式の適用方法の比較：組織の不均一性に線量ボクセルカーネルを適用するためのテキストを参照してください

A comparison of methods for adapting [Formula: see text] dose-voxel-kernels to tissue inhomogeneities.

• Th Götz
• C Schmidkonz
• E W Lang
• A Maier
• T Kuwert
• P Ritt

抄録

式：本文を参照]放射性核種治療では、患者個人の線量負担を決定するために線量測定が用いられる。標準的なアプローチでは、臓器全体の線量のみを提供する。臓器内の線量の不均一性を評価するためには、3D SPECT/CT画像に基づくボクセル単位の線量推定法を適用することができる。多くの場合、これはボクセル単位の時間活動曲線を適切な線量ボクセルカーネル（DVK）で構成することによって達成される。DVKは線量沈着をモデル化するためのものであり、考慮されている特定の組織タイプに合わせてモデル化すれば、より正確なものになります。文献では、DVKはこれらの不均一性に適応されていないか、単純な近似スキームが適用されていることが多い。式：本文参照）-ＰＳＭＡまたは-ＤＯＴＡＴＯＣ療法を受けたことのある２６人の患者について、減衰マップ、質量密度マップ、および組織タイプマップをＳＰＥＣＴ／ＣＴ撮影から得た。これらは、文献で提案されている4つの異なるDVK法によって得られたDVK（それぞれのサイズ[式：本文参照]）との畳み込みに基づくボクセルベースの線量評価に使用された。最も単純なものは、空間的に一定の軟部組織DVK（ここでは「定数」と呼ぶ）のみを考慮するが、他のものは、DVKの中心ボクセル（ここでは「中心ボクセル」と呼ぶ）の局所密度のみを考慮するか、またはCT画像から推論された適切な質量密度（ここでは「密度」と呼ぶ）に従って各ボクセルを線形にスケールするか、または局所的な質量密度および中心ボクセルとその周囲のボクセルとの間の直接経路（ここでは「パーセンテージ」と呼ぶ）の両方を考慮するかのいずれかである。結果として得られた線量値と完全モンテカルロシミュレーション（MCシミュレーション）の値との間の偏差を、選択した臓器および組織型について比較した。それぞれのDVK法では、軟部組織よりも高い組織密度の場合には、患者間のばらつきが大きく、MC結果と比較してエネルギー線量の過小評価と過大評価の両方が見られた。腎臓と脾臓では、「一定」と「密度」を尺度としたDVK法では、MCのゴールドスタンダードに対する偏差が最も小さい推定線量が得られた（∼[式：本文参照]過小評価）。肺組織や脂肪組織、骨組織などの低密度組織や高密度組織に対しては、センターボクセル法やパーセンテージ法のような代替的なDVK法がそれぞれ優れた結果を得た。計算負荷については、DVK法「定数」では患者1人当たり約1.1秒、センターボクセルスケーリングでは約1.2秒、密度スケーリングでは約1.4秒、パーセンテージスケーリングでは約860.3秒の計算負荷が必要となります。大規模な患者コホートと4種類のDVK推定方法を含む本研究では、軟部組織カーネルの場合、単一のDVK適応法が他のどの方法よりも一貫して優れていることはありませんでした。そのため、このような場合には、「定数」と表示された最も単純なDVK法で十分である。腫瘍の場合は、低密度（肺）や高密度（骨）の組織に存在することが多く、より洗練されたDVK法が優れています。患者間のばらつきが大きいことから、新しいアルゴリズムを評価するためには、十分に大規模な患者コホートが必要であることが示されている。

In [Formula: see text] radionuclide therapies, dosimetry is used for determining patient-individual dose burden. Standard approaches provide whole organ doses only. For assessing dose heterogeneity inside organs, voxel-wise dosimetry based on 3D SPECT/CT imaging could be applied. Often, this is achieved by convolving voxel-wise time-activity-curves with appropriate dose-voxel-kernels (DVK). The DVKs are meant to model dose deposition, and can be more accurate if modelled for the specific tissue type under consideration. In literature, DVKs are often not adapted to these inhomogeneities, or simple approximation schemes are applied. For 26 patients, which had previously undergone a [Formula: see text] -PSMA or -DOTATOC therapy, decay maps, mass-density maps as well as tissue-type maps were derived from SPECT/CT acquisitions. These were used for a voxel-based dosimetry based on convolution with DVKs (each of size [Formula: see text]) obtained by four different DVK methods proposed in literature. The simplest only considers a spatially constant soft-tissue DVK (herein named 'constant'), while others either take into account only the local density of the center voxel of the DVK (herein named 'center-voxel') or scale each voxel linearly according to the proper mass density deduced from the CT image (herein named 'density') or considered both the local mass density as well as the direct path between the center voxel and any voxel in its surrounding (herein named 'percentage'). Deviations between resulting dose values and those from full Monte-Carlo simulations (MC simulations) were compared for selected organs and tissue-types. For each DVK method, inter-patient variability was considerable showing both under- and over-estimation of energy dose compared to the MC result for all tissue densities higher than soft tissue. In kidneys and spleen, 'constant' and 'density'-scaled DVKs achieved estimated doses with smallest deviations to the full MC gold standard (∼[Formula: see text] underestimation). For low and high density tissue types such as lung and adipose or bone tissue, alternative DVK methods like 'center-voxel'- and 'percentage'- scaled achieved superior results, respectively. Concerning computational load, dose estimation with the DVK method 'constant' needs about 1.1 s per patient, center-voxel scaling amounts to 1.2 s, density scaling needs 1.4 s while percentage scaling consumes 860.3 s per patient. In this study encompassing a large patient cohort and four different DVK estimation methods, no single DVK-adaption method was consistently better than any other in case of soft tissue kernels. Hence in such cases the simplest DVK method, labeled 'constant', suffices. In case of tumors, often located in tissues of low (lung) or high (bone) density, more sophisticated DVK methods excel. The high inter-patient variability indicates that for evaluating new algorithms, a sufficiently large patient cohort needs to be involved.