qaisar hussain sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfsajjad a memon, naeem a...

93

Upload: others

Post on 27-Jun-2020

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal
Page 2: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

Official journal of Pakistan Society of Nuclear Medicine

Qaisar Hussain Siraj

Dr Khalid NawazDr Ahmad QureshyDr Abida RazaDr Shoaib Shah

Dr Maseeh uz ZamanDr Akhtar AhmedDr M Babar ImranDr Sadiq Hussain Nohario

Pakistan Journal ofNuclear Medicine

Prof A H Elgazaar, KuwaitProf S Rasoul Zakavi, IranProf Durval C Costa, PortugalProf Henry Bom, S KoreaProf Ajit K Padhy, SingaporeDr Kottekatu K Balan, UKProf G S Pant, Saudi ArabiaProf Omar Alonso, UruguayDr John R Buscombe, UK

Dr Frederic Fahey, USAProf Giuliano Mariani, ItalyDr G M Shah, Saudi ArabiaDr Thomas Pascal, PhilippinesProf Ali Nawaz Khan, UKDr Michael A Masoomi, UKDr Jamshed B Bomanji, UKProf Richard Underwood, UKProf A J B McEwan, Canada

Dr Humayun BashirDr Saima HaiderDr Nasir MahmoodDr H Ghulam AbbasDr Mujahid Khalid AliDr Riffat HussainDr Syed Shahid IqbalDr Shahab Fatimi

Dr Mohammad SohaibDr Mohsin Saeed SheikhDr Amjad Aziz KhanDr M Numair YounisMr Asdar ul HaqMr Farrukh HameedDr M Adnan SaeedDr Saima Riaz

Dr Ghazal Jameel (Publication Secretary)

P JNMQaisar Hussain SirajDurr-e-Sabih

Page 3: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

REVIEW ARTICLE

Paving the way for modality choice of the future: challenges and expectations of the firstsimultaneous whole­body PET­MRI molecular imaging in the UK Michael Masoomi, GeorgiosNtentas and Lawrence Foulsham

ORIGINAL ARTICLES

Efficacy of motion­correction in absolute quantification of colonic PET­CT for drugresponse therapy Michael Masoomi, Andy Robinson, Yassine Bouchareb, Seyedali Hejazi andNicholas M Spyrou

Exposure rate patterns in 131I therapy inpatients at NIMRA Jamshoro: an 08­year studySajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal

Study of normal biodistribution and uptake patterns of novel anticancerradiopharmaceutical complex 99mTc­Methotrexate Rashid Rasheed, Muhammad Javed,FayyazAhmad, Asima Sohail, Sohail Murad, Misbah Masood, Shahid Rasheed, Saqib Rasheed, Babar Imranand Simab Shaheen

Assessment of regional cerebral blood flow in major depressive illness by radionuclidebrain perfusion SPECT Saima Riaz, Fida Hussain, Amin Waqar, MK Ali and F Minhas

CASE REPORTS

Movahed's sign in chronic thromboembolic pulmonary embolism Humayun Bashir andGregory Shabo

A case of left Bochdalek hernia Qaisar H Siraj, Rasha M Al­Shammeri and Osama Ragab

A case of right Bochdalek hernia Durr­e­Sabih and Kashif Rahim

SPECT­CT of an unsuspected ischial tuberosity avulsion fracture. Rasha Al­Husseini and Qaisar H Siraj

SPECT­CT of peritoneal­scrotal leakage in patients on continuous ambulatory peritonealdialysis Anwar Al­Banna, Qaisar H Siraj, Uzma Afzal and Eiman Al­Awadi

Mediastinal spread of medullary thyroid carcinoma imaged by locally formulated99mTc­ DMSA (V) Aakif Ullah Khan, Hameedullah*, Aamir Bahadur,  Muhammad Rauf Khattak andAbdus Saeed ShahIMAGING GAMUTSMyocardial uptake of 99mTc­MDP in infective endocarditis Hasan Raza, Zafar Nasir* andShahid Kamal

SPECT­CT diagnosis of temporomandibular joint infection secondary to otitis externaAmir Javaid, Rasha M Al­Shammeri, Qaisar H Siraj and Anwar Al­Banna

Unilateral decreased gallium limb uptake in poliomyelitis Eiman Al­Awadi*and Qaisar H Siraj

The 'signet ring� sign on 99mTc­MAG3 renal scan Anthony D'Sa*, Marina Easty and LorenzoBiassoni

Multiple osteomyelitis with septic arthritis on a 3­phase bone scanMasha Maharaj, Alexandra Frankl, Elise Kuwa, Xolani Mqhayisa, Farzana Rasool, Jacob Manamela andElizabeth Kgakgudia

1

22

29

37

44

53

57

61

65

69

73

78

80

83

85

87

Page 4: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

Paving the way for modality choice of thefuture: challenges and expectations of the firstsimultaneous whole­body PET­MRI molecular

imaging in the UKMichael Masoomi1,3,*, Georgios Ntentas2,3,

Lawrence Foulsham4

1Department of Nuclear Medicine, Farwania Hospital, Kuwait2Department of Medical Physics, Kings College Hospital, London, UK3Department of Medical Physics, University of Surrey, Guildford, UK4Imaging and Oncology Systems, Siemens Healthcare Solutions, UK

REVIEW ARTICLE

*Correspondence

  Dr Michael A Masoomi  Department of Nuclear Medicine  Farwaniya Hospital  PO Box 18373, Kuwait 81004  Email: [email protected]

Abstract   Following the success of PET­CTin  the  last  decade,  there  have  been  highexpectations  regarding  the  development  ofnew hybrid imaging modalities such as PET­MRI.  After  years  of  development,  the  firstsimultaneous,  fully  integrated,  whole­bodyPET­MRI scanner has been released and firstclinical results have been published.

PET­MRI offers numerous advantages such asexcellent  soft­tissue  contrast,  significantlylower radiation dose than PET­CT and a widevariety  of  functional  MR  imaging  combinedwith PET. However, there are some technicaland operational challenges to be addressed.The  main  objectives  of  this  study  were  toreview the challenges and expectations in theinstallation,  siting,  and  patient  serviceprovision  of  the  Biograph  mMR,  the  firstsimultaneous  whole­body  PET­MRI  systeminstalled in the UK and to underline the variousfeasible solutions.

The paper incorporates an extensive literaturereview,  several  visits  to  the  installation  siteand  productive  discussions  with  associatedscientists and Siemens Healthcare (BiographmMR  manufacturer).  With  regards  to  roomshielding  and  siting  requirements,  severalunique characteristics were observed as theyhad to meet the local regulations for both thePET and  the MRI components. Local patientservice  provision  requirements  wereaddressed  through    developing  new  clinicalexamination protocols and through additionalsafety considerations. Further research will benecessary  for     optimising these proceduresand to ensure widespread clinical adoption ofthe PET­MRI imaging system.

Key  words:  Simultaneous  PET­MRI,Biograph mMR, integrated PET­MRI system

Introduction

The last decade has seen remarkable developmentsin hybrid medical imaging technology. The scientificcommunity and the healthcare industry have bothshown an increasing interest in research in the fieldand serious investments have been made in orderto  produce  cutting­edge multimodality    imagingsystems.

PJNM 2013, 3:1­21                            331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<01:PTFMCO>2.0.TX;2­M

Page 5: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1   2

Imaging  modalities  such  as  computedtomography  (CT),  single­photon  emissioncomputed  tomography  (SPECT),  positronemission  tomography  (PET),  and  magneticresonance imaging (MRI) are well known fortheir  unique  role  in  current  diagnosticmedicine.  Integration  of  these  imagingmodalities  in  hybrid  imaging  systems  cansignificantly improve the diagnostic yield. Theoverwhelming success of PET­CT is evidencedby the fact that the hybrid PET­CT has nowdisplaced  the  stand­alone  PET  systems  [1].Although  PET­CT  provides  extremely  usefulclinical  data,  it  has  some  limitations  anddrawbacks such as a high radiation dose andpoor soft­tissue contrast. Consequently,  theidea  of  combining  PET  with  MRI,  for  thelatter's  null  ionising  radiation  dose  andexcellent soft­tissue contrast was conceivedso as  to overcome  these  limitations.  It wasfirst proposed at approximately the same timeas PET­CT, i.e.  early 1990s [2].

The  combination  of  PET  with  MRI  has  anumber  of  advantages  over  other  hybridimaging modalities.  The  superior  diagnosticinformation  regarding  soft­tissue  analysis,tissue  characterisation,  tumour  staging  andsome  functional  imaging  that MRI provides,combined  with  the  high  sensitivity  offunctional imaging of PET, offers an excellentdiagnostic  tool.  However,  its  technicaldevelopment  and  clinical  application  is  stillvery  challenging.  Various  aspects  such  asattenuation  correction,  body­motion,  MR­compatible detection systems and installationand  workflow  challenges  need  furtherresearch  and  innovative  solutions  beforePET­MRI  will  be  fully  introduced  forwidespread clinical practice.

This  study  initially  provides  a  generaltheoretical  background  regarding  hybridimaging  and  in  particular,  PET­MRItechnology,  and  identifies  and  presents  theadvantages  and  the  challenges  of  thisadvanced technology in the delivery of clinicalservices  of  the  first  fully­integrated  andsimultaneous PET­MRI system in the UK.

Hybrid imaging

In  diagnostic  imaging,  there  is  a  strongreliance  on  anatomically  based  techniquessuch  as  X­rays,  MRI,  ultrasound  and  CT,whereas  this  is  not  always  the  case  formolecular or  functional  imaging  techniques.Clinicians  often  tend  to  describe  nuclearmedicine techniques using the popular epithetof 'unclear medicine� [3] which is due in partto  the  poor  spatial  resolution  of  functionalimaging,  giving  the  impression  that  it  issomehow  less  valid  than  radiologicaltechniques. Additionally, the complexity of theprinciples behind functional imaging such ascompartmental models,  time­activity curvesand deconvolutional analysis might be beyondcommon understanding. However, molecularand  functional  imaging  provides  significantdiagnostic information regarding radioisotopeuptake, actual tumour volume, etc., which iscrucial for accurate diagnosis and treatmentplanning. Hybrid imaging is an integration ofboth  functional  and  anatomical  imagingtechniques  in  the  same  modality  and  itrepresents  the  various  advantages  of  bothmodalities.  The  combined  devices  in  anintegrated  system  complement  each  othertechnically and clinically. The acquired imagesmatch significantly better than software fusionof images acquired on separate devices, theclinical workflow is improved and most of theintegrated systems have long­term financialadvantages over separate systems [4].

Recent developments in hybrid imaging

The main and most  recent developments  inhybrid  imaging  technology  are  SPECT­CTPET­CT, and PET­MR. Other imaging systemsare also under design or  in  the exploratoryphase.  Developments  such  as  small  animalSPECT­MR  and  less  obvious  combinationsincluding  CT­MR  and  PET­optical  are  alsobeing studied [5].

The success of PET­CT in replacing the stand­alone  PET,  demonstrates  the  potential  ofintegrated  technology  in  replacing  theconventional systems. Significant investmentshave been made in instrumentation and R&D,which  has  facilitated  manufacturing  of  thenew hybrid systems.

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Page 6: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 3

PET­CT  has  revolutionized  the  way  thatclinicians  perceive  molecular  imaging.  Fusedimages are becoming the preferred diagnostictool as they increase the accuracy in localisingthe  abnormalities  and  thus  the  clinicians'confidence in treatment planning. PET­CT hasrapidly  improved  PET  acquisition  times  frommore than one hour to less than 20 minutes. Asa consequence, patient tolerance has improved,a larger number of scans are being undertaken,and there is more efficient use of radiotracerswith rapid radioactive decay, together with moreproductive use of medical staff, with a resultantreduction in the overall costs [3].

Using CT to obtain attenuation correction mapshas been extremely beneficial and has not onlyimproved the quality of the PET scan but hasalso replaced the time­consuming transmissionscans  using  radioactive  sources.  Since  theattenuation  characteristics  of  x­rays  aresignificantly  different  from  the  annihilationphotons,  correction  factors  are  required  toconvert  from  a  CT  attenuation  map  to  anappropriate 511 keV map, which  can  lead  todiscordances.

Although the combination of CT with SPECT andPET for hybrid imaging is currently being utilizedin many studies with promising results, thereare some issues remaining to be addressed. Asdata  acquisition  is  not  simultaneous  butsequential,  patient­movement  or  respirationmay influence the images and introduce body­motion artifacts. Various  solutions have beenproposed  to  address  these  issues  through  anumber of ongoing research projects. There arealso some shortcomings in the use of CT as acomplementary modality which include a highradiation dose (especially significant for youngpatients) and poor soft­tissue contrast. Thesetwo limitations however do not apply to MRI,and unlike PET­CT, simultaneous acquisition isfeasible with an integrated PET­MRI system.

Positron emission tomography

In  clinical  PET  imaging,  a  positron  emitterradiolabelled  molecule  is  administered  to  apatient via injection (Table 1). The positron aftera few millimeters random walk within the tissue,annihilates with an electron and two 511 keV

gamma­rays  are  emitted  in  almost  oppositedirections. These gamma­rays are detected ascoincidence  events  when  registered  within  ashort­time window  and  assigned  to  a  line  ofresponse (LOR). With coincident detection, theresolution along the LOR remains quite constantproviding  significantly  greater  efficiency  andimproved uniformity of spatial resolution about100 times that of SPECT [3]. Furthermore, thehigher sensitivity of PET enables identificationdelivery  of  pictogram  quantities  ofradiochemical compound, i.e. toxic cocktail, totarget organs for oncology purposes [7].

The  detection  of  511  keV  photons  has  someminimum requirements such as good timing andenergy  resolutions  (~3ns  and  ~13%  FWHMrespectively),  high  coincidence  photo  peakefficiency (~41%) and  fast scintillation decayconstant  (<300 ns)  [7].  The  commonly usedscintillation  materials  are  bismuth  germinate(BGO),  cerium­activated  lutetiumoxyorthosilicate (LSO), cerium­activated gadolinium  oxyorthosilicate  (GSO)  and  thallium­activated sodium iodide (NaI). In the design ofthe current PET­CT systems, scintillation blocksare attached to photo multiplier tubes (PMTs),whereas  in  integrated  PET­MRI  systems,avalanche  photodiode  detectors  (APDs)  areutilized as PMTs are not able to  function  in ahigh magnetic field.

Due  to  the  high  penetration  of  the  511  keVannihilation  photons  of  the  PET  radiotracers,which  make  the  patient  a  high  source  ofradioactivity, it is necessary to carefully designthe radiation shielding to protect both the staffand the general public. One has to consider thetype and the amount of the radioisotope thatwill  be  administered,  the  length  of  time  thatpatient will remain at the facility, the locationof the facility as well as the general environment[10]. The principal aim of radiation protectionis to maintain the dose to both radiation workersand  the  public  as  low  as  reasonably  asachievable  (ALARA).  High­density  materialssuch as lead, steel and concrete can be used forradiation  shielding.  The  appropriate  shieldingthicknesses  (x)  can  be  calculated  fortransmitted radiation  intensity (I) through anabsorbing material [9].

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Page 7: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 4

The  appropriate  build­up  function  for  theshield geometry should be used:

where, Io is incident intensity, b(µx) is build­up  function, µ  is  the  linear  attenuationcoefficient  and x  is  the  thickness  of  theshielding material.

Magnetic resonance imaging

Magnetic resonance  imaging (MRI) does notrely  on  ionizing  radiation  (as  CT  andconventional  radiography  do),  nor  does  itdepend on the transmission of energy throughtissue  (unlike ultrasound  imaging),  rather  ittakes  advantage  of  an  entirely  differentphysical principle, i.e. the interaction of atomicnuclei  with  imposed  magnetic  fields,  whichcauses  radiofrequency  NMR  signals.  Thesesignals  provide  unique  information  abouttissue chemistry, and MRI images reflect thisinformation that is altered depending on thetissue type and its characteristics.  Figure 1,shows a  schema of  a  complete MRI  systemconsisting  of  a  large  bore  magnet,  stablepower  supplies,  RF  transmitter­receiverelectronics, small field­of­view receiving coilsfor  specific  anatomy,  moving  patient  tablewith embedded the associated computer andarray  processor  with  fast  Fourier  transform[7].

The  various  MRI  techniques  provide  theclinicians  with  very  high  diagnostic  qualityimages and excellent soft­tissue contrast withno  exposure  to  ionizing  radiation.  MRI  cansuccessfully  display  chemical  differences  ofvarious  tissue  types  (on  a  grayscale)  andblood  flow  (as  a  high­intensity  image).  Thefunctional  MRI  (fMRI)  technique  enablesstudying  of  the  transit  through  the  brain  inreal  time  (using  echo  planar  imaging)  andmaps blood volume during brain activity [5].

Diffusion­weighted MR  (DW­MR), where  themagnetic field with different gradients is usedto map  phase  differences  in  the MRI  signalcaused by diffusing molecules, can be used tostudy functional processes in living subjects.DW­MR has clinical applications including fiber

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

I=Iob(µx)eµx

 Table 1  PET radiotracers and some of their propertiesNuclide Half­life Decay

modePositron

max energy(MeV)

Photonemission(keV)

Dose rateconstraint

(µSv/m2/MBq/h)

1 hour integrateddose

(µSv/m2/MBq)

11C 20.4 min β+ 0.96 511 0.148 0.063

13N 10.0 min β+ 1.19 511 0.148 0.034

15O 2.0 min β+ 1.72 511 0.148 0.007

18F 109.8 min β+, EC 0.63 511 0.143 0.119

64Cu 12.7 h β­, β+, EC 0.65 511, 1346 0.029 0.024

68Ga 68.3 min β+, EC 1.9 511 0.134 0.101

82Rb 76 s β+, EC 3.35 511, 776 0.159 0.006

124I 4.2 d β+, EC 1.54, 2.17 511,603,1693 0.185 0.184

Figure  1 A  complete  MRI  system(courtesy Siemens Healthcare)

Page 8: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 5

tracking, diagnosing Alzheimer's disease, characterization of tissue structure, cancer detection, andevaluation  of  ischaemia  and multiple  sclerosis.Magnetic  resonance  spectroscopy  (MRS), whichapplies selective radiofrequency excitation pulses,is used to analyze molecular composition of tissuesand to define biopsy targets by separating areasof active tumour from inflammation, necrosis orfibrosis [12].

PET­MRI: potential advantages

The  idea  of  combined  PET  and  MRI  wasexpressed in the 1990s (earlier than proposalfor the combined PET­CT). Simon Cherry andPaul Marsden  [11] observed  the potential  ofsuch modality,  but  there were many  technological challenges to overcome before the firstclinical  PET­MRI  could  be  launched.  Theadvantages  of  this  hybrid  imaging  arenumerous  with  high  commercial  interests.PET­MRI  is  a  combination  of  excellent  soft­tissue  contrast,  high  spatial  resolution,functional imaging and high sensitivity, whichenables assessment of metabolic abnormalitiesand  changes  in  mass  lesions,  well  beforetumour size changes can be measured.

Another essential advantage of PET­MRI is thelower radiation exposure with significantly loweroverall  examination  doses  in  comparison  toPET­CT.  A  whole­body 18F­PET­CT  dose­estimation  study  of  a  male  patient,demonstrated that the effective total doses (forthree  different  CT  scanning  protocols)  were13.65, 24.80 and 32.18 mSv, whereas the PETcomponent  dose  contribution  was  only  6.23mSv. It is quite clear that CT is responsible forthe  greatest  amount  of  radiation  dose.Replacing the CT with MRI considerably lowersradiation doses from 54% up to 83% [13].  Thisadvantage  is  of  great  importance  in  imagingchildren  and  young  adults  with  potentiallycurable  oncological  diseases,  patients  withnon­oncological  indications,  in  repeatedexaminations, and dynamic contrast­enhancedstudies, though this may be of less importancein patients with limited life expectancy.

The high sensitivity of PET is complementingthe poor  signal  strength  inherent  in  currentfunctional  MRI  imaging,  whereas  the  MRI

strong  magnetic  field  is  improving  PETresolution as it limits the positron range priorto  annihilation  [15].  For  simultaneous  dataacquisition,  PET­MRI  not  only  allows  highspatial  overlay  accuracy,  but  also  allowsexceptional  temporal  co­registration,  whichenables  MR­based  PET  image  motion­correction for precise cardiac and abdominalimaging [12].

In  theory,  MRI  appears  to  be  a  perfectanatomical complement to PET preferred forabdominal and pelvic imaging whereas PET­CTis  still  the  preferred  choice  for  thoracictumours  [12].    Co­registered  anatomy  andmetabolic  images  can  enable  better  lesionidentification  and  staging  in  a  variety  ofmalignancies such as liver, bone metastases,brain  tumours,  rectal,  prostate,  breast,gynaecological and head and neck oncologicalstudies.

In  the  detection  of  bone  metastases,  FDGPET­CT  has  been  shown  to  provide  false­negative  results,  especially  in  earlymetastases, as FDG metabolism might not bevisualized  due  to  the  normal  bone  marrowuptake. On the contrary, MRI has proven toimage  bone  marrow  itself,  and  thereforePET­MRI holds  the potential  to demonstratethese  secondary  manifestations  [12].Nonetheless, the diagnostic and clinical valueof  the  PET­MRI  is  yet  to  be  provenunequivocally  despite  its  uniqueness  andsuperiority  over  other  hybrid  modalities  inseveral  aspects.  The  clinical  results  shouldjustify the longer examination times and thehigh  capital  maintenance  and  the  workflowcosts.  It  also  needs  to  be  proven  that  anintegration  of  the  both  modalities  iseconomically  superior  to  two  individualsystems.  The  main  argument  for  theintegration of PET and MRI examinations,  inaddition  to  the  earlier  stated  benefits,  is  toreduce the duration of the subsequent imagingwhich is extremely unpleasant for patients.

PET­MRI: clinical expectations

The clinical success of PET­CT has paved theway for the development of integrated PET­MRmultimodality imaging system with high clinical

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Page 9: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 6

expectations. However,  it  is anticipated thatfully comprehensive clinical applications of theintegrated  PET­MR  imaging  system,  willrequire  some  time  as  it  has  been  mostlyutilized  in  research  environment.  Given  thefact  that  research  has  been  undertakensequentially  in  various  modalities  and  withsimultaneous Brain­PET­MRI prototype in therecent years, there are strong indications thathardware­fusion PET­MRI has the potential toprovide  clinicians  with  various  applicationsmainly in the following subspecialties

NeurologyThe  human  brain  is  the  most  investigatedclinical  area  with  PET­MRI  so  far.  Variousstudies  [5,  16,  17]  have  shown  that  brainimaging  could  greatly  benefit  from  theadditional  morphological  and  functionalinformation  that  is  provided  by  PET­MRI.  Itenhances the diagnostic sensitivity for gliomasand  can  thus  improve  the  'wait­and­see'approach for low­grade gliomas with regardsto extent and timing of surgery. Furthermore,simultaneous Brain­PET­MRI (11C­methionineor 68Ga­DOTATOC)  demonstrates  its  use­fulness  for  intracranial  tumour  assessmentand image quality similar to that using PET­CT[18]. Simultaneous PET­MRI also appears tohave  a  great  potential  in  neuroscienceresearch,  predominantly  for  the  imaging  ofmolecular  processes  such  as  cell  transplantation,  gene  transfer  and  for  multi­parametric  analysis  of  functions  in  neutralnetworks [5].

Head and neckMany tumours in the head and neck area arevery sensitive to radiotherapy and the highersoft­tissue contrast of MRI can be especiallyuseful and crucial in the accurate localizationof  tumours  and  follow­up  radiotherapytreatment  planning.  Recent  studies  haveshown that simultaneous PET­MRI is feasibleand  that  there  is  no  notable  degradation  inMRI or  PET  image quality  seen  [19]. Betterassessment of skull base infiltration, improveddetection of lymph node metastases and moreexact  delineation  of  metabolically  activetumours results from the excellent soft­tissuecontrast of MRI, the improved spatial resolution

of the PET component of the Brain­PET and itssmaller diameter compared to a conventionalPET­CT [19]. Although, small streak artifactswere  observed,  it  did  not  significantlyinfluence tumours evaluation. Further studiesand developments aim to prove the superiorityof PET­MRI in head and neck examinations.

CardiologyPET­MRI cardiac imaging may introduce a newlevel  of  diagnosis.  The  variety  of  possiblecombinations  for  molecular  imaging  isincredibly wide and of great clinical interest.Cardiac MRI or whole­body MRI angiographycombined  with  PET  could  provide  improveddifferentiation  and  detection  of  vulnerableplaques. PET­MRI cardiac stress examinationsor late­enhancement MRI with FDG­PET mayexpand  the  clinical  view  of  current  cardiacimaging as well. Dual functional studies suchas perfusion in PET with radioactive water orammonia and perfusion in MRI using arterialspin labelling or MRI contrast agents can becarried out to correlate and compare the sameparameters.  PET  perfusion  can  be  alsocorrelated with the MRI BOLD (Blood OxygenLevel Dependent) effect [5]. Simultaneouslyacquired cardiac PET­MRI will allow accuratebody motion correction and thus very preciseimaging. Figure 2 shows a cardiac image fromthe first integrated PET­MRI system (BiographmMR).

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Figure  2 Cardiac  imaging,  mMRtechnology eliminates motion effects andPET image degradation, whilst gating andtriggering  tools  deliver  excellent  MRIimages  (courtesy Siemens Healthcare)

Page 10: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 7

OncologyPET­MRI  may  be  useful  in  extracerebraloncology applications. A  recent  summarizedreview  by  Antoch  and  Bockisch  [21]  claimsthat  PET­MRI  could  be  more  accurate  andperform better than PET­CT for T­staging foroncological examinations. Both systems showsimilar  accuracies  for  N­staging,  whereasPET­MRI  may  provide  better  accuracy  forM­staging than PET­CT depending on the areaof metastases. PET­MRI may also provide abetter diagnosis in patients with osteomyelitisincluding  those  with  diabetic  foot  disease,since MRI detects abnormalities within bonystructure  (e.g. marrow).    FDG­PET  is usefulfor the diagnosis of acute infections and canalso exclude the diagnosis of osteomyelitis. Inaddition, PET­MRI holds a great potential forreplacing  PET­CT  in  evaluating  treatmentresponse  for  chronic  diseases  that  requirerepeated examinations.

PET­MR system designs

Sequential configurationSequential design, where both systems wereplaced  in  tandem  and  physically  separatedwas  one  of  the  first  approaches  inconfiguration of a clinical whole­body PET­MRsystem.  The advantage of this configurationis that it can be constructed with a minimumadjustment of the already existing individualsystems and software packages, which couldlead  to  a  quick  product  development.Furthermore, the separation between the twomodalities  demands  a  less  complicatedelectromagnetic  shielding  for  the  PETcomponent  and  intrinsic  problems  can  beavoided.  Moreover,  it  is  a  way  to  improvephysical  access  to  the  patient  and  reducepatient claustrophobia. The disadvantages ofthis  design  concept  include  accommodatinglong  examination  times  and  an  inability  toacquire simultaneous imaging, and thereforeco­registration errors could occur  leading  toimage  quality  degradation.  The  spaceavailability and associated cost can also be alimiting factor [22].

Insert architectureThe recent approach of building a removableMR­compatible PET insert and placing it within

a  conventional  MRI  system  was  the  firstattempt  at  simultaneous  PET­MRI  dataacquisition known as Brain­PET­MRI prototypesystem  (Figure  3).  The  development  wascarried  out  by  a  collaborative  team  of  theGerman  and  US  researchers  from  theUniversities  of  Tubingen  and  Tennessee,  aswell  as  the  Siemens  Healthcare  [23].  Thesimultaneous  acquisition,  not  only  offers  areduction in the overall acquisition time andexcellent geometrical co­registration, but alsoopens the way to a wide variety of innovativeapplications such as kinetic studies, functionalMRI, etc. Furthermore, medical centers withaccess to the in­house MRI can easily acquirea flexible and non­dedicated PET­MR systemwith  a  relatively  cost­effective  approach.However, due to the small bore diameter, thisarchitecture is limited to brain studies [22].

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Figure 3 Brain­PET­MRI prototype witha MR­compatible PET insert is placed withina  Siemens  MAGNETOM  Trio  MR  scanner(courtesy Siemens Healthcare)

Figure 4 Biograph mMR, a fully integrated,simultaneous whole­body PET­MRI system(courtesy Siemens Healthcare)

Page 11: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 8

Integrated ArchitectureThe approach describes a complete integrationof a PET detector and electronics within a MRIscanner, which  is  the most  challenging  andsophisticated solution (Figure 4).

PET­MR:  technological  challenges  anddrawbacks

As with any new and innovative technology,various  problems  and  challenges  alsomaterialized  in  the  construction,  installationand operation  of  the  combined  PET­MRI.  Inthe  late  1990s,  when  the  idea  was  firstlyconceived, the construction of a simultaneouswhole­body PET­MRI appeared to be unlikely,whereas the fully  integrated PET­MR systemis now not only a reality but the initial clinicalresults are being published [25].

MR­compatible PET detectorsThe  main  detection  technology  that  isembedded in clinical PET and PET­CT scannersis  based  on  the  light  sharing  and  mappingmany  small  scintillation  crystals  to  the  lightdetectors  (PMTs).  The  intense MR magneticfield severely affects the function of PMTs andimage  quality  (Figure  5).  To  tackle  thislimitation,  a  sequential  PET  and  MRIacquisition has been proposed, although thistechnique  does  not  allow  simultaneousacquisition and  is associated with  the body­motion risks and the long examination times.

Another solution proposed the use of opticalfibers  to  lead  the  light  signal  from  thescintillation crystals outside the magnetic fieldin  order  to  minimize  the  interference.  Splitmagnets,  with  a  PET  detector  positionedbetween  the  two  magnet  halves,  andconnected with  the  optical  fibers,  have  alsobeen proposed [1]. However,  the  long opticfibers  cause  signal  degradation  and  inferiorPET performance. A recent study by Mackewnet al. [26] has also shown that the proposedsystems suffers from a reduced PET­SNR as aresult  of  the  light  attenuation  in  the  opticalfibers (3.5 meters long), which can in part beovercome  by  the  MR­compatible  gammashields.  The  gamma  shields  significantlyreduces  the  scatter  ratio  and  improves  thequality  of  the  image.  However,  the  limitedaxial  coverage  coupled  with  practicaldisadvantages  such  as  space  requirementsand higher cost has hampered this solution.The most realistic and accepted solution is toreplace the PMTs with avalanche photodiodedetectors  (APDs),  which  are  thesemiconductor  equivalent  of  PMTs  and  canfunction in strong magnetic fields (Figure 5).

Unlike PMTs, APD­PET systems can be easilyswitched  on  and  off  without  requiring  longwarming­up times and unlike PMTs does notrequire  a  large  space.  This  principle  wassuccessfully  demonstrated  in  the  prototypeBrain­PET­MR  system  in  2006  and  variousstudies  have  proved  the  feasibility  of  theconcept [16, 27]. The proposed PET assemblycomprised  of  192  LSO  detector  blocksarranged in six rings. Each block has a 12 x12 matrix of 2.5 x 2.5 x 20 mm3 crystals withan axial field of view (FOV) of 19.25 cm, whichis coupled to a compact 3 x 3 APD array. ThePET  system  has  a  5.6%  point  sourcesensitivity  and  2.1 mm  spatial  resolution  inthe center of the FOV [5].

Based  on  the  success  of  the  APD  detectiontechnology, a dedicated whole­body PET­MRIsystem,  the  Biograph  mMR,  has  beendeveloped (Figure 6). The mMR hybrid systemhas 64­LSO­APD detector blocks, each with ablock area of 32 x 32 mm2 which form one PETdetector  ring.  The  PET  detector  unit  has  8rings in total, with an axial FOV of 25.8 cm.

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Figure  5 Schematic  diagrams  of  thedetection process (top); conventional PET(bottom  left)  and  APD­based  (bottomright) detectors  response to magnetic field

Page 12: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 9

The size of the each LSO crystal is 4 x 4 x 20mm3, which is the finest crystal dimension inthe current market [28]. However, the APD­PET  systems  are  still  slower  than  theconventional PMTs­PET modalities. Researchon  the  development  of  dedicated  siliconphotomultipliers  (SiPM)  is  currentlyundertaken,  which  can  increase  the  PETeffective sensitivity up to 10 times, when it issupported with the Time­of­Flight PET and theshort  coincidence  time  resolution  (<200ns)[29]. The proposed time resolution can onlybe measured by having a scintillation detectorwith  appropriated  characteristics  andadequate  electronics.  The  scintillationmaterials  such  as  LaBr3  and  Lul2  arepromising.

MR­based attenuation correction

Another critical question in the developmentof  an  integrated  and  simultaneous  PET­MRimaging  system  is  the  provision  of  the MRIattenuation map for the correction of the PETreconstructed images, due to the attenuationand scattering of 511 keV in the body and thehardware (e.g. RF coils and moving tables).Traditionally, for the stand­alone PET systems,topography  of  attenuation  values  (μ­map)could  be  reconstructed  by  rotation  of  aradioactive 68Ge 511 keV source around thepatient. This technique is time­consuming asthe  source  has  to  rotate  slowly  in  order  toachieve a higher count rate. For the currentPET­CT  systems,  the  CT  scans  are  used  toestimate  the  expected  attenuation,  byconverting  the  attenuation  values  from  the

70­120  keV  to  511  keV,  which  provides  areliable  and  quick  attenuation  correctionμ­map of the patient and the hardware in thePET­FOV.

MR imaging is based on photon densities andT1  and  T2  relaxation  times  which  providestissue type­class  information rather than thephoton absorption information and therefore,unlike CT,  it  is not able  to measure physicalquantities that would allow a direct derivationof μ­maps [30]. Various MRI­based attenuationcorrection  methods  such  as  atlas­basedmethods or image­segmentation­based efforts,have been proposed to overcome the problem[30­32].  A recent study by Moller et al. [31]has  shown  that  segmentation  of  theattenuation  map  in  4  classes  (background,lungs, fat and soft­tissue) appears to be validand  practical  for  MRI­based  attenuationcorrection. A CT attenuation correction methodwas  used  as  a gold  standard  in  order  toquantify  the  effects  of  segmentation  on  thestandardized  uptake  values  (SUV).  Thesegmentation effects showed a slight decreasein the SUV value, particularly in bone lesions(13.1%), whereas the decrease for the neckand  the  lung  lesions  was  minor  (≤8%).  Incomparison to the CT­ based attenuation map,the  variations  observed  in  the  segmentedmethod, were not adequate to deter the useof the technique in a PET­MRI scan. Althoughthe  impact  of  the  attenuation  on  the  pelviclesions  is higher, due  to  the  fact  that bonescannot  be  segmented  in  whole­body  MRimaging,  it  does  not  lead  to  clinicalmisinterpretations.  The  impact  however  ismore  noticeable  and  introduces  bias  inneurology and more specifically in brain studiesand therefore the segmented attenuation mapis  not  suitable  for  neurologic  PET  andconsequently  different  methods  need  to  beapplied [31].

An  alternative  approach  for  MRI­basedattenuation correction which takes bone  intoaccount  is  the  atlas  based  registration  [33].This  technique  captures  global  variation  ofanatomy to predict pseudo­CT  image from agiven MR image, and then use the images tocreate  attenuation  maps  as  it  would  beperformed in a PET­CT examination.  A  study

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Figure 6 APD­based PET detector used inmMR (courtesy Siemens Healthcare)

Page 13: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 10

of human brain by Hofmann et al. [33] whichcombines  local  pattern  recognition  with  theatlas­based  registration,  has  demonstratedthat an estimation of pseudo­CT images canbe performed successfully. It has also enabledPET quantification, with a mean error of 3.2%in  comparison  to  the  CT­based  correctionutilizing  the  predefined  ROI.  The  resultsdemonstrate that atlas MRI­based attenuationcorrection  is  a  feasible  method,  with  highaccuracy  for  brain  imaging,  but  furtherresearch is needed to validate the method forwhole­body imaging.

A  novel  dual­echo  ultra­short  echo  time(DUTE) MRI sequence proposed by Catana etal.  [27]  suggested  that  the  method  couldpotentially be useful  for neurologic PET­MRIstudies and  it even appeared to be superiorto the atlas­based methods, for patients withmodified bone anatomy [27]. An alternativereliable  MR­based  method,  which  targetspatient­specific quantitative analysis in time­of­flight PET­MRI, was proposed by Salomonet  al.  [34].  The  possibility  of  introducing  atransmission scanner to the PET­MRI systemwas also considered but various  issues suchas  interference,  additional  radiation  dose,considerable  development  effort,  andadditional  cost  have  to  be  considered  [35].The  lack  of  MRI  attenuation  information  inpatient imaging appears to be a drawback incombined  PET­MR  imaging  although  variousMR­based  AC methods  have  been  proposedand are appearing to be robust enough to beused in clinical applications.

MR­based motion correction

PET  provides  an  estimation  of  radiotracerconcentration,  but  its  degradation  in  quantitative  accuracy  and  spatial  resolution  isinevitable due to subject motion. The motion­correction  technique  can  be  developed  insimultaneously PET­MR imagining, by takingadvantage of the MRI as it has been shown inthe recent studies [36­37].

Motion­correction  is  more  crucial  in  whole­body  imaging  than  in  brain  studies,  as  thesubject motion in brain can be estimated wellby using external motion tracking devices and

the  image  processing  techniques.  However,in    whole­body  imaging,    the    complexdeformations and the image degradation mayoccur  due  to  the  respiration,  peristalsis,cardiac contraction and the arbitrary patientmovement  [38].  Tsoumpas et  al.  [37]compared  PET  and  MR  based  motioncorrection techniques and concluded that theperformance  of  the  latter  is  superior  to  thePET­based motion correction as PET systemshave  limited  FOV  and  therefore  cannotmeasure motion at the edges. Moreover, thePET images are too noisy to employ non­rigidregistration,  and  due  to  the  rapid  tracerkinetics, the activity varies significantly withtime  and  with  the  patient's  physiologicalresponse. On the contrary, MRI provides theexcellent soft­tissue contrast and thus it is anextremely  useful  tool  for  the  estimation  ofmotion in human anatomy.

The use of novel MRI techniques may providecontinuous    and      synchronous      motionmonitoring during  the PET acquisition whichcould  be  proven  to  be  the  ideal  solution  toback  the  arguments  for  an  integrated  andsimultaneous PET­MRI system. However,  fastMR sequences and an image processing toolto  characterize  the  motion  is  required.Moreover, there are many other issues suchas  eddy  current  artifacts,  degradation  ofgradient coil performance, RF noise or signalloss and uniformity of magnetic fields, whichcould degrade the overall performance of thesystem. In addition, although minimizing thecurrent lengthy PET­MRI examination times ischallenging but  is necessary  to avoid  imagedegradation as a result of body motion.

Fully integrated PET­MR system:installation challenges

Technical Specifications

The Biograph mMR (Figure 4) is the first fullyintegrated  PET­MRI  system.  It  is  anintegration of a 3­Tesla (3T) whole­body MRIsystem  with  an  incorporated  isocenter  PETdetector. Diameter of the patient bore  is 60cm,  the magnet  length  is  163  cm,  and  thesystem covers 199 cm length which enableswhole­body imaging.

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Page 14: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 11

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

The magnet type is Niobium­Titanium and itsweight  including  cryogens  is  6300  kg.  Themagnetic  field shimming,  i.e. the process ofimproving field homogeneity by compensatingfor imbalances in the main magnetic field ofan MRI system, is approximately 20 sec. TheBiograph mMR incorporates zero­helium­boil­off technology  and  the  helium  capacity  isapproximately  1500  litres.  The  maximumacoustic  noise  level  is  115  dB  and  the MRIresolution in the FOV varies from 5 mm to 500mm  [40].    The  PET  detector  assembly  is  acombination of LSO crystals (4x4x20 mm3 percrystal)  and  APD  which  can  detect  gammarays  in  strong  magnetic  fields.  Each  PETdetector  ring  consists  of  64  detector  blocks

with 32x32 mm2 area per block. The full PETdetector unit consists of 8  rings which  forman axial FOV of 25.8 cm. It is larger than theconventional  current  PET/CT  systems whichusually have a 20­22 cm axial FOV.

SitingVarious  unique  parameters  have  to  beconsidered  in  relation  to  siting  a  PET­MRIhybrid  imaging  modality.  Since  thecombination of MR with PET in the same roomis  a  technology  at  early  stage,  routineinstallation protocols and thorough design forfacilities  and  workplace  requires  to  bedeveloped.  This  review  underlines  theproposed solutions.

Minimum distances magnet ­ magnet (SIEMENSE)0.2T 0.35T 1.0T 1.5T 3.0T

0.2T 10  10  5  6  10 0.35T 10  10  5  6  101.0T 5  5  4.5  5  61.5T 6  6  5  5  63.0T 10  10  6  6  6

Object Minimum clearance Max. weight

radial (X/Y)  axial (Z)

Guidelines for Water cooling system  4.0 m  4.0 m

minimum Wheelchairs up to approx. 50 kg  5.5m  0.5 m

clearances Calls up to approx. 200 kg  6.0 m  7.0 m

and Transformers < 10D0 kVA  14.3 m  15.0 m

maximum High voltage cables < 1000 A  12.0 m  5.0 m

weights Cars up to approx. 900 kg  0.5 m  B.0 m

Trucks up to approx. 4500 kg, Lifts  7.0 m  9.5 m

Street cars, trams  40.0 m  40.0 mAngiography systems with magneticnavigation  30.0 m  30.D m

Reinforcement steer in the floor  > 1.25 m below  magnet centre  ≤ 100 kg /m2

Iron beam mass in the floor  >  1.25 m below  magnet centre  ≤ 100 kg / m

Table  2    Guidelines  for  a minimum distances  between  the magnet  isocenter  anddifferent objects including maximum weights for metallic materials

Page 15: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 12

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Figure 7 The detailed floor plan of the PET­MRI facilities and magnetic field extend. Patientspreparation rooms, toilet, dispensary, storing space, equipment and control rooms andadjacent non­controlled area are shown above (couretsy Siemens Healthcare)

Page 16: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 13

Magnetic field shieldingMRI uses high magnetic field (3T for the mMR)and therefore, magnetic shielding is crucial forboth safety and field homogeneity.

Protecting  the  immediate  environment  fromthe effect of the magnetic field is significantfor  the  various  follow­up  reasons:  a)  it  candisrupt pacemakers or insulin pumps function;b) a great potential health hazard is associatedwith  ferromagnetic objects such as scissors,knifes or oxygen cylinders that are accelerated

in  the  field  and  can  become  dangerousprojectiles; c) has serious  impact on functionof computers, other medical devices, camerasand a wide variety of other electronic devices[42].  Moreover,  the  homogeneity  of  themagnetic  field  itself  can also be affected bythe ferromagnetic objects which can  lead tothe  image  degradation  and  artifacts,  andtherefore, guidelines for a minimum distancesbetween  the  magnet  isocenter  and  otherdevices  or  ferromagnetic  objects  should  befollowed (Table 2).

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Figure 8  The cross­section of the PET­MRI facilities showing the extent of the magneticfield above and underneath the mMR floor (courtesy Siemens Healthcare)

Page 17: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 14

The official regulations require magnetic fieldsup  to 0.5mT to be  restricted  in a controlledarea, posing any threat. Figures 7 & 8 describethe floor plan and cross­section of the wholemMR  facility,  showing  the  strength  of  themagnetic fields in various distances from themagnet isocenter and how the 0.5mT field isrestricted  almost  completely  within  theexamination  room.  The  non­controlled  areaon  the  right  side  of  the  mMR  examinationroom  had  to  be  protected  from  the  0.5mTmagnetic  field  as  the  patient  rooms  werelocated here and therefore, 6 mm thick carbonsteel  plates  had  to  be  placed  on  the  wallbetween the mMR examination room and thenon­controlled area (Figure 7). In addition, forthe  protection  of  the  non­controlled  areaunderneath, a carbon steel plate of 7x4 m2 insurface  area  and  10  mm  in  thickness  wasplaced on the either side of the floor slab ofthe  mMR  examination  room.  The  minimumdistance  that  ferrous  components  can  beplaced  below  the  magnet  field  strength  is300­400 mm, and since the thickness of thefloor slab below  the magnet  is 400 mm, nointeractions between the magnet and the steelplate are expected [43].

Radiofrequency shieldingThe examination area should be shielded  toprovide a reduction of radiofrequency wavesoriginating from external transmitters, and toprotect the environment from the internal RFwaves originating from the MRI. A copper RFcabin  (Faraday  cage)  was  installed  in  theexamination  room  in  order  to  provide  therequired  attenuation  (90  db)  of  the  radio­frequency in the range of 15­128 MHz [43].

The PET electronics and cables are vulnerableto radiofrequencies, causing downgrading ofperformance and therefore, an extra RF filterpanel is required for the PET­MRI installation.Moreover,  the  MRI  cable  trays  must  beseparated  from  the  PET  cable  trays  with  aminimum distance of 800 to 1000 mm, andthe cables which connect  the PET electronicequipment to the PET detector should be alsorouted  via  a  cable  handler  and  should  bemounted above the ceiling of the RF cabin witha  minimum  clearance  of  255  mm  [43].  Inorder to avoid  electromagnetic interactions,

optical  glass  fibers  could  be  a  feasiblealternative to the conventional coaxial cablesthat are currently used for the MRI and PETinterconnections.  Optical  glass  fibers  onlytransmit  optical  signals  and  they are  totallyimmune to the electromagnetic interferences.In  addition  they  are  able  to  carry  hugeamounts of data and have exceptionally stablesignal  intensity  and  flexible  small  crosssections. The recent study by Yuan et al. [44]demonstrated that the optical glass fibers area  feasible  solution  for  MRI  and  PET­MRIsystems. Future research and development ofless  expensive  optical  fiber  materials,  mayfurther support the use of this technology inmedical imaging systems.

Ionizing radiation shieldingIn addition to the magnetic and RF shieldingfor PET­MRI facilities, radiation shielding dueto  the  ionizing  radiation of 511 keV gammarays is also required. For the Biograph mMRfacilities  lead  chevrons  were  placed  as  themain  radiation  shielding  in  addition  to  thebuilding concrete walls and the steel plates ofthe magnetic shielding. Figure 9 illustrates thelead shielding for sections of the room, where21 mm lead chevrons  were  installed  on thewall between the examination room and theadjacent non­controlled area and 11 mm leadwere placed between the control room and theexamination area. The control room windowwas shielded with RF and a radiation absorbinglead glass. Since, the thickness of the concrete(400mm) was adequate to attenuate all  theemitted radiation, lead was not placed on thefloor and on the ceiling. The rest of the wallswere not shielded with  lead as  the adjacentareas  (toilets  and  preparation  rooms)  hadtheir own lead shielding [43].

Additional considerationsThe  loading  capacity  of  the  floor  must  bedesigned  in order  to  support  the weight of:PET­MR  system  (up  to  10,500  kg);  the  RFcabin, the iron and the radiation shielding; theload  of  the  electronic  equipment  of  bothmodalities (approximately 4000 kg) and theadditional  load  for  service  purposes  (up  to1000 kg). In addition, the mass of the floorshould be adequate enough to isolate soundand  vibrations  in  order  to  prevent

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Page 18: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 15

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

prevent inhomogeneity in the magnetic fieldand in the image quality [43].

For conventional MRI, a chilled water systemis required at all times to cool the head andthe gradient  systems. For  the PET­MRI,  the

cooling system can be also used to cool downthe  additional  PET  equipment.  Therecommended  piping  materials  should  bestainless steel, non­ferrous metal (copper orbrass) and synthetic materials such as plastic.Materials,  such  as  aluminum,  iron,  carbon

Figure 9 Biograph mMR floor plan (courtesy  Siemens Healthcare)

21mm of leadchevron wasplaced on thisside

11mm of leadchevron wasplaced on thisside

Section thatmMR deliverywill take placethrough

Non­controlledarea

Green line: leadshielding

Page 19: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 16

steel, zinc and standard steel pipes may causedamage to the cooling system and should beavoided.

Rust and flakes may be produced within thepipes as a result of oxidation processes, whichcan destroy the electronic equipment. For thecurrent PET­MRI facilities, piping materials ofcarbon steel has been used and therefore abarrier filter has to be placed to filter out allthe rust and the flakes. Cautious monitoringof the filter is required as it can get cloggedwith debris resulting  in slowing down of  thecold water  supply and  can eventually  causethe cryogens to boil off (quench). The powersupply,  the  heat  dissipation  and  the  watersupply  requirements  of  the  mMR  are  30%higher  than  those  of  a  conventional  3T­MRsystem [43].

PET­MR service delivery challenges

Potential risk and safety aspects

The ionizing and non­ionizing radiation safetyaspects of PET and MRI are well known andthe  established  safety  protocols  have  beenfollowed  in  medical  imaging  departments.However, for PET­MRI examinations, there areadditional  safety  considerations  that  shouldbe evaluated.

During PET examinations, various equipmentsuch  as  injection  systems,  syringes,radioactive  source  containers  and  otherroutinely used equipment, may pose a hazardto patients due to the high magnetic field ofMRI. PET­MRI examinations should be avoidedfor  patients  with  passive  implants  such  ascatheters, heart valve prostheses, orthopaedicprostheses, vascular clips, sheets and screwsor  for patients with active  implants  such asheart pacemakers and defibrillators, electronicdrug  infusion pumps,  cochlear  implants andother objects made of ferromagnetic materialssuch  as  bullets  or  pellets  [42].  In  order  toeliminate  or  to  minimize  the  impact  of  thehazardous situations, careful interview of thepatients and the provision of metal detectorsin  the entrance of  the PET­MRI  facilities arenecessary.

Some studies  have  demonstrated that mild

hyperthermia caused by  the RF  fields has aradiosensitizing  effect  in  tumours  and  lowfrequency  or  static  magnetic  fields  mayenhance  the  genotoxic  potential  of  ionizingradiation.  Although,  pregnant  women  areallowed to undertake MRI examinations in thefirst trimester for special medical conditions,PET­MRI examinations should be avoided dueto the effect of additional ionizing radiation ofPET imaging which could seriously damage thefoetus [42].

Examination timesThe  PET  and  MRI  imaging  techniques  bothrequire  relatively  long  examination  times,although the simultaneous acquisition of theBiograph  mMR  dramatically  reduces  theoverall  imaging  time,  however  furtherreduction  in  the  simultaneous  imageacquisition period remains a clinical challenge.Lengthy examination times (20­50 min) causevarious problems such as patient discomfort,claustrophobia and image artifacts as a resultof volunteer or non­volunteer body motion. Inparticular,  reducing  the  imaging  time  inpediatric oncology is crucial. The examinationtimes    are  driven  mainly  by  the  MRI  andtherefore there is a need for development ofa faster MRI sequences.

New clinical protocolsThe  objectives  of  clinical  protocols  are  tostandardize  and  to  raise  quality  of  medicalcare for reducing patients' health risk and toensure the cost effective medical procedures.As  such,  either  a  new  optimized  imagingprotocol should be developed for the PET­MRIstudies or the already existing PET and MRIprotocols  modifed  by  taking  into  theconsiderations all the specificities of the newmodality.  The  need  for  modifying  ordeveloping  a  protocol  for 82Rb­PET­MRmyocardial  perfusion  imaging  is  a  clearexample  that  appears  to  be  difficult  andchallenging. 82Rb is a generator product witha physical half­life of 75 seconds, which has asignificant  advantage of  having no need  foron­site cyclotron [46].   The 82Rb generator­injection  system  is  placed  beside  theconventional PET or the PET­CT systems forinjecting the 82Rb radiopharmaceutical directly

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Page 20: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 17

into the patients. This approach is not feasiblein  MRI  environment,  due  to  the  ferrousmaterials of  the 82Rb generator. A proposedsolution is to place the 82Rb generator outsidethe  examination  room  and  to  inject  theradiopharmaceutical remotely, using a longerinjection  system  supported  by  a  pump.However,  the  proposal  might  face  somedrawbacks and consistent radiotracer deliverymay not be guaranteed. Provision of a MRI­compatible  generator  can  be  a  potentialsolution,  although  as  with  any  other  MRI­compatible medical equipment, the cost could beup to three times higher. Moreover, during therest­stress 82Rb­PET­MR  myocardial  perfusionstudies, unlike the 82Rb­PET­CT, a clinician cannotbe in the examination room, especially during theonline injection, and the possibility of immediateintervention in health risk situations needs to beaddressed by developing remote and automatedmonitoring systems.

Scientific teams "fusion"Another practical but major challenge is to puttogether  two  scientific  teams  with  a  verydifferent  background  knowledge.  PETscientists  need  to  deeply  understand  thecomplex  MRI  physical  principles,  workingprocedures and safety aspects and vice versa.Hence,  new  training  programs  should  bedeveloped  in  order  to  prepare  a  newgeneration of PET­MRI specialists.

New tracersAdditional  field  of  research  with  a  potentiallyhigh interest is the development and productionof tracers, which can simultaneously generatesignals for the both PET and MRI imaging. Thestudy  by  the  Lee et  al.  demonstrated  theproduction of polyaspartic acid particles, whichwere coated with the cyclic RGD peptide via apolyethylene glycol  spacer and   DOTA.  It notonly has excellent magnetic properties for MRIbut  at  the  same  time  it  could  be  efficientlylabelled with 64Cu for the PET imaging [48].

Discussion

The current development of  the new hybridPET­MRI imaging technology may open a new

horizon in diagnostic imaging and establishesa modality of choice for a variety of studies.

The  potential  advantages  and  clinicalapplications  of  PET­MRI  are  numerous.  Theexcellent  soft­tissue  contrast,  high  spatialresolution  and  functional  imaging  (fMRI,DW­MRI, MRS) of MR, in combination with thehigh  sensitivity  functional  imaging  of  PET,enables  the  assessment  of  metabolicabnormalities  and  changes  in  mass  lesionsbefore  the  tumour  size  changes  can  bemeasured  and  therefore,  facilitates  andenhances cancer diagnosis to reach new levels.

The  lower  radiation  dose  of  PET­MRI  incomparison to the PET­CT dose (54% to 83%lower  dose)  is  another  considerable  crucialadvantage, especially while imaging childrenand  patients  with  potentially  curableoncological  diseases  [13].  Moreover,  thestrong magnetic field of the  MRI may improvethe  PET  resolution,  as  it  limits  the  positronrange   prior    to  the   annihilation  [15].   Forsimultaneous data  acquisition, PET­MRI  notonly allow for high spatial overlay accuracy,but  the exceptional  temporal  co­registrationalso enables the MR­based PET image motion­correction for precise cardiac and abdominalimaging  [12].  In  addition  the  simultaneousacquisition  significantly  reduces  the  overallexamination time of the individually acquiredPET and MRI.

Considering  the above  factors, MRI appearsto be a perfect anatomical complement to PETalthough, there are remaining disadvantagesand  drawbacks  in  PET­MRI  technology  thatneeds to be overcome.

One of the main identified challenges and thefollow­up  solutions  was  to  develop  a  MR­compatible  PET  detector  and  to  replace  theassociated  PMTs  with  APDs  capable  offunctioning  within  strong  magnetic  fields.Various studies [5, 16, 25, 27] and Siemens'choice  of  APDs,  for  the  construction  of  theBiograph mMR, demonstrated the superiorityof this solution.

Development  of  a  MRI­based  attenuationcorrection  map  for  combined  PET­MRI  is

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Page 21: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 18

another  challenge  especially  for  the  whole­body  imaging. Various studies [30­33] haveindicated  the  atlas  MRI­based  attenuationcorrection as the preferred method for headand neck imaging,  whereas the segmentationbased methods perform better for the rest ofthe body. The results show that the MRI­basedattenuation  correction  is  feasible  with  nosignificant  effects  on  the  clinical  analysis,though further research is needed to validatethese  methods  and  to  achieve  a  superiorquality of the CT­based attenuation correctionmaps. The various drawbacks such as motion­correction  and  electromagnetic  interactionsbetween  the  PET  and  MRI  systems  (eddycurrents  artifacts,  RF  noise,  signal  loss  anddegradation  of  gradient  coil  performance)need to be addressed although, it appears thatthe issues can be successfully overcome withno  significant  effect  on  the  overallperformance of an integrated PET­MRI system[28, 37].

The use of iron shielding to restrict the 0.5mTmagnetic field within the mMR room, is shownin  Figures  (7­8).    A  copper  RF  cabin  wasinstalled to provide attenuation of 90 db in thefrequency range of 15­128 MHz. As the PETelectronics  and  cables  are  vulnerable  toradiofrequencies, an extra RF filter panel wasplaced  to  shield  the  PET  electronics  in  theequipment room. The PET and the MRI cabletrays should be separated by a minimum of800 to 1000 mm in order to avoid any crossinterferences.  The  connection  between  PETdetectors  and  their  electronic  equipmentshould  be  routed  via  a  cable  handler  andshould be mounted above the ceiling of the RFcabin with a minimum clearance of 255 mm.The  cooling  system  should  be  able  to  cooldown  the  PET  and  the MRI  equipment.  Thepower  supply,  the  heat  dissipation  and  thewater  supply  requirements  are  30%  higherthan for a conventional 3T­MR system.

The prospective hazards of PET examinationequipment made from ferrous materials (e.g.injection systems, syringes, radioactive sourcecontainers,  etc.)  have  to  be  addressed  andtherefore, nonferrous materials should be usedin order to avoid potential health risks. PET­MRI examination times have been estimatedto be 20­50 minutes, which are relatively long,

in particular for paediatric studies. However,the ability to simultaneously acquire PET andMRI  data  is  extremely  valuable  and  itspotential clinical benefits appear to justify theprolonged examination times.

Future considerations

MR­based  attenuation  correction:    Moreresearch in MR­based attenuation correction,especially for the whole­body scans is needed.Although, some alternative methods such asnovel  eual­echo  ultrashort  time  echo  MRIsequences  or  time­of­flight  PET­MRI  havebeen proposed by Catana et al. and Salomonet al. [27, 34].

APDs: Further development in APDs although,Silicon  Photomultipliers  (SiPMs)  might  be  afeasible alternative solution in the near futureto achieve a better time resolution [29].

Bore and FOV: A larger bore and FOV whichreduce artifacts and improve patients comfort(the current system has a bore diameter of 60cm).  The need for  imaging large patients  isgrowing.

New dual­function agents: Agents which canbe used simultaneously as contrast agents forMRI and specific tracers for PET.

Protocol optimization: An optimized and fasterprotocols  for  MR  imaging  (e.g.  fast­spinechoes)  to  reduce  the  overall  examinationtimes.

Monitoring  Systems:  The  production  ofautomated  monitoring  systems  or  MR­compatible medical  equipment.  The  Lack  ofspecific equipment such as 82Rb generators,could pose a drawback for future studies.

Conclusions

The  long­awaited  simultaneous  whole­bodyPET­MR imaging modality has finally enteredthe realms of practical nuclear medicine. As isthe case with the early years of every cutting­edge technology, it must prove its worth andtranslate  its  technologic  advances  into  theclinical benefits. Various challenges have beenidentified  whilst  some  are  still  pending

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Page 22: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 19

solution. The Biograph mMR (and every otherintegrated  PET­MRI  system)  still  needs  toaddress  the  question,  as  to  whether  thisclinical  tool  can offer  something unique andexpand  the  boundaries  of  medical  imaging.The  first  clinical  results  are  extremelypromising and  it  is very  likely  that PET­MRIwill be the imaging modality of choice for thenext decade.

Acknowledgement

The  authors  would  like  to  thank  WendyWaddington (UCLH) for useful discussion,  theSiemens installation team (UK) for  provisionof the technical data and Dr Seyedali Hejazi(Harvard  Medical  School)  for  informativeclinical discussion.

References

1.  Beyer T, Schwenzer N, Bisdas S, ClaussenDC, Pichler BJ. MR­PET hybrid imaging forthe  next  decade.  Magnetom  Flash2010;suppl 3:19­29.

2.  Ratib  O,  Beyer  T. Whole­body  PET­MRI:ready for clinical use? J Nucl Med 2011;38:992­995.

3.  Hicks  RJ,  Lau  EWF,  Binns  DS.  Hybridimaging is the future of molecular imaging.J Biomed Imag Inter 2007;3(3).

4.  K von Schulthess G, Burger C. Integratingimaging  modalities:  what  makes  sensefrom a work­flow perspective? Eur J NuclMed Mol Imag 2009;37:980­990.

5.  Beyer  T,  Fredenberg  L,  Czernin  J,Townsend D. The future of hybrid imaging­part 3: PET­MR, small animal imaging andbeyond.  J  Insights  Imag 2010;2(3):235­246.

6.  Djang  M,  Lieberman  G.  Applications  ofPET­CT  in  oncology.  Lieberman's  e­radiology, Harvard Medical School  2006;http://eradiology.bidmc.harvard.edu/LearningLab/gastro/Djang.pdf

7.  Dowsett DJ, Kenny PA, Johnston RE. ThePhysics  of  Diagnostic  Imagining.  HodderEducation 2006;469­509.

8.  Spinks  TJ.  PET  theory  methods  andinstrumentation.  Hammersmith  Hospital,London, UK 1999; Academic Press.

9.  Madsen MT, Anderson JA, Halama JR, KleckJ, Simplin DJ et al. AAPM Task Group 108:PET  and  PET­CT  shielding  requirements.Med Phys 2006;33(1):4­15.

10. Martin MC, Facr MS.  PET­CT site planningand shielding design. National symposiumon  fusion  imaging  and  multimodalities.Technical  and  regulatory  considerations2004; Kansas, USA.

11. Pichler BJ, Kolb A, Nagele T, Schlemmer HP. PET­MRI: Paving the way for the nextgeneration  of  clinical  multimodalityimaging  applications.  J  Nucl  Med2010;51(3):333­ 336.

12. Schlemmer H P, Pichler BJ, Krieg R, HEISSWD.  An  integrated  MR­PET  system:prospective applications. Abdominal Imag2008;34:668­674.

13. Huang  B, Wai­Ming M,  Khong  P. Whole­body  PET­CT  scanning:  estimation  orradiation dose and cancer risk. Radiology2009;251:166­174.

14.  Hicks RJ, Lau WF.  PET­MRI: a differentspin from under the rim, Eur j Nucl MedMol. Imag 2008;36 suppl 1:10s­14s.

15.  Peng BJ, Walton JH, Cherry SR, Willing­Onwuachi J. Studies of the interactions ofan  MRI  system  with  the  shielding  in  acombined  PET­MRI  scanner.  Phys. Med.Biol 2008;55:265­80.

16.  Schlemmer H P, Pichler BJ, Schmand M.Simultaneous  MR­PET  imaging  of  thehuman brain: feasibility study. Radiology2008;248:1028­1035.

17.  Heiss  WD.  The  potential  of  PET­MR  forbrain imaging. Eur j Nucl Med Mol Imag2008;36 suppl 1:105s­112s.

18.  Boss  A,  Bisdas  S,  Kolb  A,  Hofmann  M,Ernemann U, Claussen CD, et al. PET­MRIof intracranial masses: Initial experiencesand  comparison  to  PET­CT.  J  Nucl  Med2010;51(8):1198­1205.

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Page 23: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 20

19.  Boss  A,  Lars  S,  Bisdas  S.  Feasibility  ofsimultaneous PET­MR imaging in the headand  upper  neck  area,  Eur  Radiology2010;21:1439­1446.

20.  Siemens  healthcare  publications.Introducing  biograph  mMR:  the  world'sonly simultaneous whole­body molecularMR 2010; www.Siemens.com/mMR.

21.  Antoch  G,  Bockisch  A.  Combined  PET­MRI:  a  new  dimension  in  whole­bodyoncology  imaging?  Eur  j  Nucl  Med2009;36 Suppl 1:113­120.

22.  Delso  G,  Ziegler  S.  PET­MRI  systemdesign. Eur J Nucl Med Mol Imag 2009;36Suppl 1:86­92.

23.  European hospital website: http://www.european­hospital.com.

24.  Ruth L. Introduction to PET­MRI combinedscanner  and  potential  paediatricapplications.  Department  of  radiology,Harvard  medical  school  2009;  SNMannual meeting.

25.  Herlad H Q.  Whole­Body MR­PET Hybridimaging: technical considerations, clinicalworkflow and Initial Results, Institute ofmedical  physics,  Friedrich­Alexanderuniversity,  Erlangen,  Germany,2010;PhD.

26.  Mackewn  JE, Halste P, Charles­EdwardsG., Page R, Totman JJ, Sunasseee K, etal.  Performance  evaluation  of  an  MRIcompatible pre­clinical PET system usinglong  optical  fibers.    IEEE  Transactions2010;57(3):1052­1062.

27.  Catana C, Van Der Kouwe A, Benner T,Michel  CJ,  Hamn  M,  Fenchel  M,  et  al.Toward implementing an MRI­based PETattenuation­correction  method  forneurologic  studies  on  the MR­PET  brainprototype. J Nucl Med 2010;51(9):1431­1438.

28.  Quick H, Ladebeck R, Georgi JC.  Whole­body  MR­PET  hybrid  imaging:  technicalconsiderations,  clinical  workflow  andInitial  Results  2011;  Magnetom  flashissue number 1:88­100.

29.  Hybrid  PET­MR:  Hyper  Image  Project,Technologies.http://www.hybrid­pet­mr.eu/index.php?id=technologies.

30.  Schulz V, Torres­Espallardo I, Renisch S,Hu, Z, Ojha N, Bornert P, et al. Automatic,three­segment,  MR­based  attenuationcorrection  for whole­body PET­MR data.Eur  J  of  Nucl  Med  Mol  Imag2011;38(1):138­152.

31.  Martinez­Moller A, Souvatzoglou M, DelsoG, Bundschuh RA, Chefd'Hotel C, ZieglerSI,  et  al.  Tissue  classification  as  apotential  approach  for  attenuationcorrection  in  whole­body  PET­MRI:Evaluation with PET­CT data. J Nucl Med2009;50(4):520­526.

32. Beyer T, Weigert M, Quick HH, Pietrzyk U,Vogt  F,  Palm  C,  et  al.  MR­basedattenuation  correction  for  torso­PET­MRimaging: Pitfalls in mapping MR to CT data.Eur  J  Nucl  Med  Mol  Imag2008;35(6):1142­1146.

33.  Hofmann M, Steinke F, Scheel V, CharpiatG, Farquhar J, Aschoff P, et al. MRI­basedattenuation  correction  for  PET­MRI:  Anovel  approach  combining  patternrecognition and atlas registration. J Nucl

34.  Salomon  A,  Goedicke  A,  Schweizer  B,Aach  T,  Schulz  V.  Simultaneousreconstruction of activity and attenuationfor  PET­MR.  IEEE  Trans  Med  Imag2011;30(3):804­813.

35.  Delso  G,  Martinez­Moller  A,  BundschuhRA, Nekolla SG, Ziegler SI. The effect oflimited  MR  field  of  view  in  MR­PETattenuation  correction.  Med  phys2010;37(6):2804­2812.

36.  Catana C, Benner T, Van Der Kouwe A,Byars  L,  Hamn  M,  Chonde  DB,  et  al.MRI­assisted  PET  motion  correction  forneurologic  studies  in an  integrated MR­PET scanner. J Nucl Med 2011;52(1):154­161.

37.  Tsoumpa C, Mackewn JE, Halsted P, KingAP,  Buerger  C,  Totman  JJ,  et  al.Simultaneous  PET­MR  acquisition  andMR­derived motion fields for correction of

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:1­21

Page 24: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 21

non­rigid motion  in PET. Annal Nucl Med2010;24(10):745­750.

38.  Marieb EN, Hoehn K. Human Anatomy &Physiology. 8th Ed. Benjamin Cummings&Pearson 2010.

39.  The  MRI  glossary  (http://www.fonar.com/glossary.htm).

40.  Biograph  mMR  technical  characteristicsdatasheet (courtesy Siemens Healthcare).

41.  Chang  Lyong  K,  Dolinsky  S,  Burr  KC,Zelakiewicz S, Mcdaniel DL. Dependenceof timing resolution on crystal size for TOFPET.  Nuclear  science  symposiumconference record, IEEE 2007;2875­2879.

42.  Brix G, Nekolla EA, Nosske D, Griebel J.Risks and safety aspects related to PET­MR  examinations.  Eur  J  Nucl  Med  MolImag 2009;36(1):131­138.

43.  Technical  Drawings  for  biograph  mMRroom:  project  #  11029,  new  oncologydepartment.  University  College  LondonHospital (courtesy Siemens Healthcare).

44.  Yuan  J,  We  J,  Shen  GX.  A  directmodulated optical link for MRI RF receivescoil  interconnection.  Jour  Mag  Res2007;189(1):130­138.

45.  Cluzeau FA, Burgers JS, Brouwers M et al.Development  and  validation  of  aninternational  appraisal  instrument  forassessing  the quality  of  clinical  practiceguidelines:  The  AGREE  project.  QualitySafety in Health Care 2003;12(1):18­ 23.

46.  F  DI  Carli  M,  Dorbala  S, Meserve  J,  ELFakhiri  G,  Sitek  A,  Moore  S.  ClinicalMyocardial Perfusion PET­CT. J Nucl Med2007;48(5):783­793.

47.  Nuclear  regulatory  commission.  USA.ht tp://nrc­s tp .orn l .gov/as le t ters/other/sp11076.pdf.

48.  Lee H, Li Z, Chen K, Hsu AR, Xu C, Xie J,Sun  S,  Chen  X.  PET­MRI  dual­modalitytumour  imaging  using  arginine­glycine­aspartic  (RGD)  conjugated­radiolabelediron  oxide  nanoparticles.  J  Nucl  Med2008;49(8):1371­1379.

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine         22221­0288(201307/01)3:1<01:PTFMCO>2.0.TX;2­M

Page 25: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

Efficacy of motion­correction in absolutequantification of colonic PET­CT for drug

response therapyMichael A Masoomi1,2,4,*, Andy Robinson2, YassineBouchareb3, Seyedali Hejazi5, Nicholas M Spyrou4

1Department of Nuclear Medicine, Farwaniya Hospital, Kuwait2Nuclear Medicine Physics, Queen Alexandra Hospital, UK

3Barts Health NHS Trust, London, 4University of Surrey, Guildford, UK5Harvard Medical School, Boston, USA

ORIGINAL ARTICLE

*Correspondence Dr Michael M Masoomi Department of Nuclear Medicine Farwania Hospital PO Box 18373, Kuwait 81004Email: [email protected]

Abstract

Aims  The study aimed at: a) characterizingand correcting bowel­motion induced artefactswhilst  imaging  the  region  in  pre­  and  post­drug therapy 18F­FDG scans; b)developing amotion  model  of  the  gut  using  a  fully  3Dnon­rigid  registration  technique  for applyingto NACT digitised images.

Methods  A motion correction technique forPET­CT  scans,  particularly  those  of  theabdomen  and  colon  was  developed.Attenuation and activity image volumes weregenerated at different points in the respiratorycycle using the Nonuniform Rational B­splineCardiac  Torso  (NCAT)  anthropomorphicphantom. The movement of the abdomen wascharacterised as part of the image registrationprocess  and  assessment  of  the  motioncorrection  technique  was  performedquantitatively with Region of Interest (ROI),image  fidelity,  and  image  correlationtechniques;   semi­quantitatively  with     lineprofile analysis; and qualitatively by overlaying

non­motion­corrected  and  motion­correctedimage frames.

Results Motion correction was successful forframes that were substantially different to thereference  (large motion);  these  frames  hadconsiderable  differences  between  the  ROIactivities  in  the  non­motion  corrected  andreference  frames.  Large  motion  correctionresulted in an improvement in image  fidelityfactor (from 0.848 to 0.976).

Conclusion   In  principle,  PET­CT  motioncorrection  of  the  colon  can  be  performedusing  image  registration  between  differentframes  in  the  respiratory  cycle.  Clinically,frames at different points in the respiratorycycle can be obtained by respiratory gatingduring  PET  image  acquisition.  Future  workcan concentrate on developing this techniqueso that it can be applied to clinical data.

Key  words: Motion­correction,  NCAT,Quantitative measurement

Introduction

Physiological motion significantly affects thequality of  the medical  imaging scan:  it notonly  causes  artefacts  on hybrid  functional­structural scans such as the PET­CT, but also

PJNM 2013, 3:22­28                      331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<22:EOMCIA>2.0.TX;2­M

Page 26: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 23

reduces the accuracy of uptake parameters,which  are  based  on  the  measurement  ofradionuclide uptake. Accurate measurementof  radionuclide  concentration  within  organsprovides an accurate assessment of diseaseseverity and can therefore be used to measurethe response of various drug therapies. Oneapplication, where this is particularly useful,is  the  diagnosis  and  assessment  ofinflammatory  bowel  disease  (IBD)  inpaediatric patients. Due to the nature of drugtherapies  for  this  disease,  an  accurateassessment of disease severity  is  importantfor correct dosing of current drug therapies ­some of which have undesirable side effectsand varying toxicities. Drug companies investheavily  in  drug  development  and  manyexperimental drugs never make it to market[4].  An  accurate  quantitative  method  ofmeasuring radionuclide uptake in pathologicaltissues  would  not  only  provide  an  accurateway  of  assessing  the  clinical  severity  ofdisease, but would also provide a quantitativemethod  for  assessing  the  effectiveness  ofdevelopmental  drugs  [8].  Endoscopy  is  asuseful for direct visualisation of the lesion as

for biopsy. However, biopsy of the diseasedbowel is not always possible in proximal smallbowel disease or in the presence of strictures,and  it  may  be  uncomfortable  orcontraindicated  in  very  active  disease.Therefore, a less invasive approach is needed,particularly  for  the  assessment  of  theresponse to drug therapy in paediatric IBD.

Most  current  motion­correction  techniquesfocus on the correction of motion within thelungs and the upper abdomen: these are twoareas where motion is a particular problem.To the authors' knowledge there has been nowork to quantify the motion associated withthe  movement  of  the  ascending,transverse,  or  descending  colon  or  on  amethod to correct for this motion.

We  have  proposed  a  motion­correctiontechnique  based  on  the  registration  ofreconstructed images acquired at differenttime points within the respiratory cycle. Themotion­correction  technique  developed  inthis  work  is  likely  to  be  applicable  toapplications  other  than  those  concerningmeasurement  of  the  response  to  drug

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:22­28

Figure 1 Sketch of the motion­correction methodology used in this study to estimate theinter­frame 3D motion parameters (T21, T31, T41 and T51); T21 is the transformationwhich aligns frame 2 (50% inspiration) to the end­expiration frame (reference frame);T31 is the transformation describing the 3D motion between frame 3 (full­inspiration) andthe reference frame, and so on.

Page 27: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 24

therapies  or  assessing  IBD;  however,  theprinciples will generally be the same.

Materials and Methods

An image­based motion­correction approachusing  a  voxel­intensity­based  and  multi­resolution  multi­optimisation  (MRMO)algorithm, first described by Bouchareb et al.[1, 6] was adopted as the motion­correctiontechnique  presented  in  this  study.    The  3Dmotion­generated  parameters  (through  arespiratory  cycle)  were  co­registered  to  areference frame using a time efficient scheme.The reference frame is considered to be theend­expiration  frame  because  it's  the mostreproducible  phase  in  breathing  cycles  (seeFigure 1).

This  work  utilised  the  NCAT  phantomdeveloped  by  Segars et  al.  [2].  The  NCATphantom  is  dynamic  anthropomorphicdigitised  phantom  capable  of  generatingseveral sets of image data (called frames) atdifferent points  in the respiratory or cardiaccycle. The air inside the small intestine andcolon  was  set  to  a  background  of  100counts/second/pixel and the activity outsidethe  phantom  was  set  to  0  counts/second/pixel.  The  organ­to­background  activityratios  were  set  at  2­6:1.  In  each  imagevolume,  a  set  of  five  lesions  of  varyingdiameters (5, 10, 15 & 20 mm) with activity­to­background ratios of 10:1 were generated.

The  properties  of  the  image  registrationsoftware used in this work are such that if itis  applied  to  image  sets  generated  by  theNCAT  phantom  at  different  points  in  therespiratory  cycle,  the  motion  between  thetwo  image  sets  can  be  quantified  by  thetransformation  parameters  alreadydescribed. To simulate the effects of the pointspread function (PSF) of a real PET scanner,on the activity  images, each  image volumewas convolved with a Gaussian kernel.

Abdomen and colon motion was characterisedthrough  translation,  rotation,  scaling  andshearing  parameters.  Quantitative  and

qualitative  parameters  including  imagecomparison, ROI static­frame analysis, long­frame  analysis  and  lesion  analysis,  wereevaluated.

Results & Discussion

Characterisation  of  abdomen  and  colonmotion

Translation parameters

The largest translations estimated to registerthe  different  respiratory  frames  to  thereference, were found to be in the Z­axis orhead­to­feet  (Figure  2a).  There  was  anextremely small, if not zero, X­axis translationcomponent.  Translations  below  3  mm  arelikely to be below the resolution of a typicalPET scanner, therefore correction parametersbelow  this  are  not  likely  to  be  clinicallybeneficial.

Rotation parameters

The largest rotation estimated to register thedifferent respiratory frames to the referenceframe  was  found  to  be  about  the  X­axis(Figure  2b).  As  we  breathe  in,  the  chestrotates  upwards,  and  this  compliments  thetranslation in the Y direction. The remainingrotations about the Z and Y axes are smallerin magnitude.

Scaling parameters

Scaling parameters  follow a similar  trend  tothe translation parameters. The predominantscaling is in the Z­axis, followed by the Y­axis,and  with  no  scaling  required  in  the  X­axis(Figure 2c).

Shearing parameters

Shearing is the final and the most complicated­to­interpret motion  parameter.  It  forms  thefinal  level  of  optimisation.  The  X  shearingcomponent  is  approximately  linear.  The  Yshearing component has a parabolic nature,and  the  Z  shearing  component  has  a  lessintuitive relationship (Figure 2d).

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:22­28

Page 28: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 25

Image Comparison

Image  comparison  was  performed  quantitatively with image fidelity, Qf (Equation 1),and correlation measurements, Qc, (Equation2), and with ROI analysis [3, 5]

Equation 1

Equation 2

It can be seen from Figure 3 that the fidelityof  the  images  is  greatly  increased  aftercorrection  of  motion  between  the  imageframes  and  the  reference frame, with   the

lowest value after correction being 0.976.

ROI static­frame analysis

Assessment  of  the  motion  correctiontechnique  was  also  performed  with  ROI

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:22­28

Figure 2  Translation (a), rotation (b), scaling (c) and shearing (d) registration parameters

a b

c d

[ ]2

2

)],(*[),(*),(

1jiP

jiPjiPQ

ji

jif åå

-åå-=

[ ]2

2

)],(*[),(*),(

jiPjiPjiP

Qji

jic åå

´åå=

Figure 3  Fidelity and correlation factors fornon­motion and motion corrected frames asa function of chest position

Page 29: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 26

analysis of the activities within regions of theemission  images  (Figure  4).  Four  ellipticalROIs were drawn: 1) in the tissue at the topof the transverse colon; 2) the loop betweenthe  ascending  and  the  transverse  colon;  3)transverse  colon  in  various  orientations(transverse, coronal,  sagittal) and 4)  in  thelumen of the transverse colon. It was noticedthat  for  small  lung  volumes,  the  motion­correction actually reduces the activity in ROI1 to below both the reference and non­motioncorrected frames (Figure 5a). At chest position(intermediate lung volume), the discrepancybetween non­motion corrected frames and thereference, starts to become apparent (Figure5b). However, it can be seen from the motion­corrected  frames  that  this  discrepancy  islower.  At  large  displacements  exhibited  byrespiratory  frames  further  away  from  thereference (large lung volumes), the differencebetween reference and non­motion correctedROIs  is  large  (Figure  5c),  whereas  thedifference between the reference and motion­corrected ROIs is significantly reduced.

Long­frame analysis

Figure 6 shows the ROI activities for images,which  are  the  sum  of  all  the  individualmotion­corrected frames, non­motion corrected

frames,  and  a  larger  time  period  referenceframe (long frames). There appears to be alarge  difference  between  the  reference  andthe non­motion corrected frames, and a smalldifference between the reference and motion­corrected  frames.  This  situation  moreaccurately represents how an ungated clinical

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:22­28

Figure    4 Elliptical  ROIs  as  perdescription

b

a

c

Figure  5   Motion  correction  for  small(a), intermediate (b) and large (c) lungvolumes

Page 30: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 27

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:22­28

image would look. For ROI 2, even though thisROI  is  supposed  to  be  in  an  area  ofbackground activity,  it can be seen that theactivity is significantly more than backgroundin the non­corrected mage.

Lesion activities

ROIs were created around each of the lesionsin the same way as before. Figures 7 showsthe  motion­corrected  and  non­motioncorrected  lesion  activities  for  small,intermediate and large lung volumes.  For thesmall­volume (Figure 7a), it can be seen thatthe measurements in each lesion are virtuallythe same, which  suggests that there is littledifference  between  the  reference  and  themotion­corrected  and  the  non­motioncorrected images. As for Figure 7b, it displaysthe same behaviour as in Figure 7a, althoughthe difference is much more pronounced. Withreference to Figure 7c, the measurements ineach  lesion  are  virtually  the  same  for  thereference and motion­corrected frames, with

Figure   7     Lesion activities  for  small(a), intermediate (b), and large (c) lungvolumes

Figure  6   Motion­correction  for  longframe Figure  8   (a)  Frame  5  overlaid  onto

reference  frame.  Areas  displayingmismatch  in  alignment  due  torespiratory  motion  are  the  kidneys,liver, transverse colon, and areas of thesmall  intestine;  (b)  Motion­correctedframe 5 overlaid onto reference frame.Areas where motion­correction has beenparticularly  successful  and  mismatchlargely  reduced are  the kidneys,  liver,transverse colon, and the small intestine

a

b

a

b

c

Page 31: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 28

the exception of lesion 1. The anomaly for ROI1 could be caused by the movement of tissuewith a similar activity in the lesion moving intothe ROI. This suggests that for large amountsof  motion,  motion­correction  is  particularlyeffective  in yielding a  correct  lesion activityfor lesions of sizes ≥10 mm.

Conclusions

The motion­correction  technique  adopted  isespecially  effective  at  correcting  for motionbetween  25­100%  from  the  full  expirationreference (i.e. chest positions correspondingfrom ¼ inhale to full inhale). For lesions sizes≥10 mm, motion­correction  appeared  to  besuccessful  for  lesions  in various positions  inthe ascending and transverse colon. It couldnot be established whether motion correctionof lesions <10 mm was successful or not, andthis  is  something  that  requires  furtherinvestigation.  For normal inspiration (used inthis  work),  the  maximum  diaphragmmovement is set to 2 cm and the maximumanterior­posterior expansion is set to  1.2 cm.Motion­correction  will  reduce  artefacts,improve  accuracy  of  assessing  severity  andefficacy  of  a  given  treatment  quantitatively(Figure  8).  Another  extension  of  this  workwould be  to  include  local motion due to  thetransit of a bolus through the colon or  fromother stimuli [7].

Acknowledgment

Authors would like to thank Dr William Ryderfor his assistance in implementing an analysistool  developed  during  the  course  of  thisproject.

References

1.  Bouchareb  Y,  Janka  R,  Kalendar  WA.Generation  of  multiphase  (4D)  CT  databased on a nonrigid registration approachand MR breath hold scans, Medical ImageUnderstanding  and  Analysis  ConferenceProceedings; 2004:236239.

2.  Segars WP. Development of a new dynamicNURBSbased  cardiac  torso  (NCAT)phantom,  PhD  Thesis  (The  University  ofNorth Carolina, USA) 2001.

3.  Masoomi MA. Quantitative and qualitativeimaging  in  single  photon  emissiontomography  for nuclear  m e d i c i n eapplications,  PhD  Thesis,  (University  ofSurrey, UK) 1990.

4.  Lammertsma A. Role of human and animalPET studies in drug development. InternatCong Series 2004; 1265:311.

5.  Masoomi  MA,  Bouchareb  Y,  Robinson  A,Spyrou NM.  PET/CT motion  correction  inpaediatric gut inflammation drug responsetherapy    (invited presentation), Am NuclSoc Trans, Washington, 2007; 97:241.

6.  Bouchareb  Y  ,  Roemer  W  ,  Platsch  G,Kalender WA. Normalised  m u t u a linformation  based  nonrigid  registration(fusion)  approach  for  FDGPET  and  CTscans. RSNA 2003 Proceedings: 328329.

7.  Scott  M.  Wingate  Institute  of  neuro­gastroenterology  (London,  UK),  PrivateCommunication.

8.  Weldon MJ, Masoomi MA, Britton, Gane J,Finlayson  CJ,  Joseph  AEA,  Maxwell  JD.Quantification  of  inflammatory  boweldisease  activity  using  technetium99mHMPAO  labelled  leucocyte  single  photonemission  computerised  tomography(SPECT), Gut 1995; 36:243250.

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine          2221­0288(201307/01)3:1<22:EOMCIA>2.0.TX;2­M

Page 32: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

Exposure rate patterns in 131I therapy inpatientsat NIMRA Jamshoro: an 08­year study

Sajjad Ahmed Memon*, 1, Naeem Ahmed Laghari1, SadafTabasum Qureshi2, Fayaz Ahmad3, Atif Masood4,

Shahid Iqbal11Nuclear Institute of Medicine and Radiotherapy (NIMRA) Jamshoro,

2University of Sindh, Jamshoro, Pakistan3Pakistan Atomic Energy Commission, Islamabad, Pakistan

4Karachi Institute of Institute of Radiotherapy &Nuclear Medicine, Karachi, Pakistan

ORIGINAL ARTICLE

*Correspondence   Sajjad Ahmed Memon,   Nuclear Institute of Medicine & Radiotherapy   Jamshoro, Pakistan   Tel: +92­22­9213381­84   Fax:+92­22­9213386   E­mail:[email protected]

Abstract

Aims Therapeutic  use  of  unsealed  radioisotopes  with  an  objective  of  providingradiation dose to the target or affected tissuehas been in clinical practice for more than 70years. Oral administration of radioiodine is anestablished  therapy  for  the  treatment  ofdifferentiated  thyroid  cancers.  To  avoidunacceptably  high  radiation  exposures  topatients'  family  members  and  other  relatedpeople  by  applying  ALARA  (as  low  asreasonable achievable) principle, patients whoadministered  the  therapeutic  dosage  of 131Iare required to be hospitalized for some perioduntil the retained radioactivity in the body orthe  exposure  rate  at  one  meter  falls  toacceptable  levels  according  to  national  andinternational limits. The main aim of this studywas to investigate the exposure rate patternsof  inpatients  administered  with  therapeuticradioiodine  and  discuss  the  associatedradiation safety issues.

Methods    This work  presents  the  exposurerate patterns  in patients treated with 131I atour institute from 2004 to 2011. A total of 83patients  with  thyroid  cancer  treated  withdifferent activities of 131I ranging from 50 to150 mCi were included in this study. 76% ofthe patients were females and 24% male withan age range of 17 to 70 years.

Results  The  majority  of  patients  (77.11%)were discharged at the exposure rate of lessthan  02  mR/hr  (milli­Roentgen/hour),whereas  only  22.89%  patients  weredischarged at the exposure rate between 02mR/hr  and  05  mR/hr.  Only  1.2%  of  totalpatients  discharged  after  first  24  hoursfollowing 131I administration whereas 33.73%,25.3% and 21.67% patients were dischargedafter  48,  72  and  96  hours  after  the  doseadministration.  Only  1.2%  of  the  patientsstayed the longest duration in isolation (264hours or 11 days) at the hospital.

Conclusion With  proper  radiation  safetymeasurements and pursuance of instructions,reduction  in exposure to  family members ofpatients and public can be suitably achieved.

Key  words: ALARA,  exposure  rate,isolation room, radioiodine, I­131

PJNM 2013, 3:29­36                            331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

www.pjnm.net 2221­0288(201301/01)3:1<29:ERPIIT>2.0.TX;2­M

Page 33: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 30

Introduction

131I is a ß­emitting radionuclide with a physicalhalf­life of 8.1 days. Ernest O. Lawrence in 1931first constructed the cyclotron, which was laterin  1934  used  for  radiosodium  production  byEnrico Fermi through bombardment of neutronson stable iodine [6].  The primary emissions of131I are ß particles of a maximal energy of 610keV followed by a gamma rays emission of 364keV [1­3].  Sodium iodide (131I) was first usedin  January  1941  by  Saul  Hertz  and  ArthurRoberts  for  treating  hyperthyroidism  [4]  andsince  then  has  become  a  popular  treatmentoption for patients with thyroid cancer. It is asafe and a relatively inexpensive treatment ofchoice [4, 1, 5].

Patients treated with therapeutic dosages of131I  are  potential  sources  of  unacceptablehigh radiation exposure to other individuals,particularly  their  close  family  members.Several  standards  and  policies  have  beenestablished  to  regulate  the  discharge  ofhospitalized  patients  receiving  radioactivetreatment.  Generally,  the  patient  ishospitalized  until  the  measured  exposurerate  at  one meter  from  the  patient�s  bodysurface falls to acceptable levels [7­9] as perthe  ALARA  principle  [10].  The  criteria  forreleasing patients are set to ensure that noone receives exposures above the regulatorydose limits for the general public [7, 11­15].The main aim of this study was to discuss indetail  the  issues  related  to  the  patientsadministered with radioiodine as well as thesite  where  the  activities  of 131I  wereadministered.

Patients and methods

Exposure rate measurement is a crucial factorin  discharging  patients  administered  withradioiodine  therapy.  The  exposure  ratemeasurement aims at keeping  the radiationexposure  to  others  as  low  as  reasonableachievable  [10,  16].  If  the  administeredactivity to the patient is more than 30 mCi orif  the  emitting  exposure  rate  more  than  5

mR/hr  at  one  meter  from  the  patient,hospitalization in a special isolation room untilthe residual activity is reduced to less than 30mCi  or  the  exposure  rate  decreases  to  lessthan 5 mR/hr is necessary [17, 18].

A total of 83 patients, 63 (76%) women and20 (24%) men, were administered radioiodineat  Nuclear  Institute  of  Medicine  andRadiotherapy  (NIMRA)  Jamshoro.  Thepatients' ages ranged from 17 to 70 years. Allthe  administered 131I  activities  ranged  from50 mCi  to  150 mCi.  The  dose  to  individualpatient  was  determined  according  to  apatient's therapeutic requirements. Patients'personal data such as age, sex, administeredactivity, date and time of administration wererecorded.  Initial  exposure  measurementswere recorded at the time of administrationof  activity  with  daily  exposure  ratemeasurements  at  a  distance  of  one  meterincluding the day of discharge of the patientfrom  hospital  [12,  13,  19].  VictoreenMinimonitor  II, model  05­571,  calibrated  atSecondary  Standard  Dosimetry  Laboratory,Pakistan Institute of Science and Technology,Islamabad,  was  used  for  exposure  ratemeasurements.

Each patient was briefed about the procedureand written consent obtained [11]. Oral andwritten instructions relevant to the patient'sisolation and stay at home were provided toevery patient in order  to minimize the doseto others [12, 20, 7, 21, 22]. The instructionsincluded: i) keeping the patient alone in theisolation room during stay at the hospital; ii)allowing caregivers/family members for veryshort periods to provide meals and water tothe  patient;  iii)  ensuring  plentiful  intake  ofliquids;  iv)  oral  lemon/orange  candies  tominimize  the  dose  to  salivary  glands;  v)advising  lactating  mothers  to  stop  nursingtheir babies immediately to prevent the babiesfrom ingesting radioiodine excreted  into thebreast milk; vi) recommending avoidance ofpregnancy  for a period of 4­6 months afterthe administration of 131I; vii) instructing thepatients  to maintain safe distance betweenthemselves  and  their  family  members  andgeneral  public,  ensuring  separate  sleeping

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:29­36

Page 34: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 31

arrangements, avoiding travel by public transportand avoiding visiting public places such as grocerystores,  shopping  centers,  theatres,  restaurantsand public events; viii) instructing patients andtheir caregivers to comply with the same set ofinstructions at home after discharge from hospitalfor one to two weeks as maintained in isolationroom to reduce dose to caregivers/close familymembers.

The  releasing  criteria  for  the  patients  fromisolation was  based  on  the  local,  national  andinternational regulatory agencies [7, 14, 15]. USNuclear Regulatory Commission regulatory guide8.39  [23]  explains  various  options  includingrelease of patients based on measured exposurerate of 7 mR/hr at one meter [11, 16, 18, 24, 25].

It  has  been  agreed  that  the  patients  may  bereleased when their measured exposure rate isless than 5 mR/hr at one meter [26] and this limitis the regulatory requirements set by PNRA [7];however, at our institute, most patients were notdischarged from the hospital until their exposurerate  was  02  mR/hr  or  even  less  to  avoidunacceptable  radiation  exposure  to  familymembers.

Results

Out of  83 patients, only 1 patient (1.2%) wasdischarged  after  first  24  hours  after 131Iadministration, with 28  (33.73%), 21  (25.3%)and 18 (21.67%) patients discharged respectivelyafter  48,  72  and  96  hours  after  doseadministration  (Figure  1).  One  (1.2%)  patientstayed 11 days (264 hours) due to radioactivityin  the patient's  enlarged neck nodes.  Figure 2shows that the majority of patients (64 (77.11%))were discharged at the exposure rate≤02 mR/hr,whereas  only  19  (22.89%)  patients  weredischarged  at  the  exposure  rate  ranging  from02mR/hr to 05 mR/hr.

Daily  decrease  in  exposure  rate  shows  theelimination of radioiodine from the patients andwe have a mixed pattern of patients' exposurerates treated at our Institute. In the first 24 hours,the  exposure  rate  of  67  (80.72%)  radioiodinetherapy patients dropped to approximately 50%of  the  initial  exposure  rate,  and  after  eachconsecutive 24 hour period, the exposure ratesfell to 14.95%, 10.32% and 8.66% as indicatedin Figure 3.  Overall, there was more than 75%fall in the initial exposure rate during stay of thepatients  at  the  hospital.  The  doses  tocaregivers/family members during patients' stayat  hospital (through providing meals  and water

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:29­36

Figure 1  Percentage of patients releasedat 24, 48, 72 and 96 hours at NIMRA

Figure 2  Exposure rate of patients beingreleased from NIMRA

Page 35: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 32

to patients in a short  time span) were estimatedfrom  the  daily  exposure  rate  measurements,which  ranged  from  0.0321  to  0.235 mSv  andfrom this set of data it was estimated that themajority of caregivers (more than 70%) receiveddoses between 0.05 mSv and 0.10 mSv.

The  results  of  this  study  show  that with  goodradiation  safety  precautions  and  radiationprotection  measures  and  complying  withinstructions  given  to  patient  administered with131I, the exposure to family members of patientsand general public can be minimized.

Discussion

It is important to consider all matters related topatients  administered with 131I  at  the  instituteincluding: activity administered and its eliminationfrom  the  patient,  releasing  of  patients  fromisolation,  exposure  rate  and  its  decreasingpattern, dose received by caregivers/close familymembers  of  patients,  radiation  doses  to  thegeneral  public,  and  financial  burden  on  thepatients  and  the medical  institution where  thepatients are treated as inpatients.

Since  patients  administered  with  therapeuticdoses of 131I are a source of radiation exposureand a possible radiation hazard to surrounding

individuals,  it  is particularly  important  to avoidunacceptably  high  radiation  exposure  of  closefamily members of  the patients. Therefore,  forradiation  protection  purposes,  the  radioactivepatients  are  required  to  be  hospitalized  for  aperiod of 1­3 day or more until the radioactivityin their body or the exposure rate at one meterparallel to the thyroid,  falls to acceptable levels[12, 23].

US  Regulatory  Guide  8.39  [24]  describes  thecriteria for releasing patients from isolation whohave been given 131I therapy doses. Acceptableradiation burden for release include a total­bodyactivity of less than  30 mCi  (or an administereddose  of  <30  mCi)  or  exposure  rates  of  thepatients at one meter at below 5 MR/hr. Whenone of  the  criteria  is met,  the patient may bedischarged  to  home.  Since  the  exposure  ratedecreases with passing time due to the decay ofingested activity as well as biological clearance,daily surveys are essential. Most of the activity isexcreted from the body in urine during the firsttwo days after the radioiodine administration [1,2,  27,  28].  Uptake  and  retention  of  radiationvaries from patient to patient. From a safety pointof  view  of  the  patients'  family  members  andgeneral  public,  the  exposure  rate  must  beconsidered  along  with  the  socioeconomicconditions of patients  as many of our patientsare financially poor and the resources availableto  the  institution where  the patients are beingtreated  are  very  limited  [2].  The  radiologicalprotection webpage of the IAEA, prescribes 84­90percent of the dose of 131I (used for treatment ofthyroid disorders)  as allowed  to be dischargedinto  the  public  sewer.  The  site  also  sets  thehospital discharge  criteria for patient dischargeat 30 mCi or  less  than 5 mR/hr  [8].  In  Japanhowever, the level set level for the same is 14mCi or less than 3 mR/hr. ARPNSA  has set thedischarge levels for radioiodine patients at 0.5­4mR/hr at one meter and also indicated that about80% of the administered activity are eliminatedwithin the first 48 hours [20].

Culver and Dworkin [26] reported that 26% ofthe treated patients were released after one dayfrom  hospital  whereas  67%  and  7%  were

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:29­36

Figure  3   Exposure  rate  patterns  in  ourpatient population

Page 36: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 33

with residual activity of 27.0 ±6.3 mCi and themean exposure rate of 4.0 ±0.9 mR/hr at onemeter from the patient. Table 1 summarizes theresults  of  the  different  studies  on  percentageclearance of 131I activity from patients. RegulatoryGuide 8.39 [23] as well as Culver and Dworkin[26] prescribed that the patients may be releasedas the patients' measured exposure rate is lessthan 5 mR/hr at one meter, but at our institutemost patients were kept until their exposure ratebecome 02 mR/hr or even less. In a study carriedout by Al­Maskery and Bererhi [24] it was shownthat the radiation exposure levels received by thefamily members  including  spouses  range  from1.3 to 4.2 mR/hr at one meter from the patients,which  are  in  the  range  of  permissible  limits.Bererhi and Constable suggested that the patientsmay be  treated as outpatients  for  reduction  infinancial burden in the hospital [33].

Tonnonchiang et al. studied the cumulative dosesof patients' caregivers/close family members andreported that the dose to caregivers/close familymembers were less than annual limit to generalpublic which is 1 mSv [34] whereas Grigsby et al.evaluated the dose to family members of patientswhich  reportedly  ranged  from  0.01­1.09  mSv[18]. Rutar et al. reported the radiation doses tocaregivers/close family members to range from0.17  to 4.09 mSv [35]. Marriott et al.  in  theirstudy described the maximum penetrating doseto caregivers/close family members  in order of0.283 mSv [36].

Pant et  al.  suggested  that  patients  may  bereleased  if  the  captured  activity  in  the  patientdrops to less than 16 mCi or the exposure rate atone meter  from the patient  is 3 mR/hr or  less[37].  Muhammad et  al.  discussed  the  releasecriteria of  radioiodine patients being  treated  indeveloping  countries  like  Pakistan  andrecommended  that  the  limits might  be  set  forreleasing patients from isolation as 10 mCi or 1mR/hr  instead  of  30  mCi  or  5  mR/hr.  Theyunderscored the importance of considering boththe financial situation of the treating institutionand the patient's background into considerationby weighing in such factors as the socioeconomiccondition,  literacy  rate,  family  situation  of  thepatients,  etc.  [38].  Panzegrau et  al.  [39]compared the costs of inpatient versus  outpatienttreatment with same doses along with minimizingexposure to the general public and concluded thatthe average  cost  for  outpatient  treatment wasmuch  less than the cost for inpatient treatmentwhich findings were also supported by Zaman etal. who reported a 60%­86% reduction in cost ofoutpatient as compared with inpatient treatment[40]. These studies also imply that in the thirdworld countries it is quite important to considerthe economic burden on the hospitals providing131I treatment to the patients.

Conclusions

The results of this study as that of many otherstudies suggests that radioiodine is a very safeand effective treatment with good radiation safety

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:29­36

Study Percentage clearance of 131I activity from patients

24 hours 48 hours 72 hours 96 hoursThompson [18] _ 80 _ _Massimiliano et al. [29] _ 80 _ _Driver and Packer [13] 51 68 76.5 81.5Tuntawiroon et al. [30] 30­75 _ _ _Parthasarathy and Crawford [31] 30­75 _ _ _Tavakoli [32] 70 90 96 _Current study 50 65 75 84

Table 1  Summary of different studies on percentage clearance of 131I activity from patients

Page 37: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 34

record when  instructions given  to patients andtheir  close  family  members  during  and  aftertreatment are followed so that the exposure tofamily members of patients and the general publiccan be minimized. Outpatient  treatment  incursmuch  lower  cost  compared  with  inpatienttreatment [39, 40]. Like several other researchers[18, 24, 34­36], our study has also shown  thatthe radiation dose levels received by the familymembers  of  patients  given  outpatient 131Itreatment  are  within  permissible  limits  andtherefore this obviates the need for admission ofpatients to isolation rooms to avoid unnecessaryexposure  to  close  family  members.  Asrecommended by the International Commissionon Radiological Protection, it is important to  tobe  guided  by  the  ALARA  principle  butconsideration should be give to the economic andsocial factors [10, 41] when considering patientdischarge outside the limits set by the regulatorybodies  [7­9]  in order  to minimize  the  financialburden on the patients and their families as wellas  on  the  treating  hospitals.  We  thereforerecommend a relaxation in criteria for releasingof inpatients from hospitals.

Acknowledgements

The authors wish to thank  Asrar Ahmad (SeniorScientist)  and  Nasurrullah  (Receptionist)  fromNIMRA, the Hot Lab technicians (especially KhalidHussain), the ward staff, and staff of computersection (especially Fawad Mehdi and MuhammadArshad)  for  their  help  and  assistance,  withoutwhich this study could not be commenced andsuccessfully completed.

References

1.  Thomas  SR.  Cancer  biotherapy  &radiopharmaceuticals, Mary Ann Liebert, Inc.Options for radionuclide therapy: From fixedactivity to patient­specific treatment planning.2002; 17(1):71­81.

2.  Muhammad W, Faaruq S, Hussain A et, al.Quantitative  analysis  of  the  factorsresponsible  for  over  or  under  dose  of 131I

therapy patients of hyperthyroidism. RadiatProt Dosimetry 2008;128(1):90­7.

3.  Meier  DA,  Brill  DR  and  Becker  DV  et,  al.Procedure  guideline  for  therapy  of  thyroiddisease  with 131Iodine.  J  Nucl  Med  2002;43:856­61.

4.  Chow SM. Review article: Side effects of highdose  radioactive  iodine  for  ablation  ortreatment of differentiated thyroid carcinoma.J Hk Coll Radiol 2005;8:127­35.

5.  Green R,  Kodimer K. Comparison of exposurerates from various iodine 131NaI therapeuticcapsule  lead  shields:  improved  designsutilizing tungsten. J Am Pharm Assoc 2001;41(2).

6.  Ibis E, Wilson CR, Collier BD et, al. Iodine­131contamination from thyroid cancer patients.J Nucl Med 1992; 33(12): 2110­5.

7.  Pakistan  Nuclear  Regulatory  Authority(PNRA). Regulations on radiation protection(PAK/904) 2004.

8.  International Atomic Energy Agency (IAEA).Therapeutic  nuclear  medicine  ­  Generaloverview  IAEA  web  page  on  radiologicalprotection  of  patient.  https://rpop.iaea.org/RPOP /RPoP/ Content/ Information For/HealthProfessionals/3_NuclearMedicine/TherapeuticNuclearMedicine/Therapeutic _nuclear_ medicine_general_overview.html.

9.  European Commission. Radiation Protection97: Radiation protection following Iodine­131therapy  (Exposure  due  to  out­patient  ordischarged  in­patients). Directorate Generalof  Environmental  Nuclear  Safety  and  CivilProtection Luxembourg, Brussels 1998.

10. International  Commission  on  RadiologicalProtection (ICRP). ICRP Publication 103: The2007 Recommendations of the InternationalCommission on Radiological Protection. EditorJ. Valentin, Elesevier Oxford, UK. March 2007.

11. Venencia CD, Germanier AG and Bustos S et,al. Hospital discharge of patients with thyroidcarcinoma  treated  with  131I.  J  Nucl  Med2002; 43:61­5

12. Al­Haj AN, Lagarde CS, Lobriguito AM. Patient

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:29­36

Page 38: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 35

parameters and other radiation safety issuesin 131I therapy for thyroid cancer treatment.Health phys. 2007; 93(6): 656­66.

13.  Driver  I,  Packer  S.  Radioactive  wastedischarge quantities for patients undergoingradioactive  iodine  therapy  for  thyroidcarcinoma,  Nucl  Med  Commun  2001;22:1129­32.

14.  Australian Radiation Protection and NuclearSafety  Agency  (ARPNSA)  Radiationprotection safety guide 14,2: Safety guidefor radiation protection in nuclear medicine.2008.

15.  International Atomic Energy Agency (IAEA).Safety  standards  series  no.  RS­G­1.7:Application  of  the  concepts  of  exclusion,exemption and  clearance. Vienna, Austria.2004.

16.  Willegaignon J, Guimares MI, Sapienza MTet, al. A new proposal for monitoring patientsin  nuclear  medicine.  Health  Phys.  2006;91(6): 624­9.

17.  Thompson MA. Radiation safety precautionsin the management of the hospitalized 131Itherapy patient. J Nucl Med Technol 2001;29:61­6.

18.  Grigsby  PW,  Siegel  BA,  Baker  S, et  al.Radiation  exposure  from  outpatientradioactive iodine (131I) therapy for thyroidcarcinoma.  J  Am  Med  Assoc  2000;283:2272­4.

19.  Willegaignon J, Sapienza M and Ono C et al.Outpatient  radioiodine  therapy  for  thyroidcancer: a safe nuclear medicine procedure.Clin Nucl Med  2011;36(6):440­5.

20.  Australian Radiation Protection and NuclearSafety  Agency  (ARPNSA)  Radiationprotection series no. 4: Recommendation forthe  discharge  of  patients  undergoingtreatment with radioactive substances, 2002.

21.  Durr­e­Sabih.  Treatment  of  thyrotoxicosiswith radioactive iodine. Recommendations ofthe  consensus  group  on  nuclear medicineprotocols (Pakistan). World J Nucl Med 2006;5(4):214­7.

22. US  Nuclear  Regulatory  Commission.Regulatory analysis on criteria for the releaseof patients administered radioactive materials(NUREG­1492). 1997.

23. U.S.  Nuclear  Regulatory  Commission.Regulatory Guide 8.39: Release of patientsadministered  radioactive  materials  Rev.  0.Washington, DC. 1997

24. Al­Maskery I, Bererhi H. Radiation exposurelevels in family members of Omani patientswith  thyrotoxicosis  treated with  radioiodine(131I) as outpatients. SQU Med 2009;9(2):148­52.

25. Siegel JA, Kroll S, Regan D, et al. A practicalmethodology  for  patient  release  aftertositumomab and 131I­tositumomab therapy.J Nucl Med 2002; 43(3):354­63.

26. Culver  CM,    Dworkin  HJ.  Radiation  safetyconsiderations  for  post­iodine  131  thyroidcancer therapy. J Nucl Med 1992; 33:1402­5.

27. Radioiodine  (I­131)  therapy  forhyperthyroidism.  Available  at:  http://www.radiologyinfo.org/en/info.cfm?pg=radioiodine.

28. Wellner  U  ,  Eschner  W,  Hillger  HW et,  al.Exposure  to  relatives  of  patients  afterstationary  radioiodine  therapy by  inhalationof 131I  in  their  homes.  [Article  in German].Nuklearmedizin 1998; 37(3): 113­9.

29. Massimiliano P, Luciano B, Vincenzo P et al.Management  of 131I  therapy  for  thyroidcancer:  Cumulative  dose  from  in­patients,discharge  planning  and  personnelrequirements.  Nucl  Med  Commun2005;26(7):623­31.

30. Tuntawiroon M, Sritongkul N, Pusuwan P etal. Radiation exposure from liquid dischargesfrom 131I  therapy  rooms  into  the  pipingsystem  of  a  hospital  building.  In  vivotherapeutics: World J Nucl Med 2008;7: 122­5.

31. Parthasarathy KL, Crawford ES. Treatment ofthyroid  carcinoma:  Emphasis  on  high­dose131I outpatient therapy. J Nucl Med Technol2002; 30:165­71.

32. Tavakoli  MB.  Radioactive  discharge  from

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:29­36

Page 39: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 36

sewer system. Contemp Oncol 2005;9:38­41.

33. Bererhi H, Constable AR. Radiation exposurelevels in relatives of patients after radioiodinetherapy.  SQU  J  Sci  Res:  Med  Sci  2000;2:87­90.

34. Tonnonchiang  S,  Sritongkul  N,Chaudakshetrin P et al. Radiation exposure torelatives of patients treated with iodine­131for thyroid cancer at Siriraj hospital. Availableat: www.Tmps.Or.Th/Meeting2012/ Fullpaper/Siriporn.Pdf

35. Rutar  FJ,  Augustine  SC,  Colcher  D et  al.Outpatient  treatment  with 131I­Anti­B1antibody:  Radiation  exposure  to  familymembers. J Nucl Med 2001;42(6):907­15.

36. Marriott  CJ,  Webber  CE,  Gulenchyn  KY.Radiation  exposure  for  caregivers  duringhigh­dose  outpatient  radioiodine  therapy.Radiat Prot Dosimetry 2007;123(1):62­7.

37. Pant GS, Sharma SK, Bal CS et al. Radiationdose to family members of hyperthyroidismand thyroid cancer patients treated with 131I.Radiat Prot Dosimetry 2006;118:22­7.

38. Muhammad W,  Faaruq  S,  Matiullah et  al.Release  criteria  from  hospitals  of 131Ithyrotoxicosis therapy patients in developingcountries: case study. Radiat Prot Dosimetry2006;121(2):136­9.

39. Panzegrau B, Gordon L, Goudy GH. Outpatienttherapeutic 131I for thyroid cancer. J Nucl MedTechnol  2005;33:28­30.

40. Zaman M, Fatima N, Sajjad Z et al. High­doseI­131 therapy on outpatient basis: Imperativeand no more a desire. Pak J Nucl Med 2012;2:92­7.

41. Jonsson  H,  Mattsson  S.  Excess  radiationabsorbed  doses  from  non­optimisedradioiodine  treatment  of  hyperthyroidism.Radiat Prot Dosimetry 2004;108(2):107­14.

     +

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine                      2221­0288(201301/01)3:1<29:ERPIIT>2.0.TX;2­M

Page 40: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013;3:37­43                            331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

Study of normal biodistribution and uptake patternsof novel anticancer radiopharmaceutical complex

99mTc­Methotrexate

Rashid Rasheed1,*, Muhammad Javed1,Fayyaz Ahmad1, AsimaSohail1, Sohail Murad1, Misbah Masood2, Shahid Rasheed3,

Saqib Rasheed4, Babar Imran5, Simab Shaheen6

1Gujranwala Institute of Nuclear Medicine (GINUM), Gujranwala2Institute of Nuclear Medicine & Oncology Lahore (INMOL), Lahore3National University of science and technology (NUST), Rawalpindi

4Quaid­e­Azam University (QAU), Islamabad5Punjab Institute of Nuclear Medicine (PINUM), Faisalabad

6University of Punjab, Lahore

ORIGINAL ARTICLE

Abstract

Objective Methotrexate (MTx) is an anticanceragent used in the treatment of various cancers.The objective of this study was to document thebiodistribution of 99mTc­labelled Mtx (99mTc­MTx)in  normal  subjects  and  patients  with  breastcancers.

Methods We prepared the 99mTc­MTx kit by adirect  labelling  method  and  studied  itsbiodistribution in  volunteer subjects and patientswith breast carcinoma breast. This clinical studywas preceded by animal trials [1].

Results  The normal biodistribution pattern inhumans  was  characterized  by  nonspecificuptake  in  the  body  with  the 99mTc­MTxbehaving  like  a  blood  pool  agent  with  noevidence of specific organ uptake. The kidneyswere seen to be the main route of excretion.Biodistribution data of patients with carcinomabreast showed excellent tracer uptake in thetumour  and  showed  no  other  nonspecifictracer uptake.

Conclusion  This initial clinical trial showed that99mTc­labelled anticancer drug can be successfullyused for tumour scintigraphy, which appears tobe  a  major  breakthrough  as  this  method  oflabelling  and  scanning may  be  useful  in  futuretumour  staging,  calculating  the  sensitivity  oftumours to certain anticancer agent and responseevaluation during chemotherapy.

Key words: 99mTc­methotrexate,  biodistribution, breast cancer

*Correspondence   Dr Rashid Rasheed   Dept of Nuclear Medicine   GINUM Cancer Hospital   Gujranwala, Pakistan   Email: [email protected]   Tel: +923336523396   Fax: +92553493379

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<37:SONBAU>2.0.TX;2­M

Page 41: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 38

Introduction

The  drug  methotrexate  (MTx)  is  a  chemotherapeutic  agent  used  in  the  treatment  ofbreast  cancers,  head  and  neck  cancers,leukaemia,  lymphoma,  lung  cancers,  osteosarcomas, bladder cancers, etc. [2].  In breastcancer, the drug is being used as an adjuvantand neoadjuvant chemotherapeutic agent [3].Cancer  causes  abnormal  growth  of  cells  bymultiple changes  in gene expression  leadingto  deregulation  in  the  balance  of  cellproliferation  and  cell  death  and  ultimatelyevolving  into  a  population  of  cells  that  caninvade tissues and metastasize to distant sitescausing significant morbidity and, if untreated,death of the host [4].

Methotrexate  has  been  previously  labelled  with99mTc using a conjugate mercaptoacetyl triglycine(MAG3)  and  its  gamma  scintigraphic  propertieshave been studied in animal models of tumour [1,5, 6]. Recently published animal studies also used99mTc­MAG3­MTx  complex  as  a  tumour  imagingagent in animals [6]. However, the use of conjugatemakes the kit costly and more difficult to preparedue to the complexity of the labelling procedure andheating of the compound for proper labelling. It istherefore  desirable  to  explore  new methods  fordirect and simple labelling  of the anticancer agentsalong  with  preservation  of  the  chemicalcharacteristics of the agent without increasing its invivo toxicity. This study aimed at direct labelling of99mTc  with  Methotrexate  and  studying  thebiodistribution  in  normal  human  subjects  andpatients with  breast  cancer  following  an  animalmodel study [1].

Materials and Methods

Several  chemicals  used  in  this  research  werepurchased  from  Aldrich,  USA  (Methotrexate,stannous chloride ascorbic acid and sodium citrate),with normal saline procured from Ostuka, Pakistan.The technetium­99m generator was purchased fromPakistan Institute of Nuclear Science and Technology(PINSTECH).

MTx  kit  formulation  was  carried  out  bymodified method published by our team [1].

20 mg of MTx was dissolved in 18 ml of D/D(double distilled) water by using few drops of1N NaOH. Ascorbic acid (30 mg) and sodiumcitrate  (20  mg)  were  added  in  the  stirredsolution. Next, 2 ml of  stannous  tartrate  (5mg/ml) in pyrophosphate (5 mg/ml) solutionwere  added  with  constant  stirring  and  pHadjusted to 8.0­8.5 and a fraction of 1 ml wasdispensed in a 10 ml serum vial after passingthrough  0.22 µm  membrane  filter.  Sodiumpertechnetate  (925  MBq)  eluted  fromPakgen®  generator  from  PINSTECH  wasadded into the vial and incubated for 15 minat room temperature.

In vitro stability of  the 99mTc­MTx  radiometalcomplex was estimated for various intervals oftime up to 5h. To assess the dissociation of thelabelled complex at room temperature, aliquotsat  different  time  intervals were  applied  on  3mm chromatography paper (PC) and ITLC­SGstrips. The PC strips were developed in acetoneand  the  ITLC­SG  strips  in  saline.  Thepercentage  dissociation  of  the  complex  at  aparticular  time  interval  was  detected  by  thepercentage of free pertechnetate at that time.In case there was a significant loss of metal­complex stability, it was advised to not use theradiopharmaceutical  for  clinical  applications.Free pertechnetate in radiometal complex wascalculated using PC up to 5 hours and it wasfound  to be 0.258% at any  time, which waswithin acceptable limits.

The  radiopharmaceutical  kit  was  synthesizedunder sterile conditions. Laminar flow hood wassterilized with methylated  spirit  under  UV  lightexposure  for  24h.  Apparatus  used  for  the  kitformulation was sterilized in a preheated oven at200oC  for  2h.  The  dose­related  toxicity  wasinvestigated  in a group of three rabbits for fiveconsecutive days by injecting 100 mg/kg of 99mTccomplex. No signs of toxicity were observed until72h after the last i.v. injection. The animal toxicitystudy  was  performed  in  accordance  with  thecurrent rules of INMOL Hospital, Lahore, Pakistan.99mTc­MTx complex has been tested in the animalmodels using mice by Dar et al. who demonstratedsignificant  tumour  uptake  as  compared  to  thenormal  organs  confirming  that  MTx  is  morespecific and  therefore effective  at  tumour level

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:37­43

Page 42: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 39

rather than in the normal tissues [1].

The study was approved by the Ethical ReviewBoard of the Gujranwala Institute of NuclearMedicine  and  Radiotherapy  (GINUM).  Threefemale patients with proven breast cancer andone  female  normal  volunteer  were  studied.The  subjects  were  fully  informed  of  theprocedure and written consent obtained.

Before starting imaging studies, routine bloodand  biochemical  lab  tests  of  all  subjectsincluding a complete blood count (CBC), liverfunction tests (LFT), urea and creatinine weredetermined.  Besides  these  clinical  investigations, blood pressure and blood sugar of allsubjects were also monitored along with ER,PR,  Her­2­Neu  status  of  tumour  receptors.Urine  samples  were  collected  for  routinechemical  and  microscopic  examination.  Allthese  investigations  were  considered  asbaseline. A dose of 555 MBq of 99mTc­MTx wasgiven i.v. in 30­s to acquire dynamic imagesof both breasts. During the study, vital signswere  monitored  for  any  significant  changefrom  baseline.  Scintigraphic  results  wereco­evaluated with ultrasonography (USG) ofthe breasts, mammography and the diagnosiswas  verified  by  biopsy  of  the  cancerousspecimen.

Imaging  protocol  comprised  of  a  dynamicacquisition of ten 60­sec frames. Anterior andposterior  whole­body  images  were  acquiredat  30,  60,  and  120  min  postinjection.  Toobtain clear visualization of the tumour, staticimages were additionally acquired in variouspositions (anterior, posterior, left lateral, rightlateral).  Images  were  recorded  by  a  largefield­of­view  (LFOV)  dual­headed  gammacamera  (ECAM®  by  Siemens�,  Germany),equipped  with  a  low­energy,  all­purposecollimator for acquisition. Data processing wasdone on ECAM® work station using ESOFT®by SYNGO�.

Pharmacokinetics  and  biodistribution  wasstudied by region­of­interest (ROI) analyses.An ROI was drawn around the whole­body onanterior and posterior views, and counts withgeometric  mean  method  were  considered

100% of the injected dose at that particulartime.  ROIs  were  also  drawn  around  otherimportant  organs  including  the  tumour,  thekidneys,  the  heart  and  the  bladder.  Thebackground regions were placed close to theprimary  ROIs  for  background  correction.Scans were  also  analysed  qualitatively.  Thestudy population was much too small to allowfor  statistical  analyses  (e.g.    sensitivity,specificity and accuracy); however, correlationwith the diagnostic results from radiology andpathology  was  crucially  undertaken  andproved to be accurate.

Protein binding of 99mTc­MTX was investigatedby  taking  a  1.6  ml  blood  sample  andcentrifuging it at 3000rpm for 10 minutes toobtain  a  layer  of  blood  cells  and  a  layer  ofserum. The blood cell layer was wasted and 2ml labelled kit was added to 0.3 ml of serumand incubated for one hour at 37oC. Next, anequal  volume  of  trichloroacetic  acid  (10%)was  added  to  the  tube  and  shaken  for  tenminutes. The  tube was again  centrifuged at3000rpm  for  10  minutes  for  obtainsupernatant solution and the residue. The twolayers  were  separated  and  their  activitiesmeasured. The percentage of supernatant andresidue were calculated from the formula:

                                supernatant counts% supernatant = ���������������������­  x 100                         supernatant + residue counts

                              residue counts% residue       = ����������������������   x 100                        supernatant + residue counts

In vitro stability in blood was determined byadding 0.2 ml of the labelled kit to a 0.4 mlaliquot of blood and incubating at 37oC for 30min and hourly QC was performed.

In vitro stability in serum was determined bycentrifuging  5  ml  aliquot  of  blood  for  10minutes  at  3000rpm.  The  serum  wasseparated in a sample vial and blood cell layerwas wasted. Labelled kit (0.2 ml) was addedto the serum (0.2 ml) and incubated at 37oCfor 30 min and hourly QC performed.

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine  Pak J Nucl Med 2013;3:37­43

Page 43: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 40

Results

During  labelling  process  of  MTx  with 99mTcdifferent species were formed including  boundreduced 99mTc with drug,  free pertechnetate(99mTcO4­) and hydrolyzed 99mTcO2, which were

separated by PC and ITLC using acetone andsaline as mobile phase. In PC, 99mTcO4­ had anRf  of  0.8­0.9,  while  the 99mTc­MTx  and  thehydrolyzed 99mTcO2 appeared at Rf=0.00­0.01.The hydrolyzed  fraction was separated  fromthe  other  two  fractions  by  using  saline  asmobile phase by ITLC Silica Gel (SG). In thiscase the 99mTc­MTx complex appeared at Rf =0.9­1.0,  and  the 99mTcO2  was  detected  atRf=0.00­0.01.  The  overall  labelling  yield  ofthe 99mTc­MTx  complex  was  more  than95.0±1.5% as shown in Figures 1 and 2.

The  three  patients  as  well  as  the  normalcontrol  remained  well  and  no  adversereactions were reported following i.v. injectionof 99mTc­MTx. Subject�s blood pressure, heartrate, respiratory rate and body temperaturewere recorded before injection and at 4h afterinjection of 99mTc­MTx. WBC and RBC countsand ER, PR, Her2 Neu were also examined.USG of the breasts, mammography and biopsyof  the  cancerous  specimen were  supportingdiagnostic  tools. All  tests  including both  theclinical and the laboratory investigations afterthe 99mTc­MTx matched well with the baselinetests data. The subjects� vital signs, ECG andblood tests of were monitored during and afterthe  injections  and  no  signs  of  toxicity werenoticed up to three days.

The  pharmacokinetics  in  the  single  subjectwith  breast  cancer  was  studied.  The  agentwas  injected  with  the  patient  lying  on  theimaging  table  positioned  under  the  SPECTgamma  camera.  The whole­body  and  staticscan  images  of  the  subject  showing  normalbiodistribution  of  radiotracer  are  shown  inFigure 3.

Discussion

Our study provides the first clinical evidenceof the normal biodistribution of 99mTc­MTx  inhumans as a possible breast cancer imagingagent.  We  have  modified  the  radiolabellingprocedure previously used in animals [1]. Thequality control of 99mTc­MTx was performed by

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine  Pak J Nucl Med 2013;3:37­43

Figure 1   Paper  chromatography patternof 99mTc­methotrexate. Free pertechnetatemigrated  toward  the  solvent  front  whilelabelled 99mTc remained at the origin of paper

Figure  2   ITLC­SG  pattern  of 99mTc­methotrexate.  The  hydrolyzed  componentremained at the origin of paper and labelled99mTc moved towards the solvent front

Page 44: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 41

using  paper  and  instant  thin  layer  chromatography  (ITLC).  Results  showed  that95%±1.5% of the drug was radiolabelled. Invitro stability of 99mTc­MTx was studied up to24 hours in fresh sample of blood and serum.No significant dissociation of 99mTc­MTx wasobserved.  The  scintigraphic  procedure  wasused  to  evaluate  the  biodistribution  andbiokinetics of the radiopharmaceutical.

Clinical safety trial tests are essential for anydrug before it is widely used. The project wasapproved by the Ethical Review Board and allrelevant safety consideration were taken intoaccount  including  the  preparation  of  theradiopharmaceutical  under  sterile  conditionsand  animal  studies  with  appropriatemonitoring  for  72h.  On  completion  of  theanimal studies and following publication of thefindings of the study [1], we proceeded withthe human studies as outlined in this paper.Normal  biodistribution  study  in  the  controlsubject  showed  prompt  distribution  of  thetracer  in  the  blood  and  excretion  from  thekidneys  and  urinary  bladder  (Figure  3).Normal  blood  pool  is  seen  in  the  heart  andmild  uptake  in  the  liver  and  spleen  is  alsoappreciable but this is apparently blood poolactivity only. No other nonspecific uptake wasnoted,  which  is  reassuring  and  was  theexpected finding. Main route of excretion arethe kidneys. Scintigraphy in the patient withbreast  cancer  showed  prompt  uptake  ofradiotracer by the primary tumour (Figure 4)with gradual increase in the concentration ofradiotracer  in  the  tumour  with  maximumtumour uptake seen at 1 hour postinjection.The maximum uptake of injected dose was inthe kidneys and the urinary bladder and wasseen  to    increase  with  time.  An  importantfeature was the lack of non­specific uptake of99mTc­MTx at any other body site. The mainroutes of excretion of tracer were from kidneysthough there is non­specific blood pool activityin  the  liver  and  spleen  (see  Figure  4).  Ourstudy  also  showed  marked  tumour  uptakeimmediately  after  injection  which  increasedwith  time.  This  specific  uptake  of 99mTc­Mtxwas also previously evidenced and  reportedin animals [1].

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:37­43

Figure 3  Normal biodistribution of 99mTc­MTx  in  the  control  subject:  whole­bodyscans  at  1­hour  in  the  anterior  (a)  andposterior (b) projections followed by statictrunk views in the right lateral (c) and theleft lateral (d) projections showing the rightand the  left breasts with the patient  lyingprone

Figure 4  Biodistribution of 99mTc­MTx in apatient  with  left  breast  cancer  (arrows):whole­body scans at 1­hour in the anterior(a)  and  posterior  (b)  projections  followedby static trunk views in the right lateral (c)and the left lateral (d) projections showingthe  right  and  the  left  breasts  with  thepatient lying prone

Page 45: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 42

Our  work  is  well  supported  by  previouslypublished studies [5­6], which demonstratedgood uptake of the 99mTc­labelled MAG3­MTxcomplex  in  breast  cancer  in  animal  modelstogether  with  excretion  of  the  radiopharmaceutical  by  the  the  kidneys.  Ourmethod appears to have a distinct advantageover  some  other  reported  animal  studieswhere 99mTc labelled MAG3­MTx was seen tobe mainly  excreted  through  faeces  via  liver[7].  The  direct  labelling  of    MTx  has  theadvantage  of  predominant  renal  excretion,which    is  clinically  important  because  non­specific hepatic uptake can cause difficulty inevaluation  of  liver  lesions.  The  otheradvantage of the direct labelling method is thelow  cost  of  the  kit  and  the  simplifiedformulation.

When compared to other studies, 99mTc­MTxhas three distinct advantages including: 1) itis a tumour­specific agent which  can be usedfor diagnostic imaging and as well as therapyand follow­up; 2) the target­to­ backgroundratios  are  high  with 99mTc­MTx  as  the  liveractivity  is  almost  near  background  whencompared to 99mTc­MIBI; and c) 99mTc­MTx canalso be used in monitoring response to neo­adjuvant chemotherapy in breast cancer.

99mTc­MTx can potentially be used not only fordiagnostic  imaging  and  tumour  staging  butalso  for  follow­up  studies  performed  formonitoring the response of chemotherapy inbreast  cancer  in  an  analogous  fashion  toFDG­PET in lymphomas and other tumours. Itis quite plausible that 99mTc­MTx may be thefirst  ever  SPECT  anti­cancer  radiopharmaceutical  that  may  be  introduced  inoncology for staging of breast carcinoma.

Conclusion

We  have  demonstrated  that  the  directlabelling methodology  of 99mTc­MTx is a costeffective,  simple­to­perform  and  a  timeefficient  method.  The  patient  data  showssufficient uptake in tumour cells with very lowuptake in normal tissues,  which indicates its

potential  for  use  as  an  imaging  agent  inbreast  carcinoma.  The  subjective  data  fromour  study  indicates  that 99mTc­MTX  in  theabsence of a breast tumour behaves like bloodpool  agent.  Renal  excretion  is  the  normaldominant  route  of  excretion.  Remarkableuptake  in  breast  cancer  tissue  showed  thatthis technetium labelled anticancer agent canbe  used  for  tumour  scintigraphy.  The  initialresults of  the our study  in humans with thenew direct labelling method has underscoredthe  potential  of    labelling  and  imaging  ofanticancer drugs  with technetium for tumourimaging  and  monitoring  the  response  tochemotheray. However, more work is neededto explore the full potential of this new method.

Acknowledgements

This research work was carried out by Nuclearmedicine  department  GINUM  and  PunjabUniversity,  Lahore.  We  acknowledge    theefforts  of  Majid  Raza,  Shehla  Akhtar,Muhammad  Zubair,  Muhammad  Taqi  andMuhammad Tariq with thanks.  Special thanksto Dr Abdul Qadir, PhD,  (Punjab University)for  technical  support  to  the  project.  Theproject  was  funded  by  Dr  Rashid  Rasheed,Consultant  Nuclear  Medicine  Physician  andMuhammad Javed, Dty Chief scientist, GINUM.

References

1.  Dar  UK,  Khan  I.  Preparation  and  biodistribution  in  mice  of  a  newradiopharmaceutical  ­  technetium­99mlabeled  methotrexate,  as  a  tumordiagnostic  agent.  Hell  J  Nucl  Med  2012;15(2):120­124.

2.  http://www.drugs.com/pro/methotrexate.html;Methotrexate­ Clinical Pharmacology,updated Sep 4th, 2012.

3.  Werkheiser WC. The Biochemical, cellular,and pharmacological action and effects ofthe  folic  acid  antagonists.  Cancer  Res1963;23:1277­1285.

4.  Padmanabhan  N,  Howell  A,  Rubens  RD.Mechanism  of action of  adjuvant  chemo

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:37­43

Page 46: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 43

therapy  in  early  breast  cancer.  Lancet1986;2(8504):411­4.

5.  Okarvi SM, Jammaz IA. Preparation and invitro and in vivo evaluation of technetium­99m­labeled  folate  and  methotrexateconjugates  as  tumor  imaging  agents.Cancer  Biother  &  Radiopharm  2006;21(1):49­60.

6.  Jain  RK,  Wei  J,  Pietro  M,  Gullino.Pharmacokinetics of methotrexate in solidtumors. J Pharmacokin & Biopharm 1979;7(2):181­194.

7.  Ahmad  N,  Fatima  S,  Irfan  J,  Saeed  S.Modified method for methotrexate­Tc99m ­labeled radiopharmaceutical, synthesis andevaluation.  J  Nucl  Med  2012;  53(S1):1754.

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 2221­0288(201307/01)3:1<37:SONBAU>2.0.TX;2­M

Page 47: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013;3:44­52                            331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

Assessment of regional cerebral blood flow in majordepressive illness by radionuclide brain

perfusion SPECT

Saima Riaz1,*, Fida Hussain2, Amin Waqar2, MK Ali2, F Minhas3

1Shaukat Khanum Memorial Cancer Hospital and Research Centre2Nuclear Medical Centre, AFIP, Rawalpindi

3Department of Psychiatry, Rawalpindi General Hospital, Rawalpindi

ORIGINAL ARTICLE

Abstract

Objective To  assess  the  regional  cerebralperfusion  changes  in  patients  with  majordepressive  illness,  with  or  without  suicidalbehavior by 99mTc­HMPAO brain perfusion SPECT.

Methods 99mTc  HMPAO  brain  SPECT  wasperformed in 40 subjects including 10 controlsin Group A. There were 30 patients with majordepression meeting the DSM­IV criteria scoring>17 on the Hamilton Rating Scale. The patientswere subclassified into groups B and C. Group Bincluded  16  patients  suffering  from  majordepression. Group C  included 14 patients withmajor depression and attempted suicide or whohad  moderate to severe suicidal risk as assessedby  Intent  Score  Scale.  Semiquantitativeassessment of cerebral perfusion was perfromedthrough a brain quantification software program.The cortex­to­cerebellum ratios were calculatedin 16 ROIs drawn on coronal section in all thepatients.

Results   The  scintigraphic  evaluation  of  thecerebral perfusion in the Group B (non­suicidal)showed  significant  hypoperfusion  in  theprefrontal  (p<0.001),  orbitofrontal  (p<0.01),frontal motor (p<0.01) and the temporal lobes(p<0.01). In the Group C (suicidal), significanthypoperfusion  was  noticed  in  the  prefrontal(p<0.001), orbitofrontal (p<0.01) and frontalmotor  areas  (p<0.001).  The  temporal  lobeshowed hyperperfusion (p< 0.001).

Conclusion    In  major  depressive  illness,  theprefrontal, the orbitofrontal and the frontal motorareas,  are  markedly  hypoperfused.  In  severedepression  not  associated  with  any  suicidalbehavior, there is hypoperfusion in the temporallobes,  whereas  the  temporal  lobes  arehyperperfused  in  suicidal  behavior,  with  thedegree of hyperperfusion related to the severityof the suicidal behaviour.

Key words: 99mTc­HMPAO,  brain perfusionSPECT, major depression, cerebral blood flow

Introduction

Major Depressive Disorder (MDD) or unipolardepression  is    defined as  a  state of  intensesadness or despair that has advanced to thepoint  of  being  disruptive  to  an  individual'ssocial functioning and/or daily living activities.

*Correspondence   Dr Saima Riaz   Nuclear Medicine DepartmentShaukat Khanum Memorial Cancer Hospital andResearch Centre, Lahore, PakistanTel: 0346­5938557Email: [email protected]

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<44:AORCBF>2.0.TX;2­M

Page 48: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 45

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:44­52

An  episode  of  MDD  is  characterized  bydisturbance  in  mood,  psychomotor  activity,cognitive  and  vegetative  behaviour  [1].Suicide  is a potential, tragic consequence ofuntreated depression. The  term "suicidality"refers to the occurrence of suicidal thoughts(or  suicidal  ideation)  or  suicidal  behaviour.Suicidal  behaviour may  include acts of  self­harm  with  a  fatal  (suicide)  or  a  nonfatal(attempted suicide) outcome [2].

Depressive  illness  is  clinically  diverse,overlapping  symptomatically  with  otherpsychiatric  syndromes.    In  clinical  practice,the diagnosis of depressive disorders is basedon  the  Mental  Status  Examination,  whichincludes  observational  assessment  andneuropsychiatric interview as described in theDSM­IV  diagnostic  criteria  for  majordepressive  disorder  [1].  Neuroimagingtechniques  are  employed  for  defining  theneuroanatomy and the pathophysiology of thepsychiatric disorders.

99mTc­HMPAO  (hexamethylpropyleneamineoxime) brain perfusion SPECT is a functionalneuroimaging  technique  that  allows  three­dimensional noninvasive study of physiologicand physiopathologic events in human brain.Brain  perfusion  SPECT  contributes  to  theknowledge  of  the  pathophysiologic  basis  ofneurological  and  psychiatric  diseases.  Theability  of  SPECT  to  detect  regional  cerebralblood  flow  (rCBF)  variations  in  differentconditions have favoured the investigation ofsensory,  motor,  and  cognitive  activities(neuroactivation  studies)  and  the  centraleffects of central nervous system (CNS) drugsthrough  pharmacological  challenge,  in  boththe  normal  and  the  abnormal  brains  [3].Functional  abnormalities  in  depressivedisorders  have  been  assessed  with  single­photon  emission  computed  tomography(SPECT)  and  positron  emission  tomography(PET).  Both  physiologic  modalities  provideuseful data on rCBF [4].

In major depression, decreased regional CBFhas been reported  in  the  left prefrontal andboth  temporal  regions,  with  the  severity  ofdepression  correlating with  the  reduction  in

CBF  in  the  anterofrontal  and  left  prefrontalcortex [5].

Cognitive disturbance with increased negativethinking and pessimism is one of the featuresof  the  depressive  syndrome.  There  is  arelationship  between  rCBF,  depressivesymptoms and negative symptoms in patientswith  major  depressive  illness,  withhypofrontality, i.e. decreased perfusion in thefrontal  cortex,  reported  to  be  associatedspecifically  with  severity  of  the  negativesymptoms [6].

Suicidal  behaviour  is  one  of  the  cognitivedisturbances  associated with  the  depressivedisorders  [7].  Decreased  prefrontal  cortexactivity with increased or decreased temporallobe activity is often the most serious subtypeof  the  depression  and  it  is  associated  withsadness, irritability and suicidal behaviour [8].

This  study  aimed  at  assessing  regionalcerebral  perfusion  in  patients  with  majordepressive  illness,  with  or  without  suicidalbehaviour  by 99mTc­HMPAO  brain  perfusionSPECT.

Subjects and Methods

A normal database was created from a sampleof 10 normal subjects (6 males and 4 females;mean  age  27.6  ±  4.3  years).  The  normalcontrols  included  subjects  without  aneurological or psychological disorder or anypsychiatric  manifestations.  The  diseasesample comprised of 30 patients (mean age36.5 ± 9.47 years) with MDD, who fulfilled theDSM­IV  criteria with  a Hamilton DepressionRating Scale (HAM­D) score above 17. It wasa  hospital­based  sample,  including  outdoorand  indoor  patients  from  the  psychiatrydepartment.

The  patients'  diagnosis  was  establishedthrough detailed psychiatric, neurological andpsychomotor  evaluation  by  a  consultantpsychiatrist. The disease sample was furthercategorized  into  groups  B  &  C.  Group  Bincluded 16 patients (38% male, 62% female;mean age 40.2 ±  8.92 years) with MDD but

Page 49: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 46

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:44­52

without  a  history  of  suicidal  behaviour,  asassessed on the Intent Score Scale and theRisk of Repetition Scale. Group C included 14patients (all males; mean age 32 ±  8.6 years)with MDD associated with suicidal behaviour.Suicidal behaviour was rated as low, moderateor high suicidal risk as assessed by the IntentScore Scale and Risk of Repetition Scale (ISS).The study was approved by the hospital ethicscommittee.

All subjects were instructed to avoid caffeineand  tobacco 12 hours prior  to  the  scan butthe  patients  were  not  told  to  stopantidepressant  medications.  Prior  to  theexamination,  informed  consent  was  takenfrom all the patients and the procedure wasbriefed  to  relieve  their anxiety.  Intravenousaccess was secured at  least 10 min prior toinjection  with  the  patients  lying  in  a  quiet,dimly lit room. Ceretec� kit (HMPAO) by GEHealthcare  Ltd.  UK,  was  used  for  the  brainperfusion imaging. The kit was labelled with99mTc  according  to  the  manufacturer'sprotocol  [10]. A dose of 555 MBq  (15 mCi)was  injected  into  each  subject  within  30minutes  from kit  reconstitution. The subjectwas positioned supine with the canthomeatalline perpendicular to the face of the detectorand  the  head  held  straight  [11].  A  single­headed  ECAM  gamma  camera  system(Orbiter,  Siemens)  fitted with  a  low­energyhigh­resolution  collimator  interfaced  withICON software (version 6.0.3) was employed.The  data  set  comprised  of  64­projectionacquisition (30­sec/view). For reconstructionof  the  raw  images, 1­pixel­thick slices wereobtained  and  processed  (Butterworth  filter,cutoff  0.3  cycles/cm).  Brain  quantificationprogram in the ICON software was employedfor  semiquantitative  analysis.  3­pixel­thickslices were selected along the occipitofrontalplane.  Coronal  slices  were  selected  forprocessing  as  this  approach  gives  the  bestseparation  of  cortical  regions  and  bettervisualization  of  regions  showing  abnormalcerebral  blood  perfusion  [12,  13].  The  fifth(parietal and cerebellar regions), ninth (frontaland temporal regions) and twelfth (prefrontaland orbitofrontal regions) coronal slices wereselected.  A  total  of  16 regions­of­interest

(ROIs)  were  generated  on  each  slice.  Themean value of average counts was calculatedin the ROIs representing the cerebellar region.In all the three slices, the average cortex­to­cerebellum  perfusion  ratios  were  calculatedfor each ROI.

The  results  of  the  patients  were  comparedwith the normal controls. Statistical certaintyof 95% (± 2 SD) values in each ROI was setas criteria for categorizing the respective ROIas hypoperfused or hyperperfused in groupsB and C. The significance of the results wasevaluated by applying student's t­test [14].

Results

All of the semi­quantitative data was assessedfor  its  distribution  in  the  randomly  selectedROIs  from  the  control  and  disease  groups.Figure 1 shows the brain perfusion images forthe subjects in groups A, B and C. Since thesample was parametric, the data was seen tofollow the normal distribution. In the controlgroup  (Group  A),  cortex­to­cerebellumperfusion  ratios  with  2  standard  deviation(±2SD) values were calculated for each ROI.

In  Group  B  (severely  depressed  patientswithout  suicidal  behavior),  significanthypoperfusion  was  noticed  in  both  theprefrontal areas (p<0.001 on both sides), theorbitofrontal  areas  (p<0.01  on  the  right,p<0.001 on the left), both frontal motor areas(p<   0.05 on the right, p<0.01 on the left),both  temporal  lobes  (p<0.01  on  the  right,p<0.001  on  the  left).  Figure  4  gives  thegraphical  representation of  the overall hypoand hyperperfusion tendencies  in  the GroupB in each of the cerebral regions under study.

Group  C  (severely  depressed  patientsassociated  with  the  suicidal  behaviour)patients showed significant hypoperfusion inthe prefrontal  (p<0.001 on both sides),  theorbitofrontal  (p<0.01 on  the  right, p<0.002on the left) and both frontal motor areas (p<0.001).  Significant  hyperperfusion  (p<0.01)was observed in the temporal lobes bilaterally.Figure 5 is a graphical representation of  theoverall   hypoperfusion  and   hyperperfusion

Page 50: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 47

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:44­52

Figure 1 Representative 99mTc­HMPAO Brain Perfusion SPECT scan of a Group­A subject(normal control)

Figure 2 Representative 99mTc­HMPAO Brain Perfusion SPECT scan of a Group­B subject(major depressive illness without suicidal behaviour)

Figure 3 Representative 99mTc­HMPAO Brain Perfusion SPECT scan of a Group­B patient(major depressive illness with suicidal behaviour)

Page 51: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 48

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:44­52

tendencies in the cerebral regions in Group C.

All the 30 subjects enrolled in the study wereevaluated  for  any  correlation  between  thescintigraphic results and the clinical evaluationon  the  Mental  Status  Examination.  Thecomparison of the regional cerebral perfusionratios in both the groups with the ISS scoreshowed  significantly  different  results  in  thetemporal  lobes. The  lower score on  the  ISSpresented with hypoperfusion in the temporallobe,  while  hyperperfusion  in  the  temporallobe was noticed in patients scoring high onthe ISS score, as presented in the Figure 6.

Discussion

The depressive disorders are one of the mostprevalent psychiatric conditions in the world.A  recent  study  by  the  World  HealthOrganization found major depression to be the

Figure  5   Cerebral  perfusion  pattern  inGroup­C  (major  depressive  illness  withsuicidal behaviour) showing hypoperfusionin  the  prefrontal,  orbitofrontal  and  frontalmotor  areas,  with  the  temporal  lobesshowing hyperperfusion

Figure 6   Intent Score Scale and Risk ofRepetition  Scale  (ISS  score)  versustemporal lobe perfusion ratios. Note that thehypoperfusion  in  the  temporal  lobecorresponds to the lower score on the ISS,whereas hyperperfusion in the temporal lobeis noticed in patients scoring high on the ISSscore

Figure 4  Cerebral perfusion pattern in theGroup B (major depressive illness) showinghypoperfusion  in  the  prefrontal,  orbitofrontal,  frontal  motor    and  the  temporal

Page 52: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 49

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:44­52

leading cause of disability worldwide. Suicideis the most dreadful complication of the majordepressive  disorders  with  80%  of  suicidescarried  out  by  persons  with  depressiveillnesses. Although there is ongoing researchon mood disorders, there is however a paucityof  data  available  on  the  suicidal  behaviourespecially in this part of the developing world.

Biochemical, pharmacologic and brain imagingtechniques  have  all  been used  to  study  theneurobiology  of  mood  disorders.  However,because  of  the  diverse  clinical  nature  andoverlap  of  symptoms  with  other  psychiatricsyndromes, the knowledge of the underlyingpathology  in  in  mood  disorders  remainssketchy [15].

The aim of  this  study was  to document  thecerebral  perfusion  changes  in  majordepressive  illness  in order  to determine  therole  of  brain  perfusion  SPECT  imaging  forevaluating the underlying pathophysiology inthe major depressive illness.

Although a discontinuation of antidepressantsis desirable to rule out any drug effects on thecerebral  blood  flow.  However,  it  wasn�tethically feasible to withdraw medications inour  study  population,  given  the  risk  ofdeterioration  in  symptoms  in  the  severelydepressed patients, particularly in the  thoseassociated with suicidal behaviour. A carefulrecord  of  the  type,  dosage  and  duration  ofmedications being taken by the patients wasmade and the patient preparation instructionsensured  that  there was  no  intake  of  tea  orcoffee  and  that  the  patient  refrained  fromsmoking  12  hours  prior  to  the  scan  incompliance with the guideline procedure [16].

The  gender  distribution  in  Group  B  (non­suicidal)  was  37% males  and  63%  females(ratio 1:1.7). The almost double the numberof females is supported the high incidence ofdepression  in  the  female  gender  [20].However,  Group  C  (suicidal)  showedpredominance of the male subjects (100%).This  could  be  a  biased  sampling  but  alsoconsistent  with  the  statistical  genderdistribution in the violent behaviour. Genderis a very strong predictor of violent behaviour

and  of  suicide.  Victimization  surveys  havegenerally  supported  the  predominance  ofmales committing suicide [18]. The averageage in the Group B was 40.2±8.92 SD with ayounger average age of 32±8.6 SD in GroupC.

In our study population, hypoperfusion in thefrontal cortex was seen  in both groups withsevere depression, i.e. both without and withsuicidal  behaviour.  Likewise,  temporal  lobehypoperfusion  was  also  seen  in  both  thegroups.  However,  the  the Group  C  patientswith  associated  suicidal  behaviour  showedtemporal lobe hyperperfusion in contrast. Thehypoperfusion  in  the  prefrontal,  the  orbitofrontal cortex and the frontal motor cortex, isconsistent  with  the  findings  of  previousstudies.  Drevets  [4]  identified  neurophysiological abnormalities in multiple areas of theorbital  and  medial  prefrontal  cortex,  theamygdala  and  related  parts  of  the  striatumand thalamus in patients with mood disorders.

 Yazici et al. also found decreased rCBF in theleft prefrontal and in both temporal regions inmajor  depression,  with  the  severity  ofdepression  correlating with  the  reduction  inrCBF in the regions of the anterofrontal andleft prefrontal cortex [5]. Mozley et al. opinedthat  the  regional  cerebral  distribution  of99mTc­HMPAO  demonstrates  heightenedvariability  in  depressives.  Asymmetries  aremore pronounced in the regions of the limbicsystem [19].

The hypoperfusion in the frontal lobe can beexplained on  the basis  of  the neurocircuitryinvolved in the depressive disorders. Reviewof the diagnostic criteria of DSM­IV for majordepression  shows  that  a  large  number  ofsymptomatologic presentations are associatedwith  brain  areas  involved  with  humanbehaviour, corresponding to circuits that beginin  the prefrontal dorsolateral  cortex, orbito­frontal  cortex  and  anterior  cingulate  gyrus[14]. The dorsolateral prefrontal cortex alongwith its subcortical connections is defined asthe superior intelligence area. The prefrontalcortex  is  related  to  the  control  of  pleasure,pain, anger, rage, panic, aggression (fight­

Page 53: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 50

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:44­52

flight­freeze  responses)  and  basic  sexualresponses [20]. Dysfunction of the subcorticalfrontal circuit is related with the appearanceof poor organizational strategies, inability tofeel  and  express  emotions  and  difficulty  forkeeping  or  changing  behaviours  [14].  Theorbitofrontal  subcortical  circuit  relates  withcharacteristics of personality. Because of  itsfunctions in emotion and reward, the orbito­frontal subcortex is considered to be a part ofthe limbic system and has got afferences fromthe temporal lobe, thalamus, amygdala, andsubstancia nigra [14]. The orbitofrontal cortexis  involved  in  controlling  and  inhibitingimpulsive actions, and lesions to this area mayresult  in  disinhibited  aggressive  or  suicidalbehaviour  [18]  as  seen  in  the  suicidalbehaviour group in our study.

Cognitive  disturbances  with  increasednegative  thinking and pessimism are one ofthe  features  of  the  depressive  syndrome. Astudy  of  the  relationship  between  rCBF,depressive symptoms and negative symptomsin the patients with major depressive illnessshowed  that  hypofrontality,  i.e.  decreasedperfusion in the frontal cortex,  is associatedspecifically  with  negative  symptom  severity[6].

The limbic system is called as the "emotionalbrain".  It  influences  many  aspects  ofemotional behaviour via its connections withthe  hypothalamus  and  with  the  autonomicsystem.  It  is  known  to  be  involved  in  thedepressive disorders along with a decrease inthe  rCBF  in  the prefrontal  cortex as well  aspara limbic areas [21]. The only explanationto the hypoperfusion in the frontal motor areasis  on  the  basis  of  the  recent  anatomic  andfunctional data. It has been shown that eachfrontal motor  area  has  a  specific  pattern  ofanatomic connections with the prefrontal lobe,and the cingulate cortex (limbic system). Byvirtue  of  its  specific  connections  with  theprefrontal  and  the  cingulate  areas,  it  isinvolved  in  higher­order  aspects  of  motorcontrol  related  to  motivation,  memory  andcognitive  functions that are disturbed  in thedepressive disorders [22]. The temporal lobesharbour  the  two  limbic  structures within  itsmedial  part:  the  amygdala  and  the

hippocampus  and  control  the  emotionalstability  [23].  This  forms  the  basis  ofhypoperfusion  in  the  temporal  lobe  in  thedepressive disorder.

Group  C  patients  (depressed  patients  withassociated  suicidal  behaviour  interestinglyshowed varying results in the temporal lobes.A  few  patients  had marked  hyperperfusion,while others had moderate hyperperfusion inthe temporal lobes. Out of 14 patients, only 5fulfilled  the  criteria  of  the  high  suicidal  riskscoring  >11  on  ISS.  On  the  scintigraphicperfusion  assessment,  significant  hyperperfusion  (p<0.01)  was  observed  in  thetemporal  lobes  bilaterally.  The  rest  of  9patients with moderate suicidal risk (scoring4­10  on  the  ISS),  showed  moderate  hyperperfusion  (p<0.05)  in  the  temporal  lobes.These  two  categories were  restricted  to  thesame group because of the limited number ofpatients in both the categories.

Decreased  prefrontal  cortex  activity  withincreased or decreased temporal lobe activityis  often  the  most  serious  subtype  ofdepression  and  is  associated  with  sadness,irritability  and  suicidal  behaviour  [8].  In  aPubMed  database  search  (1992­2002),  anincidental  finding  of  increased  perfusion  inbilateral  temporal  lobes  was  reported  indepressed patients with suicidal behaviour onthe resting state 99mTc­HMPAO SPECT [9]. Noother specific data is available in this context.Furthermore, literature on aggression pointsto a dysfunction of parts of the limbic system,particularly  the  amygdala  and  thehippocampus.  These  two  limbic  structureswithin the temporal lobe modulate behaviour,and dysfuntioning of the limbic system resultsin moodiness,  irritability, clinical depression,increased  negative  thinking,  decreasedmotivation,  flood  of  negative  emotions  andsocial isolation [18].

The  presence  of  relatively  greaterhypoperfusion in the left cerebral cortex canbe  related  to  the  dominant  hemispherephenomenon,  which  controls  handedness,language  perception,  speech  and  thebehaviour.  As  more  than  90%  of  thepopulation is right handed, the left hemisphere

Page 54: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 51

 331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:44­52

is dominant [24]. There is also evidence thatthe  frontal  and  temporal  abnormalitiesassociated with the violence may be expressedmore in the dominant hemisphere [18].

The  perfusion  differences  in  the  cerebralregions  between  the  severely  depressedpatients and those with the associated suicidalbehaviour  were  compared.  Both  the  groupshowed  marked  hypoperfusion  in  the  prefrontal, the orbitofrontal and the frontal motorcortex. No significant difference was found inthese areas on the intergroup comparison. Thecomparison  of  temporal  lobes  exhibitedsignificant results (p<0.0001 on both sides).The result can be attributed to the behaviourof the limbic system harbouring the temporallobes as explained earlier. Hyperactivity wasobserved  in  the  temporal  lobes  in  suicidalbehaviour  depending  on  the  severity  of  thesuicidal risk. Whereas the severe depressionnot  associated  with  any  suicidal  behaviourdemonstrated the hypoactivity in the temporallobes.

All the 30 subjects enrolled in the study wereevaluated  for  any  correlation  between  thescintigraphic results and the clinical evaluationon the Mental Status Examination, i.e. IntentScore Scale and Risk of Repetition Scale (ISSscrore). Comparison of the regional cerebralperfusion  ratios  with  the  ISS  score  showedsignificantly different results in the temporallobes in the two groups. The lower score onthe ISS, presented with hypoperfusion in thetemporal lobe: the average ISS score in GroupB was 0. In contrtast, hyperperfusion in thetemporal lobe was noticed in patients scoringhigh  on  the  ISS  score  (average  score  8.71±4.04  SD),  thus  showing  that  thehyperactivity  in  the  temporal  lobe  increaseswith the severity of the negative symptoms.

Conclusion

The  results  of  our  study  show  that  in majordepressive  illness  (both  with  or  withoutassociated suicidal behaviour), the prefrontal,the orbitofrontal and the frontal motor areas aremarkedly hypoperfused. In severe depressionwithout       associated     suicidal     behaviour,

there is hypoperfusion in the temporal lobeswhereas  temporal  lobe  hyperperfusion  isobserved in severely depressed patients withassociate suicidal behaviour, with the degreeof hyperperfusion depending on the severityof the suicidal risk.

References

1.  Akiskal  HS.  Mood  Disorders:  ClinicalFeatures. In; Kaplan HI, Sadock BJ, eds.Comprehensive  Text  Book  of  Psychiatry,6th edition. Baltimore: Williams & Wilkins;1995:1123­1130.

2.  Heeringen K. The neurobiology of suicideand suicidality. Can J Psychiatry 2003;48:292­300.

3.  Catafau AM, Etcheberrigaray A, Perez delos Cobos J, et al. Regional cerebral bloodflow changes in chronic alcoholic patientsinduced  by  naltrexone  challenge  duringdetoxification. J Nucl Med 1999;40:19­24.[Abstract]

4.  Drevets  WC.  Neuroimaging  studies  ofmood  disorders.  Biol  Psychiatry  2000;48(8):813­29.

5.  Yazici KM, Kapucu O, Erbas B, Varoglu E,Gulec  C,  Bekdik  CF.  Assessment  ofchanges in regional cerebral blood flow inpatients with major depression using the99mTc­HMPAO  single  photon  emissiontomography method. Eur J Nucl Med 1992;19(12):1038­43.

6.  Galynker  II,  Cai  J,  Ongseng  F, et  al.Hypofrontality and negative symptoms inmajor  depressive  disorder.  J  Nucl  Med1998;39(4):608­12.

7.  Van  Laere  KJ,  Audenaert  K, et  al."Reduced frontal 5Ht2a binding potentialin  suicide  attempters  correlated  topsychological  profile".URL:h t t p : / / w w w . b r a i n p l a c e . c o m/bp/abstracts/abstract_detail.php?Abstract.

8.  Brain  SPECT  imaging  information  andresources:  Images  of  depression.

Page 55: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 52

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 2221­0288(201307/01)3:1<44:AORCBF>2.0.TX;2­M

U R L : h t t p : / / w ww . am e n c l i n i c s .com/bp/atlas/ch7.php.

9.  Gardner A,  Pagani M et  al.  A  review ofSPECT  in  neuropsychiatric  disorders:neurobiological  background,methodology,  findings  and  futureperspectives.  Alasbimn  Journal  2003;5(21):1­5.

10.  Technical information; CeretecTM   kit forthe preparation of Technetium  [99mTc]Exametazime  injection.  GE  HealthcareLtd, UK, 2006.

11.  Morano GN, Seibyl JP. Technical overviewof  brain  SPECT  imaging:  improvingacquisition and processing of data. J NuclMed Technol 2003;31(4):191­195.

12.  Burns A, Philpot M, Costa DC, Ell PJ, LevyR.  The  investigation  of  Alzheimer'sdisease  with  single  photon  emissiontomography.  J  Neurol  Neurosurg  andPsych 1989;52: 248­253.

13.  Costa DC, Ell PJ, Burns A, Philpot M, LevyR. CBF Tomograms with 99mTc­HMPAO inpatients with dementia (Alzheimer's typeand HIV) and Parkinson's disease ­ initialresults. J Cereb Blood Flow Metab 1988;8:109­115.

14.  Prado  C,  Mena  I.  Basal  and  frontalactivation  NeuroSPECT  demonstratesfunctional  brain  changes  in  majordepression. Alasbimn J 1999;1(3):1­3.

15.  Pearlson  GD,  Schlaepfer  TE.  Brainimaging  in  mood  disorders.Neuropsychopharmacology  2000.  URL:http://www.acnp.org/g4 /GN401000100/CH098.html.

16. Juni J E, Waxman AD, Devous MD, et al.Society  of  nuclear  medicine  procedureguideline for brain perfusion single photonemission computed  tomography  (SPECT)using  Tc­99m  radiopharmaceuticals.Society  of  Nuclear  Medicine  ProcedureGuidelines Manual. 2002; version 2.0:113­118.

17. Blazer D. Mood Disorders: Epidemiology.In;  Kaplan  HI,  Sadock  BJ,  eds.Comprehensive  text book of psychiatry,6th edition. Baltimore: Williams & Wilkins;1995:1080­1085.

18. Volavka J. The neurobiology of violence.J Neuropsychiatry 1999;11:307­314.

19. Mozley PD, Hornig RM, Woda AM, et al.Cerebral HMPAO SPECT  in patients withmajor depression and healthy volunteers.Prog  Neuropsychopharmacol  Biol  Psychiatry 1996;20(3):443­58.

20. Miller  KE.  An  integrative  theory  ofprefrontal cortex function. Annual Reviewof Neuroscience 2001;24(1):167­202.

21.  Ito H, Kawashima R, Awata S, et al. Hypoperfusion  in  the  limbic  system  andprefrontal  cortex  in  depression:  SPECTwith anatomic standardization technique.J Nucl Med 1996;37(3):410­414.

22. Luppino G, Rizzolatti G. The organizationof  the  frontal  motor  cortex.  News  inPhysiological  Sciences  2000;15(5):219­224.

23. Grebb  JA.  Neural  sciences:  introductionand overview. In; Kaplan HI, Sadock BJ,eds.  Comprehensive  Text  Book  ofPsychiatry,  6th  edition.  Baltimore:Williams & Wilkins; 1995:8.

24. McMinn  MH.  Central  nervous  system.Last's  anatomy  regional  and  applied.Britain: English Language Book Society;1990:579­607.

Page 56: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, 3:53­56                      331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

Movahed's sign in chronic thromboembolicpulmonary embolism

Humayun Bashir1,*, Gregory Shabo2

1Shaukat Khanum Memorial Cancer Hospital and Research Centre,Lahore Pakistan, and 2Kent and Canterbury Hospital, Canterbury, UK

CASE REPORT

Abstract

A  63­year­old  lady  presented  with  breathlessness of over  five weeks.  Lung perfusionscan illustrated bilateral mismatched perfusiondefects  consistent  with  multiple  pulmonaryemboli.  Six  months  later,  the  patientpresented with  dyspnoea and was  assessedfor ischaemic heart disease with a myocardialperfusion SPECT scan. The  scan  images didnot  show  any  evidence  of  ischaemia  orinfarction.  However,  the  scan  showedprominent  right  ventricular  uptake  and  aD­shaped  left  ventricle  (Movahed's  sign).Repeat  perfusion  lung  scan  demonstratedpersistent  bilateral  pumonary  embolism.Echocardiogram confirmed marked right heartenlargement,  significant  pulmonary  hypertension  with  pulmonary  artery  pressure  inexcess  of  80  mmHg.  This  case  illustratesdiagnostic value of left ventricular shape on amyocardial perfusion scan.

Key  words: D­shaped  left  ventricle,Movahed's  sign,  pulmonary  embolism,pulmonary  hypertension,  right  ventriclehypertrophy

Introduction

Single photon emission computed tomography(SPECT) myocardial perfusion imaging (MPI)is  one  of  the    most  frequently  performednuclear medicine procedures. Its applicationsinclude  diagnosis,  prognosis  and  riskstratification  for  coronary  artery  disease.Myocardial  perfusion  SPECT  studies  areprimarily performed for the assessment of theleft  ventricular  perfusion  and  function.Observations and findings regarding the rightventricle (RV) are often limited due to the thinmyocardial mass of  the RV. However,  thereare findings on SPECT that correlate with RVdysfunction and need to be reported. Chronicthromboembolic disease   is one of the maincauses of severe pulmonary hypertension andright heart  failure  [1].  This    case  illustratesthe significance of RV findings on SPECT andthe  importance  of  recognition  of  Movahed'ssign [2, 3].

Case Report

A  63­year­old  lady  presented  with  breathlessness of five weeks, precipitated by a longflight.  The  patient's  past  history  includedhypertension, hypothyroidism, hysterectomyfor  fibroids  and  she  was  on  hormonereplacement therapy (HRT). Her ECG showedT­wave inversion in the infero­anterior chestleads with RBBB. The D­dimers level was highbut  Troponin­T  level was  normal. She  was

 *Correspondence   Dr Humayun Bashir   Nuclear Medicine DepartmentShaukat Khanum Memorial Cancer Hospital andResearch Centre, Lahore, PakistanTel: 0092­42­35905000 Ext 4200Email: [email protected]

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<53:MSICTP>2.0.TX;2­M

Page 57: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 54

referred to the nuclear medicine deparment withhigh  clinical  suspicion  of  acute  pulmonaryembolism  (PE).  Ventilation­perfusion  (VQ)  lungscan was  performed  using 99mTc­technegas  forventilation and 99mTc­macroaggregated albumin(MAA) for perfusion. The VQ scan showed bilateralmismatched perfusion defects consistent  with  a

high  probability  of  PE.  The  patient  wascommenced on anticoagulation for 6 months.

Six  months  later,  the  patient  was  referredagain to the nuclear medicine department fora  myocardial  perfusion  scan  to  investigatepossible ischaemic heart disease. The patient'sbreathlessness  had  continued  despite  theanticoagulation  therapy.  Her  baselineechocardiogram was essentially normal withan  ejection  fraction  of  60%.    There was  adegree  of  tricuspid  regurgitation  probablyrelated to a rise in pulmonary artery pressuresecondary to the multiple pulmonary emboli.Her  dyspnoea  had  improved  by  80%  withFrusemide, even without clinical signs of leftventricular  failure.  As  the  patient  was  onhormone  replacement  therapy,  which  isassumed to be associated with a three­foldincreased risk of venous thrombosis, this wasgradually  tapered  off.  Patient  managed  3minutes of treadmill exercise test, which waslimited by shortness of breath. However, sheachieved  80%  of  her  maximum  predictedheart rate.

A  stress  myocardial  perfusion  scan  wasperformed  using  a  2­day  protocol  with  astandard  pharmacological  stress  withadenosine  (156 ml  infusion  per  hour  for  6minutes).  There  were  no  significant  ECGchanges  during  stress.  The  non­gatedmyocardial  perfusion  scan  images  showednormal perfusion  in  the  LV  walls  with   no

Figure 1 99mTc­technegas ventilation (toprow) and 99mTc­MAA perfusion scan (bottomrow) showing bilateral multiple pulmonaryemboli

Figure  2 99mTc­SestaMIBI  myocardialperfusion  scan  showing  normal  LVperfusion,  a  D­shaped  LV  and  increaseduptake in the RV wall

Figure  3    Follow­up 99mTc­technegasventilation  (top  row)  and 99mTc­MAAperfusion  scan  (bottom  row)  showingchronic bilateral pulmonary embolism

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:53­56

Page 58: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 55

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:53­56

evidence  of  ischaemia  or  infarction  seen.However,  the  LV  cavity  was  seen  to  beD­shaped  due  to  a  flattened  septum.  Thisscintigraphic appearance of the  LV on cardiacSPECT has been  recognized  in  the  literatureas Movahed's sign where septal  flattening  issuggestive  of  raised  right  ventricle  pressuresecondary  to  pulmonary  hypertension.  Theright ventricular wall showed prominent traceruptake suggestive of hypertrophy.  A repeatfollow­up  VQ  lung  scan  demonstratedpersistent bilateral pulmonary embolism withno  significant  change  since  the  initialdiagnostic  scan.  A  repeat  echocardiogramconfirmed  marked  right  heart  enlargement,significant  pulmonary  hypertension  with  acalculated pulmonary artery pressure in excessof 80 mmHg. These findings confirmed chronicthromboembolic pulmonary hypertension.

Discussion

A straightening of the interventricular septumand a D­shaped  left  ventricle  on  short­axis,are  helpful  echocardiographic  signs  fordiagnosing  RV  volume  and/or  pressureoverload [4]. Recognition of similar  featureson  myocardial  perfusion  SPECT  have  beenreported in literature as Movahed's sign [2,3].The  right  ventricle  (RV)  is  routinely  faintlyvisualized  on  gated  cardiac  SPECT  studiesprimarily because of the relatively smaller RVmyocardial mass and lower coronary flow tothe  RV.  An  increase  in  the  RV  mass  orworkload causes higher tracer uptake  in theRV  wall  secondary  to  increase  in  RV  wallthickness  and  higher  coronary  flow.Furthermore, increased RV volume or pressureload  results  in  displacement  of  the  septumtowards  the  left  ventricle  causing  septalflattening and a D­shaped configuration of theLV, i.e. the Movahed's sign [5, 6]. Recognitionof  the RV dysfunction  is  important as  it hasbeen associated with increased morbidity andmortality  in  patients  with  congenital  heartdisease,  valvular  disease,  coronary  heartdisease,  pulmonary  hypertension  and  heartfailure [7, 8]. In a prospective study Pengo etal. found chronic thromboembolic pulmonaryhypertension to be relatively common with 4%of patients developing it within two  years  of

first symptomatic PE [9]. Myocardial perfusionSPECT is one of the most frequently performednuclear medicine procedures. There has beena consistent effort on the part of the variousprofessional societies to introduce and adapta  standardized  cardiac  reporting  pattern.Whereas LV findings remains the prime focus,it is recommended that abnormal RV findingsshould  be  mentioned  in  an  MPI  report  asillustrated in this case [10].

Conclusion

D­shaped  left  ventricle  is  representative  ofhigh  right  ventricle  pressure  and  warrantsrecognition on myocardial perfusion imaging.

References

1.  Jenkins D,  Mayer E, Screaton N, MadaniM.  State­of­the­art  chronic  thromboembolic pulmonary hypertension diagnosisand management.  Eur Respir  Rev  2012;21:123, 32­39.

2.  Movahed MR, Hepner A, Lizotte P, Milne N.Flattening  of  the  interventricular  septum(D.­shaped  left  ventricle)  in  addition  tohigh  right  ventricular  tracer  uptake  andincreased  right  ventricular  volume  foundon gated SPECT studies strongly correlateswith  right  ventricular  overload.  J  NuclCardiol 2005;2:428­34.

3.  Murarka  S,  Movahed  MR.  Review  ofMovahed's  sign  (D  shaped  left  ventricleseen on gated SPECT) suggestive of rightventricular  overload.  Int  J  CardiovascImaging 2010;26(5):553­7.

4.  Rudski LG, Lai WW, Afilalo J, Hua L et al.Guidelines  for  the  EchocardiographicAssessment of the Right Heart  in Adults:A  Report  from  the  American  Society  ofEchocardiography: J Am Soc Echocardiogr2010;23:685­713.

5.  Wei­Jen Shih, Kitta Kousa, Bonnie Mitchell,Wen­Sheng Huang. Permanently increasedbrightness of right ventricle (D­shaped leftventricle) on myocardial perfusion imaging

Page 59: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2012, Volume 2, Number 1 56

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 2221­0288(201307/01)3:1<53:MSICTP>2.0.TX;2­M

in a patient with chronic cor pulmonale: Anautopsy  correlation.  J  Nucl  Cardiol2006;13:294­6.

6.  Otani H, Zhao QH, Guguchew PA, WexlerJP, Travin MI. Identification of severe rightventricular  dysfunction  and  pressureoverload by stress radionuclide myocardialperfusion  SPECT  imaging  with  gating.  JNucl Cardiol 1999;6:375­6.

7.  Galie N, Torbicki A, Barst R, Dartevelle P,Haworth S, Higenbotam T et al. Guidelineson  the  diagnosis  and  treatment  ofpulmonary arterial hypertension. The taskforce  on  the Diagnosis  and  treatment  ofpulmonary  arterial  hypertension  of  theEuropean Society of Cardiology. Eur HeartJ 2004;25:2243­2278.

8.  Pepke­Zaba  J, Delcroix M,  Lang  I,  et  al.Chronic  thromboembolic  pulmonaryhypertension  (CTEPH):  results  from  aninternational  prospective  registry.Circulation 2011;124:1973­1981.

9.  Pengo  V,  Lensing  AWA,  Prins  MH,Marchiori  A, Davidson BL,  Albanese  FTP,Biasiolo A, Pegoraro C, Iliceto S,  PrandoniP.  Incidence  of  chronic  thromboembolicpulmonary hypertension after  pulmonaryembolism. N Engl J Med 2004; 350;2257­64.

10. Tilkemeier  PL,  Cooke CD, Grossman GB,McCallister  Jr  BD,  Ward  RP.  AmericanSociety of Nuclear Cardiology informationstatement: Standardized reporting matrixfor  radionuclide  myocardial  perfusionimaging. J Nucl Cardiol 2006;13(6):e157­71.

Page 60: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, 3:57­60                             331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

A case of left Bochdalek herniaQaisar H Siraj*,1, Rasha M Al­Shammeri2, Osama Ragab1

Yovan Devadoss1

1Department of Nuclear Medicine, Farwania Hospital, Kuwait2Dasman Clinic, Sharq, Kuwait

CASE REPORT

Abstract

Thoracic  kidney  is  a  very  rare  form  of  renalectopia representing less than 5% of all ectopickidneys. Ealry visualisation  through  functionalradionuclide  imaging,  both  pre­  and  post­surgery, helps in assessing the function and thelocation of the organs  involved. We present acase of a 7­month­old boy with surgical closureof  left­sided  congenital  diaphragmatic  hernia.99mTc­DMSA scan was performed to localise thekidney and estimate the split renal function anda 99mTc­MAA lung perfusion scan was performedto assess the relative lung function. The DMSAscan confirmed the presence of the left kidneyin the left hemi­thorax and the perfusion lungscan showed reduced pulmonary perfusion onthe left secondary to the left diaphragmatic renalhernia.

Key words: Renal cortical scan, perfusion lungscan, intrathoracic kidney, Bochdalik hernia

Introduction

Intrathoracic  renal  ectopia  denotes  either  apartial or a complete protrusion of kidney abovethe  level  of  the  diaphragm  into  the  posteriormediastinum. Thoracic kidney is a very rare formof renal ectopia representing less than 5 percent

of all ectopic kidneys. We present renal corticalscintigraphy and pulmonary perfusion imagingin  a  case  of  a  left  sided  renal  diaphragmatichernia where the radionuclide imaging providedrelevant information on the organ function andlocation.

Case report

A  7­month­old  boy  with  prenatal  diagnosis  ofcongenital diaphragmatic hernia was operated 35days  after  delivery  for  surgical  closure  of  left­sided  congenital  diaphragmatic  hernia.  Thepatient  was  referred  to  the  nuclear  medicinedepartment for a perfusion lung scan to assessindividual  lung  function  and  renal  corticalscintigraphy to localize the kidney and to estimatethe split renal function. Perfusion lung scan wasperformed using a dual­headed gamma camerawith  low  energy  general  purpose  collimators.Multiple static images of the chest were acquiredafter  IV  injection  of  74  MBq  of 99mTc­macroaggregated albumin (99mTc­MAA). The perfusionlung  scan  showed  severe  diffuse  reduction  ofuptake affecting the left lung with the right lungshowing normal uptake (Figure 1). Next, a planarstatic renal cortical scan was performed  in theanterior,  posterior  and  posterior­obliqueprojection 2 hours after IV injection of 74 MBq99mTc­DMSA  (Figure  2).  The  DMSA  renal  scanconfirmed the presence of the left kidney in theleft hemi­thorax compressing  the  left  lung butboth kidneys were seen to contribute equally tothe total renal function. An abdominal ultrasoundwas also performed as a part of the diagnosticworkup of the patient (Figure 3).

 *Correspondence    Dr Qaisar H Siraj    Department of Nuclear Medicine    Farwania Hospital    PO Box 18373, Kuwait 81004    Email: [email protected]

www.pjnm.net 22221­0288(201307/01)3:1<57:ACOLBH>2.0.TX;2­M

Page 61: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 58

Discussion

Congenital diaphragmatic hernias are usuallya lethal birth defect, associated with a 30­50%mortality  rate  [1].  Two  types  of  congenital

hernias  occur,  anterior  (Morgagni)  andposterior (Bochdalek); both types can occuron either side but are more common on theleft. The canal on the right closes earlier andis  also  "plugged"  by  the  liver  on  the  right

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:57­60

Figure 1 99mTc­DMSA  scan  in  the  anterior  (right)  and  the posterior  (left)  projectionsshowing left kidney in the lower chest (arrows)

RLLLRL LL

Figure 1 99mTc­MAA perfusion lung scan in the anterior (right) and the posterior (left)projections showing a normally perfused right lung (RL) and a hypoperfused left lung (LL)with a focal defect (arrows) corresponding to the herniated left kidney

Page 62: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 59

accounting for hernias rarely occurring on theleft.  In  1848,  Bochdalek  first  described  thefailure of fusion of the posterolateral foraminain the pleuroperiotnal folds and the resultantherniation.  Most  Bochdaleck  hernias  arediagnosed  in  neonates  and  children  andpresent  with  acute  respiratory  symptoms.Since 1988, at least 140 cases with thoracickidney  have  been  reported  in  the  literaturewith an apparent left­sided predominance anda male to female ratio of 2:1 [2].

Intrathoracic renal ectopia results in either apartial  or  a  complete  protrusion  of  kidneyabove  the  level  of  the  diaphragm  into  theposterior mediastinum. The renal vasculatureand the ureter enter and exit from the pleuralcavity through the foramen of Bochdalek. Theureter  is  elongated  to  accommodate  theexcessive distance to the bladder. The lowerlobe of the adjacent lung may be hypoplasticsecondary to compression by the kidney mass[3].  Frequently  CDH  is  associated  withpulmonary hypoplasia involving the  ipsilaterallung,  which  may  lead  to  pulmonaryhypertension  and  associated  complications[4].  CDH  is  a  disease  of  impaired  lungdevelopment associated with, but not causedby, a structural defect of  the diaphragm. Inaddition to pulmonary hypoplasia, numerousother  disorders  (e.g.  surfactant  deficiency,decreased  anti­oxidant  activity,  increasedvascular reactivity with decreased nitric oxide

and increased endothelin­1 activity, and leftheart  hypoplasia  may  be  associated  withimpaired lung development [5].. The diagnosisof pulmonary hypoplasia in patients with CDHis best diagnosed by a perfusion lung scan [6].

Both pre­ and post­surgical assessment of thefunction of the organs herniated kidney andthe  affected  lung  is  useful  in  patientmanagement  and  surgical  intervention.Nuclear medicine techniques are invaluable inthe in vivo assessment of the function of theorgans affected by the diaphragmatic hernia.

Conclusion

The scan findings here reflected the failure ofthe  surgery  to  close  the  left  diaphragmatichernia after delivery, with a persistent ectopicleft   kidney    in  the chest.   The DMSA  renalscan not only delineated the physical locationof the ectopic kidney but also confirmed thefunction  integrity  of  the  ectopic  organ.  Theperfusion  lung  scan  demonstrated  thephysiological  sequelae  of  the  diaphragmatichernia  on  the  pulmonary  vasculature  andfunction.

References

1.  Sumner  TE,  Volberg  FM,  Smolen  PM.Intrathoracic  kidney  diagnosis  byultrasound. Pediatr Radiol 1982; 12  (2):78­ 80.

2.  Jefferson KP, Persad RA. Thoracic kidney:a rare form of renal ectopia. J Urol 2001;165 (2): 504.

3.  Eroglu  A,  Alper  F,  Turkyilmaz  A,Karaoglanoglu  N,  Okur  A.  Pulmonaryagenesis  associated  with  dextrocardia,sternal defects, and ectopic kidney. PediatrPulmonol 2005; 40 (6):547­ 9.

4.  Keijzer R, Liu J, Deimling J, Tibboel D, PostM. Dual­hit hypothesis explains pulmonaryhypoplasia  in  the  Nitrofen  model  ofcongenital  diaphragmatic  hernia.  Am  JPathol 2000; 156(4):1299­1306.

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:57­60

Figure  3    Ultrasound  showing  the  leftkidney (LK) in the thorax

LK

Page 63: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 60

5.  Thébaud  B,  Mercier  JC,  Dinh­Xuan  AT.Congenital diaphragmatic hernia. A causeof  persistent  pulmonary  hypertension  ofthe  newborn  which  lacks  an  effectivetherapy.  Biol  Neonate.  1998Nov;74(5):323­36.

6. Siraj  QH,  Clarke  SEM.  DiaphragmaticHernia Producing a Perfusion Defect andDiffuse Pulmonary Vascular Hypoplasia onLung  Imaging.  Clin  Nucl  Med  1994;

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 22221­0288(201307/01)3:1<57:ACOLBH>2.0.TX;2­M

LK

Page 64: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2012, 3:61­64                       331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

A case of right Bochdalek herniaDurr­e­Sabih*, Kashif Rahim

Multan Institute of Nuclear Medicine and Radiotherapy (MINAR),Multan, Pakistan

CASE REPORT

Abstract

Congenital  diaphragmatic  hernias  are  mostcommonly  diagnosed  as  lethal  anomalies  inneonates  or  infants.  In  adults,  congenitalhernias can present as an  incidental  findingor  may  be  associated  with  nonspecificsymptoms. The presence of a basal lung massdue to the presence of herniated abdominalcontents  in  the  thoracic  cavity  can  appeardramatic on imaging and the unwary can beled into making a wrong diagnosis. We reporta case of an incidentally diagnosed right­sidedBochdalek  hernia  in  a  young  woman  anddiscuss the developmental anomalies leadingto this pathology.

Key  words: Adult  diaphragmatic  hernia,congenital  diaphragmatic  hernia,  Bochdalekhernia

Introduction

Congenital  diaphragmatic  hernias  (CDH)  aremost commonly diagnosed as lethal anomaliesin neonates or infants [1].  In adults, CDH  canpresent  as  an  incidental  finding  or  may  beassociated with nonspecific symptoms. Chestx­ray can mimic a mass or pnemothorax andlead  to  treatment  complications [2].  Right

sided  Bochdalek  hernias  are  very  rare,  wedescribe  a  patient  where  this  entity  wasdiagnosed  incidentally  when  a  routineabdominal ultrasound was unable to identifythe right kidney in its normal location.

Case report

A 21­year­old woman underwent an ulrasoundas part of the work­up for primary subfertility.The  right  kidney  wasn�t  visualised  on  theultrasound.  The  patient was  referred  to  thenuclear medicine department for renal corticalscintigraphy to investigate the apparent renal�absence� and to determine if this was due torenal ectopia or renal agenesis. Scintigraphywas  performed  2  hours  after  intravenousinjection of 120 MBq 99mTc­DMSA. The DMSArenal  scan  showed  the  right  kidney  locatedat an unusually higher level as compared tothe  left  (Figure  1).  A  colloid  liver  scan wasnext performed 30 minutes after intravenousinjection of of 200 MBq 99mTc­stannous colloid.This showed the right kidney lying above theright  lobe  of  the  liver  (Figure  2).  A  repeatultrasound examination to  look for the rightkidney was next performed, which  showed aright  kidney normal  in  size  and  appearancelocated above the diaphragm (Figure 3). Therewere echogenic areas next to kidney showingperistaltic  activity, which were  suspected  torepresent  loops  of  gut  herniating  with  thekidney.

Computed tomography (CT) with oral contrastshowed the ascending and most of transversecolon in the right thorax along with the right

 *Correspondence    Dr Durr­e­Sabih    MINAR    Nishtar Hospital, Multan    Tel: +92 61 9200 252    Email: [email protected]

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<61:ACORBH>2.0.TX;2­M

Page 65: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 62

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:61­64

Figure 1  DMSA renal scan in the posteriorprojection showing the right kidney locatedat an unusually higher  level as comparedto the left

Figure 2  The combined colloid liver scanand  DMSA  renal  scan  showing  the  rightkidney to be lying above the right lobe ofthe liver

kidney  (Figure  5).  A  right  sided  Bochdalekhernia  was  diagnosed  by  the  fact  thatposteriorly located retroperional strucures hadherniated into the chest.

Discussion

The diaphragm forms from the fusion of theseptum  transversum,  two  pleuroperitonialfolds,  cervical  myotomes  and  the  dorsalmesentery.  Development begins in the thirdweek  of  gestation  and  is  complete  by  theeighth    week  [3].  Congenital  diaphragmatichernias  (CDH)    are  usually  a  lethal  birthdefects, associated with a 30­50% mortalityrate  [4].  CDH  are  associated  with  severalother  anomalies  and  more  than  one  cause

Figure 3  Ultrasound showing a right kidneynormal in size and appearance but locatedabove the right lobe of the liver

Page 66: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 63

aneuploidy may exist [5].

In 1848, Bochdalek first described the failureof fusion of the posterolateral foramina in thepleuroperitoneal  folds  and  the  resultantherniation.  The  foramina  of  Bochdalek  areopenings  in  the  posterior  aspects  of  thediaphragm  (pleuroperiontal  canals)  throughwhich  the  pleural  and  peritoneal  cavitiescommunicate  [6].  There  are  three  distinctopenings  in  the  diaphragm  to  allow  thepassage of the aorta, the oesophagus and theinferior  vena  cava.  Two  types  of  congenitalhernias  occur,  anterior  (Morgagni)  and

posterior  (Bochdalek), both  types can occuron either side but are more common on theleft. The canal on the right closes earlier andis  also  "plugged"  by  the  liver  on  the  rightaccounting for hernias rarely occurring on theright. In fact only about 20 cases of right sidedBochkdalek hernia had been reported till 2007[7].

Most  Bochdaleck  hernias  are  diagnosed  inneonates and children and present with acuterespiratory symptoms. In adults, the diagnosistends to be incidental as in our case, or madeduring workup for nonspecific gastrointestinal

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:61­64

Figure 5  CT with oral contrast showing  the ascending and most of transverse colon inthe right thorax along with the right kidney

Page 67: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 64

or respiratory symptoms [8]. Not all cases areasymptomatic  and  shortness  of  breath  [6]respiratory failure [9], pain with colon necrosis[1] chest pain and even renal colic [10] havebeen described in case reports. Sometimes achest x­ray will  show a  lung mass,  loops ofgut in the chest, an eventrated diaphragm orfluid with blunting on the costophrenic angle[11].  One  child  with  Bockdalek  hernia  hasbeen reported to be misdiagnosed as a caseof  pneumothorax  on  a  chest  x­ray  [12].However,  in  our  case  a  prior  chest  x­raywasn�t performed but the scout film showeda right sided lung mass (Figure 7) that couldhave been misinterpreted had this diagnosisnot  been  already  made  and  the  cause  ofapparent  lung mass determined. This reportdescribes interesting imaging findings in a rarecase.

References

1.  Kocakusak A, Arikan S, Senturk O, YucelAF.  Bochdalek's  hernia  in  an  adult  withcolon necrosis. Hernia 2005;9(3):284­7.

2.  Dalton  AM,  Hodgson  RS,  Crossley  C.Bochdalek  hernia  masquerading  as  atension  pneumothorax.  Emerg  Med  J2004;21(3):393­4.

3.  Schwartz  DS.  Congenital  diaphragmatichernias.  2009.  http://emedicine.  Medscape.com/article/426142­ overview#a04.

4.  Smith  NP.  Jesudason  EC,  Losty  PD.Congenital diaphragmatic hernia. PaediatrRespir Rev 2002;3(4):339­48.

5.  Langham MR Jr, Kays DW, Ledbetter DJ,Frentzen  B,  Sanford  LL,  Richards  DS.Congenital  diaphragmatic  hernia.Epidemiology and outcome. Clin Perinatol1996;23(4):671­88.

6.  Alam  A,  Chander  BN.  Adult  Bochdalekhernia. Med J Armed Forces India 2005;61:284­286.

7.  Rout  S,  Foo  FJ,  Hayden  JD,  Guthrie  A,Smith AM. Right­sided Bochdalek herniaobstructing in an adult: case report and

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 2221­0288(201307/01)3:1<61:ACORBH>2.0.TX;2­M

Figure  7  Scout film showing right sidedchest mass

Page 68: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, 3:65­68                     331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

SPECT­CT of an unsuspected ischial tuberosityavulsion fracture

 Rasha Al­Husseini*,Qaisar H SirajDepartment of Nuclear Medicine, Farwania Hospital, Kuwait

CASE REPORT

Abstract

Ischial  tuberosity  avulsion  fracture  usuallyoccurs between puberty and late adolescencewhere the ischial tuberosity apophysis remainsopen  and  non­ossified.  Avulsion  commonlyoccurs  in  young  athletes  resulting  fromsudden forcible contraction of the hamstringsduring  sudden  forceful  physical  activity  orchronic  repetitive  traction.  Misdiagnosingischial  tuberosity avulsion  is not uncommonsince the clinical presentation closely mimicsthat of a hamstring injury. Early recognitionof the fracture is important as this will enableproper  management  and  prevent  thedevelopment  of  chronic  pain.  However,occasionally, the diagnosis is missed on plainradiographs  since  the  radiographic  featuresmay  be  absent,  suble  or  non­specific.  Wepresent such a case of an unsuspected ischialtuberosity  avulsion  fracture  diagnosed  onSPECT­CT.

Key  words:  avulsion  fracture,  ischialtuberosity, Tc­99m MDP bone scan, SPECT­CT

Introduction

Early  recognition  of  the  ischial  tuberosityavulsion  fracture  is  important  for  propermanagement.  However,  occasionally,  thediagnosis is missed on plain radiographs sincethe  radiographic  features  may  be  absent,subtle or non­specific. We present such a caseof an unsuspected ischial tuberosity avulsionfracture diagnosed on SPECT­CT.

 *Correspondence    Dr Rasha Al­Husseini    Department of Nuclear Medicine    Farwania Hospital    PO Box 18373, Kuwait 81004    Email: [email protected]

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<65:SOAUTT>2.0.TX;2­M

Figure 1  2­Phase Scan with blood­pool (toprow) and delayed 3­hour bone scan (bottomrow) images of the pelvis in the anterior (leftcolumn)  and  posterior  (right  column)projections.  There  is  increased blood poolactivity  in the ischial region on the right inthe  posterior  projection  with  the  planarimages  showing  focal  increased uptake  inthe right ischium  (arrows)

Page 69: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 66

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:65­68

Figure 2   Bone scan SPECT  images  in the coronal (left), sagittal (middle) and coronal(right) axes showing focal increased uptake in the region of the right ischial tuberosity withfeatures suggestive of exostosis

Figure 3  CT images (top row) and SPECT­CT fusion images (bottom row) in the transaxial(left), coronal (middle) and sagittal  (right) axes showing increased uptake at the site ofavulsion fracture in the right ischium

Page 70: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 67

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:65­68

Case report

A 15­year­old boy presenting with a historyof  sports  injury  (twisted  his  ankle  whilstplaying  football)  one  year  ago,  withsubsequent pain in the posterior aspect of theright  upper  thigh  and  buttock.  X­ray  takenfollowing the injury was negative. A 2­phasebone  scan with SPECT­CT of  the pelvis wasperformed.  Blood  pool  images  showed mildhyperemia in the ischial region on the right inthe posterior projection (Figure 1). The planarimages  showed  two  foci  of  increased  traceruptake in the right ischium on a backgroundof mild increased uptake in the bone (Figure1). The SPECT­CT however showed a completefracture of the ischial tuberosity with increaseduptake in the region of fracture with featuressuggestive of oxostosis (Figure 2). The fusionimage showed increased uptake at the site ofthe avulsion (Figure 3).

Discussion

Avulsion  fracture  is  a  unique  type  of  bonepathology  that  results  from  sudden  forcefulmuscular  contractions  pulling  a  fragment  ofthe bone away. The apophyses are the mostlikely portions of the bone to avulse. Avulsionfractures  are  highly  prevalent  amongadolescent males and are usually preceded byhistory of physical activity [1]. If not properlydiagnosed and treated, these injuries can bedebilitating to an adolescent athlete.

Patients suffering  from avulsion  fractures ofthe  pelvis  typically  present  as  adolescentsengaging  in  physical  activity  that  requiressudden and forceful muscular contraction thatresults in a popping sensation with local pain,tenderness and difficulty with ambulation. Acareful history and physical examination alongwith  imaging  are  essential  for  an  accuratediagnosis  of  avulsion  fractures.  Table  1provides  clinical    causation  criteria  for  thediagnosis  of  ischial  tuberosity  avulsionfractures.

Plain radiographs, CT, MRI and bone scans allhelp in the diagnosis. Functional bone imaginghowever  provides  a  sensitive  and  earlydiagnosis  at  an  early  stage when  structuralchanges  are  minimal  or  not  apparent.  Thedegree and  the pattern   of uptake on serialbone scans also provides information on thehealing  process  (union)  or  lack  thereof(nonunion) since a large proportion  (around68%)  of  ischial tuberosity avulsion fracturesdo  not  reunite  [2].  These  fractures  can  betreated  conservatively  or  surgically:  thechoice of the treatment method also dependson the amount of displacement of the avulsedsegment  with  greater  than  2  cmdisplacements  considered  for  surgicaltreatment [3].

The SPECT bone scan  is more sensitive andspecific  than  the  planar  bone  scan.  Theaddition  of  the  CT  component  adds  to  thespecificity SPECT and also provides additional

Sex predilection Males (mostly)

Prime onset mechanism Physical activity

Commonest physical activity Soccer & gymnastics

Onset factor Sudden Forceful muscular contraction

Commonest site Ishial tuberosity

Commonest activity Running and kicking

Skeletal maturity Immature; adolescent

Table 1  Clinical causative criteria for the diagnosis of ischial tuberosity avulsion

Page 71: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 68

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 2221­0288(201307/01)3:1<65:SOAUTT>2.0.TX;2­M

structural information. The hybrid functional­structural modality  of  SPECT­CT  is  ideal  forimaging  patients  with  suspected  ischialtuberosity avulsion fractures as it provides therequisite functional and structural informationnecessary for both diagnosis and subsequenttreatment.

This  case  highlights  the  importance  of  anawareness of the clinical causative criteria thatmay  help  in  the  appropriate  diagnosisparticularly  in  the  light  of  the  fact  thatalthough  the  patient  fulfilled  almost  all  theclinical criteria but the correct diagnosis wasn�testablished in a timely fashion. The case alsoillustrates  the  value  of  SPECT­CT  inestablishing  the  diagnosis  of  ischialapophyseal avulsion fractures. The case alsoillustrates the importance of an awareness ofthe radiographic and scintigraphic features ofthis  pathology  and  its  associatedcomplications such as exostosis formation andnonunion,  which  are  crucial  for  correctmanagement.  SPECT­CT  also  providesinformation  for  instituting  the  appropriatetreatment and follow­up.

References

1.  Mbubaegbu CE, O�Doherty D, ShenolikarA.  Traumatic  apophyseal  avulsion  of  thegreater trochanter: case report and reviewof the  literature. Injury 1998;29(8):647­649.

2.  Martin TA, Pipkin G. Treatment of avulsionof the ischial tuberosity. Clin Orthop RelatRes 1957;(10):108­18.

3.  Wood  JJ,  Rajput  R,  Ward  AJ.  Avulsionfracture  of  the greater  trochanter  of  thefemur:  recommendations  for  closedreduction of the apophyseal injury. InjuryExtra. 2005; 36:255­258.

Page 72: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, 3:69­72                     331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

SPECT­CT of peritoneal­scrotal leakage inpatients on continuous ambulatory

peritoneal dialysis Anwar Al­Banna*,Qaisar H Siraj, Uzma Afzal, Eiman Al­Awadi,

Ahmad Ashour

Department of Nuclear Medicine, Farwania Hospital, Kuwait

CASE REPORT

Abstract

Peritoneal scintigraphy is a useful radionuclidetechnique in assessing the drainage functionand  for  evaluating  anatomical  problems  inpatients on CAPD. Occasionally a patient onCAPD will present with scrotal swelling whenradionuclide  technique  helps  diagnose  thecause of the swelling. We present a report ofperitoneal  scintigraphy  in  two  patients  onCAPD with scrotal swelling where the planarand  SPECT­CT  images  demonstrated  aconnection between the peritoneal cavity andthe peri­testicular tunica vaginalis. This is thefirst report of a SPECT­CT peritoneal scintigram.

Key  words: Scrotal  swelling,  diasylateleakage, peritoneal scintigraphy

Introduction

Peritoneal scintigraphy is a useful radionuclidetechnique in assessing the drainage functionand  for  evaluating  anatomical  problems  inpatients on Continuous Ambulatory PeritonealDialysis (CAPD).

The occasional association of CAPD and inguinal

hernia  [1,  2]  necessitates  investigation  ofpatients on CAPD who present with testicularswelling with peritoneal scintigraphy in orderto correctly  identify  the underlying cause ofthe scrotal swelling.

There are multiple causes of scrotal swelling,both systemic and local. However in patientson CAPD, additional factors such as diasylateleakage and volume retention, may contributeto the scrotal swelling. It is therefore essentialto determine the exact cause for the scrotalswelling in patients undergoing CAPD in orderto  institute  the  appropriate  treatment.Diagnosing  diasylate  leakage  will  requiresurgical repair, but if the leakage is excluded,increasing  ultrafiltration  will  most  probablyresolve the scrotal oedema.

Peritoneal scintigraphy is a valuable test fornot only diagnosing the presence of the leakbut  also  for  identifying  the  source  of  theleakage  [3,  4].  We  present  a  report  ofperitoneal  scintigraphy  in  two  patients  onCAPD with scrotal swelling where the planarand  SPECT­CT  images  demonstrated  aconnection between the peritoneal cavity andthe peri­testicular tunica vaginalis. This is thefirst report of a SPECT­CT peritoneal scintigram.

Case reports

Case 1 A 52­year­old male with end­stagerenal disease presented a week after startingCAPD with 1­day history of  scrotal  swelling.

 *Correspondence    Dr Anwar Al­Banna    Department of Nuclear Medicine    Farwania Hospital    PO Box 18373, Kuwait 81004    Email: [email protected]

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<69:SOPSLI>2.0.TX;2­M

Page 73: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 70

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:69­72

Figure 1 99mTc­Nanocolloid peritoneal scanplanar static imaging performed immediatelypostinjection (top), supine post ambulationimage  at  60­min  postinjection  (middle)followed  by  imaging  in  the  erect  posture(bottom). Activity is seen in the proximal leftinguinal canal (arrow) in all the three images

Figure 2 99mTc­Nanocolloid planar peritonealscan  images:  immediate postinjection staticimage (top) and static images with cobalt­57flood phantom pre­ambulation (middle) andpost­ambulation (bottom). Activity is seen inthe  left  inguinal  canal  (arrow). The scrotaloutline is marked (chevrons)

Page 74: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 71

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:69­72

Peritoneal  scintigraphy was  performed  afterintraperitoneal  instillation  of  120  MBq  of99mTc­Nanocolloid via the indwelling Tenckhoffcatheter. Static 5­minute duration images ofthe abdomen and pelvis were obtained in thesupine  posture,  immediately  after  tracerinstillation  followed by  static  imaging  in  theerect  posture  after  ambulation.  The  imagesrevealed  early  visualization  of  a  focus  ofactivity  in  the  proximal  left  inguinal  canalwhich was seen to persist unchanged on thesubsequent images (Figure 1).

Case 2   A 55­year­old male recently startedon  CAPD  due  to  end­stage  renal  diseasereported  with  persistent  bilateral  scrotalswelling post CAPD. The patient had similarpresentation  earlier  following  a  previoussession of CAPD, which however had resolved

spontaneously.  Peritoneal  scintigraphy  wasperformed after intraperitoneal instillation of130  MBq  of  99mTc­Nanocolloid    via  theindwelling  Tenckhoff  catheter.  Planarsequential  images  of  the  pelvis  and  scrotalregion were obtained with and without cobalt­57  flood phantom, pre­ and post­ambulation(Figure  2).  SPECT­CT  was  additionallyperformed. The  images show appearance ofthe activity  in  the  left  inguinal  region whichappear to be in the left inguinal canal on CTcomponent (Figure 3).

Discussion

A  chronic  elevation  in  intra­abdominalpressure  in  patients  undergoing  CAPDproduces an increased stress on the abdominalwall which compounded by several systemic

Figure 3 99mTc­Nanocolloid SPECT­CT scan images in the transaxial (left column), sagittal(middle column) and the coronal (right column) axes with SPECT (top row), CT (middle row)and fused SPECT­CT (bottom row) showing radioactive fluid in the left inguinal canal (arrows)

Page 75: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 72

331691 © 2012 Pakistan Society of Nuclear Medicine 2221­0288(201307/01)3:1<69:SOPSLI>2.0.TX;2­M

(uraemia,  anaemia,  transperitoneal  proteinloss,  etc.)  and  local  predisposing  factors(multiparity, prior abdominal surgery, patentprocesses  vaginalis,  etc.)  increases  thelikelihood of CAPD­induced hernias [5­7].

Scrotal swelling in a CAPD patient is a causefor concern since inguinal and ventral herniasboth,  can  cause  leakage  of  the  peritonealfluids  into  the  scrotum.  In  inguinal  hernias,fluid  accumulates  in  the  cavity  of  tunicavaginalis through a patent processus vaginalis,whereas in ventral hernias, fluid extravasatesfrom a peritoneal tear into the sacral tissue.Extraperitoneal leakage can also occur at thesite  of  the  catheter  tip  or  even  from  tornperitoneum within a hernial sac. The etiologyis  further  compounded  by  the  fact  thatoccasionally scrotal/penile oedema may resultfrom resorbtion of fluid from within a patentprocesses  vaginalis  despite  an  intactperitoneal lining.

Since the management of the these situationsdepends on an accurate diagnosis of the site,nature and extent of the leakage, an imagingmodality, which is able to provide the relevantfunctional and anatomical information can alterpatient  management.  Peritoneal  scintigraphyenables  tracking  the  radiotracer  distributionand provides  information on site and extentof the peritoneal leakage with the SPECT­CTfusion  images  help  accurately  localize  theexact anatomical route and plane.

In conclusion, combination functional­structuralimaging  technique  of  SPECT­CT  has  theadvantage of  accurately  localizing  the exactsite  and  extent  of  leakage  as  well  asdifferentiating between the type and cause ofthe  scrotal  swelling  in  patients  undergoingCAPD presenting with scrotal swelling. This isthe  first  report  of  a  SPECT­CT  peritonealscintigram in a diagnosis of peritoneal­scrotaldiasylate leakage.

References

1.  Cooper JC, Nicholls AJ, Simms JM, PlattsMM,  Brown  CB,  Johnson  AG.  Genitaloedema in patients treated by continuousambulatory peritoneal dialysis: an unusual

presentation of  inguinal hernia. Br Med J(Clin Res Ed) 1983;286(6382):1923­4.

2.  Wetherington GM,  Leapman SB,  RobisonRJ,  Filo RS. Abdominal wall  and  inguinalhernias  in  continuous  ambulatoryperitoneal  dialysis  patients.  Am  J  Surg1985;150(3):357­60.

3.  Walker JV, Fish MB. Scintigraphic detectionof  abdominal  wall  and  diaphragmaticperitoneal leaks in patients on continuousambulatory peritoneal dialysis. J Nucl Med1988;29(9):1596­602.

4.  Johnson  J,  Baum  S,  Smink  RD,  Jr.Radionuclide  imaging  in  the  diagnosis  ofhernias related to peritoneal dialysis. ArchSurg 1987;122(8):952­954.

5.  O'Connor JP, Rigby RJ, Hardie IR, Wall DR,Strong  RW,  Woodruff  PW,  Petrie  JJ.Abdominal hernias complicating continuousambulatory  peritoneal  dialysis.  Am  JNephrol 1986;6(4):271­4.

6.  Suga K, Kaneko T, Nishigauchi K, SoejimaK, Utsumi H, Yamada N. Demonstration ofinguinal  hernia  by  means  of  peritoneal99mTc­MAA  scintigraphy  with  a  loadproduced by standing in a patient treatedby  continuous  ambulatory  peritonealdialysis. Ann Nucl Med 1992;6(3):203­6.

7.  Walker JV, Fish MB. Scintigraphic detectionof  abdominal  wall  and  diaphragmaticperitoneal leaks in patients on continuousambulatory peritoneal dialysis. J Nuc Med1988 Sep;29(9):1596­602.

Page 76: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, 3:73­77                      331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

Mediastinal spread of medullary thyroidcarcinoma imaged by locally formulated

99mTc­ DMSA (V)Aakif Ullah Khan, Hameedullah*, Aamir Bahadur,  Muhammad

Rauf Khattak, Abdus Saeed Shah

Department of Nuclear Medicine, Institute of Radiotherapy and NuclearMedicine (IRNUM), Peshawar

CASE REPORT

Abstract

Medullary  thyroid  carcinoma  (MTC)  is  adistinct C­cell tumour of the thyroid gland thatproduces calcitonin in high quantities. Variousimaging  techniques  are  available  in  nuclearmedicine  to  image MTC which  include 131I­MIBG  and  somatostatin  receptor  imagingagent 111In­Octreotide.    Due  to  thenonavailability of these agents in Pakistan, wetried  using  locally  prepared 99mTc­labelledpentavalent  dimercaptosuccinic  acid  (99mTc(V)­DMSA) in a patient suspected of advancedMTC. CT with contrast could not be performedin this patient due to raised serum urea andcreatinine levels indicating renal impairment.99mTc(V)­DMSA was prepared by modificationof  a  locally  formulated  kit  of  renal  DMSA.Significant  accumulation  of  the  tracer  wasseen in the gross disease present in the neckand  mediastinum.  The  resolution  and  goodphysical  characteristics  of 99mTc(V)­DMSAmake it a useful agent for MTC imaging, whereother modalities are not available.

Key  words: Medullary  thyroid  cancer, 131IMIBG, 111In­octreotide, somatostatin receptorscintigraphy, 99mTc(V)­DMSA scan

Introduction

Medullary  thyroid  carcinoma  (MTC)  is  anuncommon tumour accounting for 3­10% of allthyroid  malignancies  [1].  According  to  theradiotherapy record of Institute of Radiotherapyand Nuclear Medicine (IRNUM),  there are only65  cases  of  MTC  from  1994  to  2011,  whichcomprises  about  12%  of  all  neuroendocrinetumours  and  0.08%  of  all  malignant  casesregistered in the hospital.

MTC arises from thyroid C­cells which producecalcitonin.  Hence,  an  elevated  serumcalcitonin  level  is  a  reliable  marker  of  awell­differentiated MTC [2, 3]. This tumour ismostly  resistant  to  external  beam  radiationtherapy (EBRT) and chemotherapy in most ofthe cases [4]. The treatment of gross primaryand recurrent disease is surgery [5].  But fora successful surgical attempt,  a knowledge ofthe extent of disease is very important. Effortsto delineate the disease has been  made in thepast  using  various  imaging  techniques  likeconventional  x­rays,  computed  tomography(CT),  magnetic  resonance  imaging  (MRI),abdominal  and  neck  ultrasound.  However,

 *CorrespondenceMr HameedullahInstitute of Radiotherapy and Nuclear MedicineUniversity Campus, PeshawarTel:   +92­91­9216114­17 Ext: 150Fax  +92­91­9216118E­mail:  [email protected]

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<73:MSOMTC>2.0.TX;2­M

Page 77: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 74

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:73­77

these modalities pose some difficulties in thedetection of recurrent and metastatic MTC dueto the distortion of normal anatomy after thesurgery  [6].  Bone  scan  is  used  to  look  forskeletal  involvement  in  the disease process.The  functional  imaging  tools  commonlyemployed for the evaluation and visualizationof  MTC  are  radioiodinated  (123I  )  or  (131I)metaiodobenzylguanidine  (MIBG),  thalliumchloride  (201TI),  pentavalent 99mTc­dimercaptosuccinic acid (99mTc(V)­DMSA), and 111In­and 99mTc­labelled  octreotides  [6,  7]. Out  ofthese 111In­ and 99mTc­labelled octreotides haveproved more  useful  but  their  high  cost  andnonavailability at most of the nuclear medicineinstitutes  in  our  country  are  the  majorhindrances in the way of their routine use [8,9]. Alternatively, 18F­FDG PET and monoclonalanti­CEA labelled antibodies also have provedto  be  advantageous,  but  their  use  in  theroutine workup of MTC patients is also limitedbecause of the abovementioned reasons [10­12].

Where conventional  imaging techniques (US,CT and MRI) fail to localize the tumour or themetastatic lesion, radionuclide techniques arethe next diagnostic step in the evaluation of aMTC patient depending upon the availability ofthe method and experience of the professionalsin a nuclear medicine facility.  Several authorsbelieve that imaging with 99mTc(V)­DMSA is themost  cost­effective  and  time­efficienttechnique for MTC evaluation [11, 13].

Previously published work  from  this  institutereports successful visualisation of MTC using99mTc(V)­DMSA and 131I MIBG [14, 15]. Thepresent  case  is  yet  another  example  ofsuccessful  diagnosis  of  MTC  using  locallyformulated 99mTc(V)­DMSA  where  the  scanyielded  good  quality  images  and  providedimportant  clinical  information  helpful  insubsequent patient care.

Case Report

A 38­year­old male was diagnosed four yearsago as a case of MTC after excision biopsies

from a neck mass. He was given EBRT (50 Gy)to the neck and superior mediastinum at thisinstitute but was subsequently lost to follow­upuntil  3  years  ago  when  he  reported  withdyspnoea and chest tightness. At the time ofhis second presentation, his serum calcitoninwas very high at  >2000pg/ml (normal range0­8.4). He had palpable  lymph nodes  in  theneck but due to his severe chest tightness andbreathlessness, there was a clinical suspicionof advanced disease in the mediastinal  lymphnodes. On routine check­up, his renal profilewas  found  to  be  deranged with  high  serumurea and creatinine values.

The  case  was  discussed  in  the  institutionaltumour  board  and  then  referred  to  nuclearmedicine department for somatostatin receptorImaging (SSR). However, due to nonavailabilityof this radiopharmaceutical, it was decided toperform 99mTc(V)­DMSA    scintigraphy  usinglocally  formulated  radiopharmaceutical.  Insome  institutes,  DMSA(V)  is  available  in  theform  of  a  freeze­dried  kit,  which  is  thenreconstituted.    We  however  prepared  theradiopharmaceutical  using    renal  DMSA  vialwhich  labels with 99mTc  in +3 oxidation state(trivalent)  at  pH  3­4;  this  was  converted  toDMSA(V)  with  pH  8.5  (determined  by  pHindicator strips ) under aseptic conditions. Therenal  DMSA  kit  (supplied  by  IPD,  PINSTECHIslamabad,  Pakistan)  containeddimercaptosuccinic acid (1.0 mg), SnCl2.2H2O(0.35  mg),  ascorbic  acid  (0.5  mg),  andmannitol (20 mg). 1 ml of 0.167N solution ofNaHCO3 (which can be prepared by dissolving280 mg of analytical grade NaHCO3 in 20 ml ofdistilled water) was added to the vial to makethe medium alkaline. The pH of this DMSA viallies in the range of 8.4 to 8.5.  20 mCi (740MBq) of  fresh elute of  sodium pertechnetateobtained Mo/Tc Generator (PAKGEN providedby  IPD, PINSTECH Islamabad, Pakistan) wasadded to this vial. The vial was incubated for15 minutes to complete the reaction. Qualitycontrol  tests  were  performed  by  thin­layerchromatography  (TLC);  the  radiochemicalpurity (RCP) was found to be more than 95%.

The  preparation  was  then  injected  intravenously  into  the  patient's  antecubital  veinthrough an indwelling intravenous cannula.

Page 78: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 75

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:73­77

Early (1­hour) and delayed (24­hour) anteriorspot  images  of  the  head,  neck,  chest  andabdomen were acquired using Siemens Orbitorgamma camera with  low­energy all­purpose(LEAP) collimator and energy window of 15%centered at 140 KeV photopeak.

The  1­hour  images  were  very  sharp  withexcellent  resolution  and  showed  goodradiopharmaceutical avidity by the tumour andseemed  potentially  useful  determining  andevaluating  sites  of metastases  in  the  head,neck and chest region (Figure 1). The 24­hour

post tracer injection images were additionallyacquired  to  see  the  tracer  residence  over  aprolonged period of time and to look for anyredistribution (Figure 2).

Discussion

MTC  is a  rare and slow­growing  tumour butposes  challenges  in  the  management.  Itoriginates  from  parafollicular  C­cells  andsecretes  copious  calcitonin;  hence  highcacitonin levels are used as a marker of disease

Figure  1 99mTc(V)  DMSA  scan  1­hourimages in the anterior projection

Figure  2 99mTc(V)  DMSA  scan  24­hourimages in the anterior projection

Page 79: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 76

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:73­77

recurrence or residual disease. These tumoursdo not concentrate radioiodine and show poorresponse  to  chemotherapy  and  radiationtherapy. Surgery is therefore the only strategyfor  potential  cure;  but  for  successful  surgicalmanagement, early detection of recurrence  isvery  important.  Conventional  radiographicimaging  modalities  are  often  employed  fordetecting the recurrence or the residue of thetumour. But the results of these techniques aresometimes  negative  in  presence  of  elevatedcalcitonin levels because of the lower sensitivityof morphological imaging modalities in scarredor  previously  violated  tissues  or  organs.Therefore, functional nuclear medicine imagingstudies  such  as  radioiodinated  (123I    or 131I)meta­iodobenzylguanidine  (MIBG),  thalliumchloride  (201TI),  pentavalent 99mTc­dimercaptosuccinic acid (99mTc(V)DMSA), 111In­ and99mTc­labelled  octreotides, 18F­FDG  PET  andmonoclonal anti­CEA  labelled antibodies,   areexplored as a second­line options to detect MTCrecurrence.  But  all  of  these  techniques  haveassociated merits and demerits. Amongst them99mTc(V)DMSA has superior characteristics, suchas better physical properties, lower cost, wideavailability  and  less  time  delay  betweenradiotracer injection and imaging,  which makesit  a  better  imaging  agent  for  detection  ofrecurrence and metastatic MTC.

In  this  particular  case,  where  CT  scan  withcontrast was deemed unsuitable due  to  renalimpairment,  we  tried  using 99mTc(V)DMSAfunctional  imaging  as  the  primary  diagnostictest,  and  the  technique  provided  excellentquality images with the uptake persisting in thetumour  for  many  hours  as  indicated  by  the24­hr images. We have previously imaged MTCimaged with 99mTc(V)DMSA  and we think thatthis  agent  can  also  be  used  in  future  fortargetting  these  tumours  with 188Re­labelledpentavalent DMSA ( 188Re(V)DMSA) [14].

99mTc(V)­DMSA is a radiopharmaceutical whichis used  to evaluate, image and manage a largenumber of tumours, but the exact mechanismof 99mTc­(V)DMSA  uptake  in  tumours  is  stillunknown.    One  suggested mechanism  is  thepH­sensitive character of 99mTc­(V)DMSA which

is  reported  as  a  factor  influencing  itsaccumulation  in  cancer  cells  [16].  Severalreports  from  Papantoniou  and  colleaguessuggested that 99mTc(V)­DMSA uptake by breasttumours is related to proliferative activity, whichis either directly related to tumour grade or tothe mitotic activity [17]. It is also thought thatthe  mechanism of uptake of 99mTc­(V)DMSA bedue to the structural similarity between 99mTc­(V)DMSA core (phosphate­like ion TcO4­3) andPO4­3), which is avidly taken up by some cancercells, but some other studies suggest a morecell  specific 99mTc­(V)DMSA  uptake  than  thephosphate localization. Our experience of avidand persistent 99mTc­(V)DMSA uptake in all thetumour deposits in the neck and mediastinumhave encouraged us to explore its potentials andvarious clinical settings.

Conclusion

99mTc  (V) DMSA  is an economical and  readilyavailable imaging agent for the detection of MTCin  the  clinical  setting  of  recurrence  detectionespecially  in  the  head,  neck  and mediastinalregions.

References

1.  Favia  G,  Iacobone  M.  Medullary  thyroidcarcinoma: state of the art. G Chir 2005;26(11­12):405­9.

2.  Ismailov  SI,  Piulatova  NR.  Postoperativecalcitonin  study  in  medullary  thyroidcarcinoma.  Endocr  Relat  Cancer2004;11(2):357­63.

3.  Vierhapper  H,  Raber  W,  Bieglmayer  C,Kaserer K, Weinhausl A, Niederle B. Routinemeasurement  of  plasma  calcitonin  innodular thyroid diseases. J Clin EndocrinolMetab 1997;82:1589­1593.

4.  Pitt SC, Moley J F.  Medullary, anaplastic,and  metastatic  cancers  of  the  thyroid.Semin Oncol, 2010;37(6):567­579.

Page 80: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 77

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 2221­0288(201307/01)3:1<73:MSOMTC>2.0.TX;2­M

5.  Moley  JF, Medullary  thyroid  carcinoma,Curr Treat Options Oncol 2003;4:339­47.

6.  Niafar M,  Dabiri S,  Bozorgi F,  Niafar Fand    Gholami  N.  Metastatic  medullarythyroid carcinoma: a case report. J ResMed Sci. 2011;16(4):568­573.

7.  Lewington  VJ,  Clarke  SE.  Isotopicevaluation and therapy in patients withmalignant endocrine disease. Best PractRes  Clin  Endocrinol  Metab  2001;15(2):225­39.

8.  Gabriel M, Decristoforo C, Donnemiller E,Ulmer H, Watfah Rychlinski C, Mather SJ,et  al.  An  intrapatient  comparison  of99mTc­EDDA/HYNIC­TOC with 111In­DTPAoctreotide for diagnosis of somatostatinreceptor­expressing tumors. J Nucl Med2003;44(5):708­16.

9.  Czepczyñski R, Parisella MG, Kosowicz J,Miko³ajczak R, Ziemnicka K, GryczyñskaM, et  al.  Somatostatin  receptorscintigraphy  using 99mTc­EDDA/HYNIC­TOC  in  patients with medullary  thyroidcarcinoma. Eur J Nucl Med Mol Imaging2007;34(10):1635­45.

10.  Rufini V, Castaldi P, Treglia G, Perotti G,Gross MD, Al­Nahhas A. Nuclear medicineprocedures in the diagnosis and therapyof  medullary  thyroid          carcinoma.Biomed Pharmacother 2008;62(3):139­46. Epub 2007 Aug 20.

11.  Bozkurt MF, Uğur O, Banti E, GrassettoG, Rubello D. Functional nuclear medicineimaging  of  medullary  thyroid  cancer.Nucl Med Commun 2008;29(11):934­42.

12.  Ozkan  E,  Soydal  C,  Kucuk  ON,  Ibis  E,Erbay G  impact of  ¹⁸F­FDG PET/CT  fordetecting recurrence of medullary thyroidcarcinoma.  Nucl  Med  Commun  2011;32(12):1162­8.

13.  Guerra U, Pizzocaro C, Terzi A. The useof 99mTc  (V)  DMSA  as  imaging  for  the

medullary carcinoma. J Nucl Med AlliedSci 1988;32:242­247.

14.  Khan AU , Ahmad S, Manan A and KhanAA. Visualisation of medullary carcinomathyroid  with  locally  formulated 99mTc(V)­DMSA  and  comparison  with 131I­MIBG Scintigraphy. J Coll Physicians SurgPak 2001;11(6): 394­396.

15.  Khan AU, Thein TM, Khan AA, Khan SM.Role  of  locally  formulated 131I­MIBG  inimaging of neuroendocrine tumors. J CollPhysician  Surg  Pak  2001;  11(10):617­21.

16.  Horiuchi K, Saji H, Yokoyama A. Tc(V)­DMSA tumor localization mechanism: apH­sensitive  Tc(V)­DMSA­enhancedtarget/nontarget  ratio  by  glucose­mediated acidosis. Nucl Med Biol 1998;25(6):549­55.

17.  Papantoniou  V,  Christodoulidou  J,Papadaki  E. 99mTc­(V)DMSAscintimammography  in  the  assessmentof breast lesions: comparative study with99mTc­MIBI.  Eur  J  Nucl  Med  2001;28(7):923�8.

Page 81: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, 3:78­79                      331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

Myocardial uptake of 99mTc­MDP in infectiveendocarditis

Hasan Raza, Zafar Nasir*, Shahid Kamal

Atomic Energy Medical Centre, JPMC, Karachi

IMAGING GAMUT

Key words:  Infective  endocarditis,  Tc­99mMDP bone scan, SPECT­CT

Background   A  10­year­old  girl  withcongenital  heart  disease  was  diagnosed  withinfective  endocarditis.  The  patient  developedpain in her right hip region. Her chest and pelvicx­rays were unremarkable. She was  referredto the nuclear medicine department for a bonescan to investigate a musculoskeletal cause forthe pain.

Procedure  Planar  bone  scintigraphy  wasperformed 3 hours after an intravenous injectionof  370  MBq 99mTc­methylene  diphosphonate(99mTc­MDP). This was followed by a SPECT­CTof the upper trunk.

Findings The planar bone scan showed focalsoft­tissue uptake in the left chest lateral to thesternum and adjacent to the anterior end of theribs  in  the  2nd  intercostal  space  (Figure  1).SPECT  images  showed  tracer  uptake  justposterior  to  ribs  on  the  left  side  (Figure  2).Fused CT­SPECT images revealed tracer uptakeat the upper lateral part of the heart (Figure 3).

Her  Echocardiography  showed  patent  ductusarteriosus  (PDA)  with  left­to­right  shunt  andmitral and tricuspid regurgitation. There were

*Correspondence   Dr Zafar Nasir   Atomic Energy Medical Centre   Jinnah Post Graduate Medical Centre   Rafique Shaheed Road, Karachi   Email: [email protected]

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<78:MUOTII>2.0.TX;2­M

Figure 1  Bone scan images of the trunk inthe anterior (left column) and the posterior(right column) projections with  focal soft­tissue uptake in the left chest region (arrow)

Figure 2  Bone SPECT images in the sagittal(left),  axial  (middle)  and  coronal  (right)slices  showing  focal  increased  soft­tissueuptake (arrows)

Page 82: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 79

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 2221­0288(201307/01)3:1<78:MUOTII>2.0.TX;2­M

vegetations  over  PDA  and  thickened  andprolapsing anterior mitral commissure.

Conclusion  It  was  speculated  that  cardiaccalcinosis associated with vegetations over PDAor the thickened prolapsed mitral valve was thelikely cause of focal increased 99mTc­MDP uptakeseen in this case as has been suggested in thepublished literature [1, 2].

Comments 99mTc­MDP soft­tissue uptake can bedivided  into  five  categories  including  dystrophiccalcification,  metastatic  calcification,  metabolicuptake, compartmental sequestration and spurious orartifactual uptake. Dystrophic calcification occurs  inpatients with normal Ca2+ and PO4­ levels and refers toCa2+  deposition  in  tissues  secondary  to  histologicdisruption caused by  trauma,  ischaemia or cellularnecrosis or  in  the enzymatic necrosis of    fat.  It  isthought  that  calcium  ion  binds  to  phospholipidspresent in membrane bound vesicles, phosphatasesgenerate phosphate groups which in turn bind to the

calcium,  and  the  cycle  is  repeated  until  localconcentrations are elevated and crystals begin to form[3]. Tissue damage  from  inflammation or  infectionresults  in  calcium  deposition  based  on  theirpathophysiologic characteristics resulting in dystrophiccalcification [4].

There are several reports of myocardial uptake of MDPin  the  literature  including  uptake  in  amyloidosis,multiple  myeloma  and  cardiac  calcinosis  inhaemodialysis patients [5, 6] but the  case of of MDPcardiac uptake in infective endocarditis has not beenpreviously reported.

References

1.  Inoue  N,  Ohkusa  T,  Katoh  T,  Esato  K,Matsuzaki  M.  Infective  endocarditis  withextensive  calcified  granulation  of  mitralannulus and valve. Jpn Circ J 2000;64:990.

2.  Eicher  JC,  De  Nadai  L,  Soto  FX,  Falcon­Eicher  S,  Dobsák  P,  Zanetta  G, et  al.Bacterial endocarditis  complicating mitralannular  calcification:  a  clinical  andechocardiographic study. J Heart Valve Dis2004;13(2):217­27.

3.  Zuckier  LS,  Freeman  LM.  Nonosseous,nonurologic uptake on bone scintigraphy:atlas  and  analysis.  Semin  Nucl  Med2010;40:242­256.

4.  Peller  PJ,  Ho  VB,  Kransdorf  MJ.Extraosseous  Tc­99m  MDP  uptake:  apathophysiologic approach. Radiographics1993;13:715­734.

5.  Eguchi  M,  Tsuchihashi  K,  Takizawa  H,Nakahara N, Hagiwara M, Ohnishi H, et al.Detection  of  cardiac  calcinosis  inhemodialysis  patients  by  whole­bodyscintigraphy  with  99m­technetiummethylene  diphosphonate.  Am  J  Nephrol2000;20:278­282.

6. Reitz  MD,  Vasinrapee  P,  Mishkin  FS.Myocardial, pulmonary, and gastric uptakeof technetium­99m MDP in a patient withmultiple myeloma and hypercalcemia. ClinNucl Med 1986;11(10):730.

Figure 3  Fused SPECT­CT images  in thecoronal  (top  left),  sagittal  (top  right)  andaxial  (bottom)  projection  slices  showingcardiac uptake (cross hair)

Page 83: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, 3:80­82                      331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

SPECT­CT diagnosis of temporomandibular jointinfection secondary to otitis externa

Amir Javaid1,*,Rasha M Al­Shammeri2,Qaisar H Siraj1, Anwar Al­Banna1

1Department of Nuclear Medicine, Farwanai Hospital, Kuwait2Dasman Clinic, Sharq Kuwait

IMAGING GAMUT

Key  words:  Temporomandibular  jointinfection, bone scan, Gallium­67 scan

Background   A  61­year­old man  presentedwith a history of persistent pain in the left ear forthe last 6 months.  He  was  clinically suspectedwith malignant otitis externa (MOE) and wastherefore  referred  to  the  nuclear  medicinedepartment  for  bone  and  gallium  scans  toestablish the diagnosis.

Procedure  A 2­phase bone scan of the headincluding  planar  blood  pool imaging  in  the

*Correspondence   Dr Amir Javaid   Department of Nuclear Medicine   Farwania Hospital   PO Box 18373, Kuwait 81004   Email: [email protected]

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<80:SDOTJI>2.0.TX;2­M

Figure 1     Bone  scan  blood  pool  imagesshowing a comma­shaped area of increaseduptake on the left (arrows)

Figure 2  Planar bone scan images showingincreased uptake in the left mastoid region(arrow)

Page 84: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2012, Volume 2, Number 1 81

331691 © 2012 Pakistan Society of Nuclear Medicine Pak J Nucl Med 2013;3:80­82

anterior, posterior, right lateral and left lateralprojections  was  acquired  immediatelyfollowing  injection  of  876  MBq  of 99mTc­methylene  diphosphonate  (MDP).  Planardelayed bone  scan images were  acquired  in

the same projections followed by  a  SPECT­CTof the skull. A Gallium­67 scan was additionallyperformed with planar imaging at 24­hour and48­hour postinjection together with a SPECT­CT at 24­hour.

Figure  3 CT (top row) and fused SPECT­CTMDP  bone  scan  images  showing  discreteincreased  uptake  in  the  lefttemporomandibular joint (arrows)

Figure 5  CT (top row) and fused SPECT­CT24­hour Gallium­67  scan  images  showingincreased uptake in the soft­tissue overlyingthe left temporomandibular joint (arrows)

Figure 4   Planar Gallium  scan  images  at24­hour  postinjection  showing  increasedactivity on the left (arrows)

Figure 6  CT (top row) and fused SPECT­CT24­hour Gallium­67  scan  images  showingincreased soft­tissue uptake  in  the  regionof the left auditory canal (arrows) consistentwith otitis externa

Page 85: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2012, Volume 2, Number 1 82

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 2221­0288(201307/01)3:1<80:SDOTJI>2.0.TX;2­M

Findings The blood pool images of the headshowed a �comma­shaped� area of  increasedactivity on the left side extending downwardsfrom  the  region  of  the  ear  (Figure  1).  Thedelayed  bone  scan  spot  views  (Figure  2)showed  focal uptake  in  the region of  the  lefttemporal bone, which on SPECT­CT was seento correspond the left  temporomandibular  joint(Figure 3). Gallium­67 planar  images  (Figure4) showed an area of increased tracer uptakeon the left side of the head, which on SPECT­CTwas  seen  to  correspond  to  the  soft­tissueoverlying  the  left  temporomandibular  joint(Figure 5). The SPECT­CT images did not showany uptake in the temporal bone  either on thebone or on the Gallium scan.

Conclusions The  concordant  increasedactivity  seen  on  the  bone  scan  blood  poolimages and the planar Gallium­67 scan imageswas indicative of left otitis externa together withsoft­tissue  infection/inflammation.  However,the  bone  SPECT­CT  precisely  localised  theincreased  bone  uptake  to  the  lefttemporomandibular  joint  (TMJ).  There  washowever no evidence of increased bone uptakeseen in the left mastoid region or the petroustemporal region to indicate MOE on the bonescan. The Galllium­67 SPECT­CT scan showedincreased soft­tissue activity overlying the leftTMJ along with increased uptake in the externalauditory canal (Figure 6) without evidence ofsignificant  increased  TMJ  uptake  or  anyevidence of skull base osteomyelitis.

Comments The    2­phase  bone  scan withSPECT is the modality of choice for an accurateand  sensitive  diagnosis  of  MOE  and  isconsidered the first­line imaging modality. Bonescintigraphy should precede infection imagingfor the initial diagnosis of MOE, since a negativeresult obviates the need for infection imaging[1].

In  investigation  of  MOE,  CT  is  valuable  indelineating  the  associated  structural  changesalthough  technique  is  relatively  insensitive  inthe absence of structural change and may befalse­negative  and  is  also  not  suitable  forfollow­up  [1].  Nonetheless,  dual  modalitySPECT­CT  imaging  provides  a  superiordiagnostic yield  than single modality  imaging

alone and should be the first modality of choicein  institutions  where  diagnostic  SPECT­CT  isavailable on site.

Gallium and bone scans are both sensitive  inthe follow­up of the cases. The sensitivity of thebone scan however is higher than gallium butthe latter is preferable since increased osseousactivity  may  persist  on  a  bone  scan  despiteresolution of active  infection [1]. The galliumscan also better delineates the extent of soft­tissue infection as demonstrated in this case.

Cellulitis, abscess, MOE and TMJ infection aresome  of  the  complications  of  otitis  externa.Although  the  involvement  of  TMJ  in  non­malignant  otitis  externa  is  very  rare  but  fewcases are reported in literature [2, 3]. This caseunderscores  the  importance  of  combinedstructural and functional SPECT­CT imaging  foran  optimum  diagnostic  yield  as  soft­tissueinvolvement is best delineated by combined CTand  infection  imaging  and  bone  and  jointinvolvement  by  combined  CT  and  bonescintigraphy. Both the presence of otitis as wellas the adjacent soft­tissue spread of infectionare accurately depicted on a Gallium SPECT­CTscan.

References

1.  Okpala NC, Siraj QH, Nilssen E, Pringle M.Radiological and radionuclide investigationof malignant otitis externa. J Laryngol Otol2005;119(1):71­5.

2.  Thomson  HG.  Septic  arthritis  of  thetemporomandibular joint complicating otitisexterna.  J  Laryngol  Otol:  1989Mar;103(3):319­21.

3.  Martinez­Rey  C,  Rodriguez­Framil  M.Pseudomonas aeruginosa septic arthritis ofthe  temporomandibular  joint  in  a  youngpatient without malignant  otitis  externa.Rev Med Chil 2011;139(1):126­7.

Page 86: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, 3:83­84                      331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

Unilateral decreased gallium limb uptake inpoliomyelitis

Eiman Al­Awadi*, Qaisar H Siraj

Department of Nuclear Medicine, Farwanai Hospital, Kuwait

IMAGING GAMUT

Key words:  Poliomyelitis, Gallium­67 scan,Bone scan

Background   A  33­year­old  female  had  ahistory  of  poliomyelitis  affecting  her  lowerright limb at the age of 5­year. She presentedwith gradually increasing right knee pain andwas    referred  to  the  nuclear  medicinedepartment  for  a  bone  scan  for  suspectedarthritis of the knee and other joints.

Procedure A 3­phase bone scan of the kneestogether  with  a  whole­body  bone  scan  andSPECT­CT  were  performed.  To  exclude  thepossibility of septic arthritis, a gallium­67 scanwas additionally performed with imaging at 24and 48 hours.

Findings The  planar  bone  scan  wasunremarkable except for mild arthritis in theright knee (Figure 1). The gallium scan showedgeneralised reduced activity in the right lowerlimb and relatively increased activity in the leftlower limb together with increased uptake inthe arthritic right knee (Figure 2).

Conclusions The  bone  scan  findings  wereconsistent with active arthritis in the right kneewith moderate arthropathy  involving severallarge and small joints. The unilateral reducedgallium  activity in  the  limb  was  attributed

to disuse atrophy of the right lower extremity,which was evidenced by less muscle mass onthe right side on CT scan (Figure 3).

Comments This case illustrates the patternof unilateral decreased gallium uptake in lowerextremity in poliomyelitis. The uptake patternwas characterized by decreased uptake in theaffected  limb  together  with  physiologicincreased uptake in the non­affected limb. The

*Correspondence   Dr Eiman Al­Awadi   Department of Nuclear Medicine   Farwania Hospital   PO Box 18373, Kuwait 81004   Email: [email protected]

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<83:UDGLUI>2.0.TX;2­M

Figure 1  Whole­body bone scan showingincreased uptake in the right knee as wellas multiple large and small joints in the body

Page 87: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2012, Volume 2, Number 1 84

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 2221­0288(201307/01)3:1<83:UDGLUI>2.0.TX;2­M

Figure  2  Gallium  scan  at  24  hours  (toprow)  and  48  hours  (bottom  row)postinjection

Figure 3 Axial CT at mid thigh level

cause of the reduced gallium uptake is relatedto disuse and has been reported previously ina  patient with  AVN of  the femoral head [1].

Patterns of uptake on bone scans in patientswith poliomyelitis have also been reported [2].However,  unilateral  decreased  uptake  ofgallium  in  lower  extremity  in  patient  withpoliomyelitis has not been previously reported.

This case adds poliomyelitis to the differentialdiagnosis  of  unilateral  decreased  galliumuptake in the lower extremity.

References

1.  Bhargava  P,  Charron  M,  Beauchemin  D.Asymmetric  lower  extremity  muscleactivity on a Gallium scan. Clin Nucl Med2005; 30(5):367.

2. Marafi FA, Al­Said A, Esmail AA, ElgazzarAH. Baseline patterns of bone scintigraphyin  patients  with  established  post­poliomyelitis paralysis. Skelet Radiol 2010;39(9):891­895.

Page 88: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

The 'signet ring� sign on 99mTc­MAG3 renal scan

Anthony D'Sa*, Marina Easty, Lorenzo Biassoni

Department of Nuclear Medicine, Great Ormond StreetHospital for Children, London, UK

IMAGING GAMUT

Key words: Duplex  renal  system,  reflux,paediatric, 99mTc­MAG3

Background  Ultrasonographic evaluation ofthe  renal  tract  in a 2­year­old boy  revealedbilateral  duplex  renal  systems,  a  leftureterocele  and  left  hydronephrosis.  Thepatient was previously diagnosed with a  lefthydroureter on a  routine antenatal anomalyultrasound scan.

Procedure The patient was  referred  to  thenuclear medicine department for scintigraphicevaluation of renal function and excretion at

*Correspondence  Dr Anthony D'Sa  Department of Nuclear Medicine  Great Ormond Street Hospital for Children  Great Ormond Street  London WC1N 3JH  Email: [email protected]

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<85:TSRSOT>2.0.TX;2­M

PJNM 2013, 3:85­86                      331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

Figure 1 99mTc ­MAG3 dynamic renography regrouped images. In the early phase of thedynamic renography, there is a photopenic area in the lower portion of the right kidney,surrounded by a rim of uptake, as shown at 2 minutes (arrow). On the following frames,this area  fills with  tracer, but  the tracer seems to predominantly concentrate  laterally,suggesting  that  the  renal  pelvis may  face  the  right  anterolateral  abdominal  wall.  Thephoton­deficient nature of the lower portion of the right kidney is likely to be due to theposition of the lower portion of the right kidney further away from the gamma cameracompared to the upper portion; the dilated renal pelvis with non­radiolabelled urine withinit  (as expected  in  the early phase of  the  renogram) contributed  further  to  the photonattenuation

Page 89: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 86

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 2221­0288(201307/01)1:1<85:TSRSOT>2.0.TX;2­M

the age of 1 and 6 months.   Dynamic renalscintigraphy was performed after intravenousinjection  of 99mTc­mercapto  acetyltriglycine(99mTc­MAG3)  and  the  study  processed  togenerate  summed  images  and  renogramcurves for the right and the left kidneys.

Findings The composite summed image ofthe dynamic studye showed a photon­deficientarea at the lower pole of the right kidney. Thefirst impression looking at this scan raised thepossibility that the features might representa duplex right kidney, with a better functioningupper moiety and a lower moiety with reducedfunction  and  hydronephrosis  (Figure  1).  Ofnote was the circumferential configuration ofuptake on all sides of the photopenic area. Anultrasound performed on the same day as the99mTc  ­MAG3 was  reviewed.  It was deducedthat  the photopenic area was  in  fact due  tothe dilated renal pelvis being "seen" en facedue to kidney malrotation (Figure 2).

Comments    We  have  quite  frequentlynoticed the appearances described above  inour  clinical  practice;  another  patient  with  amalrotated right kidney with hydronephrosisis  displayed  for  comparison  (Figure  3).  Werefer to the 99mTc­MAG3 image of a malrotatedkidney with an associated hydronephrosis asthe "signet ring" sign.

Figure  2  Ultrasound  showing  the  renalhilum  (arrow)  closest  to  the  probe  onanterolateral images. There is dilatation ofthe right renal pelvis

Figure 3 99mTc­MAG3 dynamic renographyearly parenchymal phase of the study. Thisshows  a  photopenic  area  surrounded  byuptake  in  the  lower  portion  of  the  rightkidney, with good tracer uptake in the upperpole  (arrow).  These  findings  were  laterconfirmed to represent a malrotated kidneywith hydronephrosis

Page 90: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, 3:87­88                             331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine

Multiple osteomyelitis with septic arthritis on a3­phase bone scan

Masha Maharaj*, Alexandra Frankl, Elise Kuwa, Xolani Mqhayisa,Farzana Rasool, Jacob Manamela, Elizabeth Kgakgudia

Division of Nuclear Medicine, Polokwane Provincial Hospital, University ofLimpopo, Polokwane, South Africa

IMAGING GAMUT

Key words:  Osteomyelitis, Septic arthritis,Bone scan

Background An 8­year­old boy presentedwith 3 months history of left hip pain followingblunt trauma to the pelvis and abdomen. Initialx­ray of the pelvis was reported to be normal.All  inflammatory  markers  were  elevated.Biochemistry revealed an ESR of 130 (normal0­10 mm/hr), C­reactive protein of 60 (normal0­5 mg/l). Skeletal scinitgraphy was indicatedto investigate possible musculoskeletal infection[1, 2].

Procedure  A 3­phase bone scan of the pelvisand femora together with a delayed whole­bodybone  scan  in  the  anterior  and  posteriorprojections were performed following injectionof 99mTc­methylene diphosphonate.

Findings The  3­phase  bone  scan  imagesrevealed  increased vascularity in the entire leftfemur and in the left hip with a large soft­tissuecomponent (Figure 1). There was moderate tointense  heterogeneous  uptake  of  tracerthroughout the left femur, the medial two­thirdsof right clavicle and the entire left clavicle. Faint increased uptake was also seen in the proximal

one­third of the left humerus as well as in theproximal one­third of the left tibia. (Figure 2).The    left  femoral    head    was    completelydisplaced  superiorly  and  laterally.  The  leftfemoral  neck  appeared  less  intense.  An'encapsulated' photopenic area in the left hipjoint  space  was  noted  inferior  to  the  leftfemoral neck (Figure 3).

*Correspondence   Dr Masha Maharaj   Division of Nuclear Medicine   Polokwane Provincial Hospital   University of Limpopo, South Africa   Email: [email protected]

www.pjnm.net 2221­0288(201307/01)3:1<87:MOWSAO>2.0.TX;2­M

Figure 1 99mTc­MDP blood flow (top) andblood  pool  (bottom)  images  showingincreased vascularity in the  femur, hip andpelvis of the left

Page 91: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

PJNM 2013, Volume 3, Number 1 88

Conclusion The scan findings were consistentwith multifocal  osteomyelitis,  septic  arthritisof the left hip together with a suspected fracturein the proximal left femur.  The photopenic massseen in the region of the left hip joint raised thepossibility  of  an  encapsulated  abscess. Asubsequent  CT  scan  showed multiple  intra­

and  extra­articular  rim­enhanced  lesions  inleft hip joint space, consistent with a networkof abscesses with the largest measuring 3.5cmx  2.7cm  x  2.5cm  (HU=17).  CT  scan  alsoconfirmed an inter­trochanteric fracture. Thepatient  was  taken  into  theatre  for  incision,drainage  and  debridement. Pseudomonasaeruginosa  was  cultured  from  the  biopsysample  and  the  patient  was  treated  with  acourse of intravenous antibiotics.

Comment  Radionuclide bone scintigraphy isparticularly useful for the diagnosis of multifocalosteomyelitis  and  septic  arthritis  asdemonstrated in this case. Also illustrated in thiscase  is  the  use  of  complimentary  anatomicalimaging  (CT  scan)  in  confirming  and  furthercharacterizing the  left hip pathology. Imagingis essential for confirming the clinical diagnosisof  osteomyelitis  and  also  provides  essentialinformation  on  the  site  and  extent  of  theinfection, which helps the referring clinician inplanning medical or surgical treatment [3].

References

1.  Riise OR, Kirkhus E, Handeland KS,  FlatoB, Reiseter T, Cvancarova M, Nakstad B,Wathne  K­O.  Childhood  osteomyelitis­incidence  and  differentiation  from  otheracute onset musculoskeletal features in apopulation­based  study.  BMC  Pediatrics2008;8:45.

2.  McCarville MB. The child with bone pain:malignancies  and  mimickers.  CancerImaging. 2009;9:S115_S121.

3.  Sia  IG,  Berbari  EF.  Osteomyelitis.  BestPract Res Clin Rheumatol 2006;20:1065�1081.

331691 © 2013 Pakistan Society of Nuclear Medicine 221­0288(201307/01)3:1<87:MOWSAO>2.0.TX;2­M

Figure 2 99mTc­MDP whole­body images inthe  anterior  (left)  and  posterior  (right)projections

Figure 3  Pinhole  images of  the right (a)and the left (b) hip regions in the anteriorprojection

a b

Page 92: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal

Masoomi M, Ntentas G, Foulsham L. Paving the way for modality choice of the future: challenges andexpectations of the first simultaneous whole­body PET­MRI molecular imaging in the UK. Pak J Nucl Med2013;3:1­21.

Masoomi M, Robinson A, Bouchareb Y, Hejazi S, Spyrou NM. Efficacy of motion­correction in absolutequantification of colonic PET­CT for drug response therapy. Pak J Nucl Med 2013;3:22­28.

Memon SA, Laghari NA, Qureshi ST, Ahmad F, Masood A, Iqbal S. Exposure rate patterns in 131I therapyinpatients at NIMRA Jamshoro: an 08­year study. Pak J Nucl Med 2013;3:29­36.

Rasheed R, Javed M, Ahmad F, Sohail A, Murad S, Masood M, Rasheed S, Rasheed S, Imran B,  ShaheenS. Study of normal biodistribution and uptake patterns of novel anticancer radiopharmaceutical complex99mTc­Methotrexate. Pak J Nucl Med 2013;3:37­43.

Riaz S, Hussain F, Waqar A, Ali MK,   Minhas F. Assessment of  regional cerebral blood  flow  in majordepressive illness by radionuclide brain perfusion SPECT. Pak J Nucl Med 2013;3:44­52.

Bashir H, Shabo G. Movahed's sign  in chronic  thromboembolic pulmonary embolism. Pak J Nucl Med2013;3:53­56.

Siraj QH, Al­Shammeri RM, Ragab O. A case of left Bochdalek hernia . Pak J Nucl Med 2013;3:57­60.

Durr­e­Sabih, Rahim K. A case of right Bochdalek hernia. Pak J Nucl Med 2013;3:61­64.

Al­Husseini R, Siraj QH. SPECT­CT of an unsuspected ischial tuberosity avulsion fracture. Pak J Nucl Med2013;3:65­68.

Al­Banna A, Siraj QH, Afzal U, Al­Awadi E. SPECT­CT of peritoneal­scrotal leakage in patients on continuousambulatory peritoneal dialysis. Pak J Nucl Med 2013;3:69­72.

Khan  AU,  Hameedullah,  Bahadur  A,  Khattak  MR,  Shah  AS.  Mediastinal  spread  of medullary  thyroidcarcinoma imaged by locally formulated 99mTc­ DMSA (V). Pak J Nucl Med 2013;3:73­77.

Raza H, Nasir Z, Kamal S. Myocardial uptake of 99mTc­MDP  in  infective endocarditis. Pak J Nucl Med2013;3:78­79.

Javaid A, Al­Shammeri RM, Siraj QH, Al­Banna A. SPECT­CT diagnosis of temporomandibular joint infectionsecondary to otitis externa. Pak J Nucl Med 2013;3:80­82.

Al­Awadi  E,  Siraj  QH.  Unilateral  decreased  gallium  limb  uptake  in  poliomyeliti.  Pak  J  Nucl  Med2013;3:83­84.

D'Sa A, Easty M, Biassoni L. The 'signet ring� sign on 99mTc­MAG3 renal scan. Pak J Nucl Med 2013;3:85­86.

Maharaj M, Frankl A, Kuwa A, Mqhayisa X, Rasool F, Manamela J, Kgakgudia E. Multiple osteomyelitiswith septic arthritis on a 3­phase bone scan. Pak J Nucl Med 2013;3:87­88.

P JNM Pakistan Journal ofNuclear Medicine

Page 93: Qaisar Hussain Sirajpjnm.net/uploads/3/3/0/9/3309018/pjnm_3_finalweb.pdfSajjad A Memon, Naeem A Laghari, Sadaf T Qureshi, Fayaz Ahmad, Atif Masood and Shahid Iqbal Study of normal