cell) Kolon/rektum Lymfom Melanom I det følgende skal jeg presentere eksempler på hver av disse krefttypene. For thyreoideacancer har jeg lagret et foredrag på radioweb. Det fins mange entiteter hvor FDG-PET også er verdifull, men indikasjonene er ikke ennå så etablert. Ved enkelte entiteter som f. eks. cancer prostatae bruker man radioaktiv merkede aminosyrer. flere andre indikasjoner: seminom, osteosarkom… 1Reske (2001) Eur J Nucl Med 28:1707-23 2http://www.cms.hhs.gov Fletcher (2008) J Nucl Med 49:480-508 MB 5/2013

Hode/halskreft Prospektiv studie: n = 60 pas. Resultater: PET ved hode/hals cancer Hode/halskreft Prospektiv studie: n = 60 pas. Resultater: 117 metastaser i 1284 lymfeknuter Sens. Spes. PET 90 % 94 % CT 82 % 85 % MR 85 % 94 % US 72 % Adams (1998) Eur J Nucl Med 25:1255-60 MB 5/2013

FDG-PET (CT) for hode/hals-kreft PET ved hode/hals cancer FDG-PET (CT) for hode/hals-kreft 2 metaanalyser n studier Sensitivitet Spesifisitet PET 32 84 % (72-91) 90 % (85-95) PET-CT 12 84 % (78-88) 96 % (94-98) Analyse per nodal level, gullstandard = histologi PET-CT øker spesifisitet over PET Kyzas (2008) J Natl Cancer Inst 100:712-20 Yongkui (2013) Surg Oncol (in press) MB 5/2013

FDG-PET (CT) for hode/hals-kreft PET ved hode/hals cancer FDG-PET (CT) for hode/hals-kreft 76 konsekutive pas. planlagt for neck dissection Sensitivitet Spesifisitet FDG-PET 86.4 % 76.9 % KM-CT 86.9 % 53.8 % Ultralyd 57.1 % UL-veiledet FNB 85.7 % FDG-PET best ved N+ Cave: nekrotiske & inflammatoriske LN Analyse N0/N+ (per pasient), gullstandard = histologi FNB mest spesifikk Stoeckli (2012) Head & Neck 34:469-76 MB 5/2013

FDG-opptak og lokal kontroll PET ved hode/hals cancer FDG-opptak og lokal kontroll 50 pas. med ny plateepitel-CA i hode/hals Høyt FDG-opptak dårlig prognose Torizuka (2009) AJR Am J Roentgenol 192:W156-60 MB 5/2013

Case 1 f 75 yrs. SCC retromolar L op. PET ved hode/hals cancer Case 1 f 75 yrs. SCC retromolar L op. Anatomien fremstilles KUN ved KM-CT KM-CT LD-CT MB 5/2013

Case 1 f 75 yrs. SCC retromolar L OP 2002 PET ved hode/hals cancer Case 1 f 75 yrs. SCC retromolar L OP 2002 cancer! LK-met. LIIb M. pterygoideus medialis ! IKKE cancer! MB 5/2013

Tumor volume squamous epithelial cancer PET ved hode/hals cancer Tumor volume squamous epithelial cancer Methods: total laryngectomy in 9 pts. CT, MR, FDG-PET with mask OP preparation kryofixated en bloc All methods overestimated tumor volume (TV): PET most accurate 20 % of TV only seen with PET PET essential for radiotherapy planning Daisne (2004) Radiology 233:93-100 MB 5/2013

Dose planning for RTx with PET-CT PET ved hode/hals cancer Dose planning for RTx with PET-CT Haukeland University Hospital 14 Apr 2010 MB 5/2013

Case 2 m 78 yrs. SCC epipharynx T2 N2 M0 PET ved hode/hals cancer Case 2 m 78 yrs. SCC epipharynx T2 N2 M0 FDG-uptake in primary tumor + 3 lymph nodes MB 5/2013

m 78 yrs. SCC epipharynx T2 N2 M0 PET ved hode/hals cancer Case 2 m 78 yrs. SCC epipharynx T2 N2 M0 Need for a multimodal diagnostic viewing system on top of the dose planning system ! Read each modality on its own ! MB 5/2013

Case 2 m 78 yrs. SCC epipharynx T2 N2 M0 PET ved hode/hals cancer Case 2 m 78 yrs. SCC epipharynx T2 N2 M0 MB 5/2013

Treatment plan for oropharyngeal cancer PET ved hode/hals cancer Treatment plan for oropharyngeal cancer Diagnosis chemotherapy IMRT 6 weeks PET-CT PET-CT MB 5/2013

Case 3 m 51 yrs. SCC vallecula T2 N2c M0 PET ved hode/hals cancer Case 3 m 51 yrs. SCC vallecula T2 N2c M0 renal failure: no CE-CT Metabolic response:  FDG-uptake in the GTV pre-chemo PET-CT essential MB 5/2013

IMRT plan m 51 yrs. SCC vallecula T2 N2c M0 PET ved hode/hals cancer IMRT plan m 51 yrs. SCC vallecula T2 N2c M0 MB 5/2013

FDG-PET for radiation therapy planning PET ved hode/hals cancer FDG-PET for radiation therapy planning Firmly established clinical routine for head & neck and pelvic cancers at Haukeland since 2010 even before own FDG-production Clinical workflow: close collaboration between radiologist, nuclear physician, radiooncologist, physicist, technicians Challenges in multimodal imaging: One MUST view all modalities on their own and in geometric correlation (fusion) to each others: Dedicated multimodal diagnostic viewing system in addition to the radiation therapy planning system Quality assurance with phantoms MB 5/2013

Medviz Seminar 12 Apr 2013 Multimodal imaging for suspected recurrent differentiated thyroid cancer (DTC) FDG-PET-CT, I-131 SPECT-CT, ultrasound (US) and US-guided fine needle biopsy (FNB) The incremental value of multimodality imaging over single-modality US & PET M. Biermann,1,4 J. Kråkenes,1,4 Haugland HK,2 L. Akslen,2,4 J. E. Varhaug,3,4 M. Brauckhoff3,4 1PET-centre, Dept. of. Radiology, 2Dept. of Pathology 3Dept. of Endocrine Surgery, Haukeland University Hospital 4University of Bergen, Bergen, Norway Thanks a lot for giving me the chance to speak about multimodal imaging at the MedViz Start-up conference.

PET ved hode/hals cancer Material and Methods n = 51 patients with newly suspected recurrence from 6/2009 – 12/2011 at Haukeland University Hospital in Bergen/Norway Ultrasound + fine needle biopsy (FNB) before PET I-131-SPECT-CT (≥ 3 GBq)* F-18-FDG-PET* incl. contrast-enhanced CT (CE-CT) of the neck Serum-hTg* Ultrasound + FNB after PET * under TSH stimulation Biermann (2003) Eur J Nucl Med Mol Imaging 30:160-3 van Tol (2002) Thyroid 12:381-7 MB 5/2013

Results: Multimodal imaging (MMI) PET ved hode/hals cancer Results: Multimodal imaging (MMI) 51 patients: accuracy 92 % 63 neck & mediastinal lesions in 24 patients 43 malignant: 5 local recurrences, 5 mediastinal 20 benign histology in 39, FNB in 11, imaging follow up in 13 Distant metastases in 10 pts. (9 lung, 3 bone, 1 adrenal) accuracy 86 % recurrence no recurrence true pos. 33 (63 %) true neg. 16 (31 %) false pos. 2 ( 4 %) false neg. 1 ( 2 %) MB 5/2013

Neck lesions (n = 57) Pre-PET ultrasound: accuracy 49 % PET ved hode/hals cancer Neck lesions (n = 57) Pre-PET ultrasound: accuracy 49 % FDG & I-131 uptake: accuracy 80 % Post-PET ultrasound: accuracy 88 % true pos. 21 (37 %) true neg. 7 (12 %) false pos. 8 (14 %) false neg. 21 (37 %) true pos. 36 (66 %) true neg. 10 (18 %) false pos. 6 (11 %) false neg. 3 (6 %) true pos. 34 (60 %) true neg. 16 (28 %) false pos. 1 (2 %) false neg. 6 (11 %) MB 5/2013

Therapeutic consequence PET ved hode/hals cancer Therapeutic consequence Pre-PET intended Tx vs. post-PET actual Tx in the true positive patients / all patients (= 51): 10 no Tx  active local Tx (8 OP, 1 laser, 1 RTx) (lesion overlooked in pre-PET US in 13 pts.*) 3 surgery  extended surgery in other region (lesion overlooked in pre-PET US in 3 pts.) 1 surgery  no Tx (false pos. pre-PET US) 18 surgery as intended S Treatment changes in 14/51 pts. = 28 % *3 patients "too old" for surgery MB 5/2013

Case 1 f. 50 yrs. Pap. TC stim. hTg 1490 ng/ml PET ved hode/hals cancer Case 1 f. 50 yrs. Pap. TC stim. hTg 1490 ng/ml SUVmax 10 FDG-pos. paratracheal recurrence !? F-18-FDG-PET I-131-SPECT-CT (3 GBq) MB 5/2013

Case 1 f. 50 yrs. Pap. TC stim. hTg 1490 ng/ml PET ved hode/hals cancer Case 1 f. 50 yrs. Pap. TC stim. hTg 1490 ng/ml 400 x L. Helgeland HUS Therapy: endotracheal laser ablation FNB: paratracheal recurrence MB 5/2013

Case 2 f. 55 yrs. PTC OP 2006 ↑↑Tg-AB hTg 0 PET ved hode/hals cancer Case 2 f. 55 yrs. PTC OP 2006 ↑↑Tg-AB hTg 0 400 x L. Helgeland HUS FNB: Papillary thyroid cancer! MB 5/2013

Case 2 FDG-PET-CT f. 55 yrs. PTC OP 2006 PET ved hode/hals cancer Case 2 FDG-PET-CT f. 55 yrs. PTC OP 2006 LN-metastasis paratracheal rec. Surgery (K1a, 2, 3) Haukeland: All 3 foci confirmed Intact recurrent laryngeal nerves US + FNB: 1 LN-metastasis PET: 2 extra tumour lesions! MIP LN-metastasis MB 5/2013

Case 3 f. 43 yrs. pap. TC stim. hTg < 0.2 ng/ml PET ved hode/hals cancer Case 3 f. 43 yrs. pap. TC stim. hTg < 0.2 ng/ml I-131 I-131 positive metastasis F-18-FDG SUVmax 2 CE-CT MB 5/2013

Case 3 f. 43 yrs. pap. TC stim. hTg < 0.2 ng/ml PET ved hode/hals cancer Case 3 f. 43 yrs. pap. TC stim. hTg < 0.2 ng/ml Cranial FDG-pos. LN ! de-differentiated metastasis? FDG SUVmax 2 I-131 FDG SUVmax 4 CE-CT CE-CT MB 5/2013

Case 3 f. 43 yrs. pap. TC stim. hTg < 0.2 ng/ml PET ved hode/hals cancer Case 3 f. 43 yrs. pap. TC stim. hTg < 0.2 ng/ml 400 x HK Haugland HUS FDG SUVmax 4 US guided FNB: Tg < 0.2 inflammatory LN ! OP 1/2011: 1 LN metastasis (I-131 pos.) 22 tumor-free LN CE-CT MB 5/2013

Case 4 f. 56 yrs. pap. TC stim. hTg 5 ng/ml PET ved hode/hals cancer Case 4 f. 56 yrs. pap. TC stim. hTg 5 ng/ml Microcalcifications! Metastasis? OP 1/2011: 1 LN metastasis (I-131 pos.) 22 tumor-free LN Hyperperfusion: Metastasis !? Doppler ultrasound MB 5/2013

Case 4 f. 56 yrs. pap. TC stim. hTg 5 ng/ml PET ved hode/hals cancer Case 4 f. 56 yrs. pap. TC stim. hTg 5 ng/ml FDG & I-131 negative! FDG SUVmax < 1 OP 1/2011: 1 LN metastasis (I-131 pos.) 22 tumor-free LN Doppler ultrasound FDG-PET + CE-CT MB 5/2013

Case 4 f. 56 yrs. pap. TC stim. hTg 5 ng/ml PET ved hode/hals cancer Case 4 f. 56 yrs. pap. TC stim. hTg 5 ng/ml 200 x HK Haugland HUS OP 5/2011: 1 LN metastasis 17 tumor-free LN OP 1/2011: 1 LN metastasis (I-131 pos.) 22 tumor-free LN Fine needle biopsy: thyroid epithelium hTg 800 ng/ml in washout FDG & I-131 neg. metastasis ! Doppler ultrasound MB 5/2013

FDG-PET for residiv ved ca. thyreoideae PET ved hode/hals cancer FDG-PET for residiv ved ca. thyreoideae Multimodal billeddiagnostikk positiv hos 65 % Endret terapi hos 27 % (14/51) av pasienter Ikke operer uten PET! Kun 80 % accuracy ved FDG-PET: Submandibulære lymfeknuter: FNB ! Pulmonale infiltrater, thymus Fysiologisk/reaktivt opptak i muskulatur Post-PET ultralyd + finnålsbiopsi ! Præ-PET ultralyd + FNB viktig for optimal indikasjon for FDG-PET MB 5/2013

FDG-PET for hode/hals-cancer PET ved hode/hals cancer FDG-PET for hode/hals-cancer Mest nytte ved N1 hals – mangler sensitivitet for å kunne «bevise» en N0-situasjon Essensielt for stråleterapi-planlegging ved epipharynx-cancer: PET-CT før og etter neoadjuvant kjemoterapi Cave: Falsk negativ FDG-opptak ved nekroser Falsk positiv ved inflammatoriske LK FDG-opptak enda mer variabel ved ca. thyr. PET-CT best med koregistrert KM-CT hals: low dose CT = low-information CT! MB 5/2013

Fremtiden er multimodal ! PET ved hode/hals cancer Bergen PET-senter Fremtiden er multimodal ! Haukeland Universitetssykehus og Universitetet i Bergen får sitt eget PET-senter. Bygget står foran hovedblokken til Haukeland Universitetssykehus. Hele første etasjen skal være dedikert til PET og nukleærmedisin. Betongarbeidene skal være ferdig i vår 2007, og sentret i drift i 2008. MB 5/2013