The reference tissue model allows for quantification of receptor kinetics without measuring the arterial input function, thus avoiding arterial cannulation and time-consuming metabolite measurements. The model contains four parameters, of which the binding potential (BP) is the parameter of interest. Although BP is robust, convergence rates are slow and the other parameters can have large standard errors. To overcome this problem, a simplified reference tissue containing only three parameters was developed. This new three-parameter model was compared with the previous four-parameter model using a variety of PET studies: [11C]SCH 23390 (D1receptor) and [11C]raclopride (D2receptor) in humans, and [11C]SCH 23390, [11C]raclopride and [11C]RTI-121 (dopamine transporter) in rats. The BP values obtained from both models were essentially the same for all cases. In addition, the three-parameter model was insensitive to starting values, produced stable results for the other parameters (small standard errors), and converged rapidly. In conclusion, for the ligands tested the three-parameter model is a better choice, combining increased convergence rate with increased stability.

[18F]-fluorodeoxyglucose ([18F]-FDG) uptake is enhanced in most malignant tumours which in turn can be measured using positron emission tomography (PET). A number of small clinical trials have indicated that quantification of the change in tumour [18F]-FDG uptake may provide an early, sensitive, pharmacodynamic marker of the tumoricidal effect of anticancer drugs. This may allow for the introduction of subclinical response for anticancer drug evaluation in early clinical trials and improvements in patient management. For comparison of results from smaller clinical trials and larger-scale multicentre trials a consensus is desirable for: (i) common measurement criteria; and (ii) reporting of alterations in [18F]-FDG uptake with treatment. This paper summarises the current status of the technique and recommendations on the measurement of [18F]-FDG uptake for tumour response monitoring from a consensus meeting of the European Organization for Research and Treatment of Cancer (EORTC) PET study group held in Brussels in February 1998 and confirmed at a subsequent meeting in March 1999.

The aim of this guideline is to provide a minimum standard for the acquisition and interpretation of PET and PET/CT scans with [18F]-fluorodeoxyglucose (FDG). This guideline will therefore address general information about[18F]-fluorodeoxyglucose (FDG) positron emission tomography-computed tomography (PET/CT) and is provided to help the physician and physicist to assist to carrying out,interpret, and document quantitative FDG PET/CT examinations,but will concentrate on the optimisation of diagnostic quality and quantitative information.

A method is presented for the generation of parametric images of radioligand-receptor binding using PET. The method is based on a simplified reference region compartmental model, which requires no arterial blood sampling, and gives parametric images of both the binding potential of the radioligand and its local rate of delivery relative to the reference region. The technique presented for the estimation of parameters in the model employs a set of basis functions which enables the incorporation of parameter bounds. This basis function method (BFM) is compared with conventional nonlinear least squares estimation of parameters (NLM), using both simulated and real data. BFM is shown to be more stable than NLM at the voxel level and is computationally much faster. Application of the technique is illustrated for three radiotracers: [11C]raclopride (a marker of the D2 receptor), [11C]SCH 23390 (a marker of the D1 receptor) in human studies, and [11C]CFT (a marker of the dopamine transporter) in rats. The assumptions implicit in the model and its implementation using BFM are discussed.

Regional cerebral blood flow (CBF), oxygen extraction ratio (OER), oxygen utilization (CMRO2) and blood volume (CBV) were measured in a group of 34 healthy volunteers (age range 22-82 yrs) using the 15O steady-state inhalation method and positron emission tomography. Between subjects CBF correlated positively with CMRO2, although the interindividual variability of the measured values was large. OER was not dependent on CMRO2, but highly negatively correlated with CBF. CBV correlated positively with CBF. When considering the values of all the regions of interest within a single subject, a strict coupling between CMRO2 and CBF, and between CBF and CBV was found, while OER was constant and independent of CBF and CMRO2. In 'pure' grey and white matter regions CMRO2, CBF and CBV decreased with age approximately 0.50% per year. In other regions the decline was less evident, most likely due to partial volume effects. OER did not change or showed a slight increase with age (maximum in the grey matter region 0.35%/yr). The results suggest diminished neuronal firing or decreased dendritic synaptic density with age.

In order to localize cerebral cognitive or sensorimotor function, activation paradigms are being used in conjunction with PET measures of cerebral activity (e.g., rCBF). The changes in local cerebral activity have two components: a global, region independent change and a local or regional change. As the first step in localizing the regional effects of an activation, global variance must be removed by a normalization procedure. A simple normalization procedure is division of regional values by the whole brain mean. This requires the dependence of local activity on global activity to be one of simple proportionality. This is shown not to be the case. Furthermore, a systematic deviation from a proportional relationship across brain regions is demonstrated. Consequently, any normalization must be approached on a pixel-by-pixel basis by measuring the change in local activity and change in global activity. The changes associated with an activation can be partitioned into global and local effects according to two models: one assumes that the increase in local activity depends on global values and the other assumes independence. It is shown that the increase in activity due to a cognitive activation is independent of global activity. This independence of the (activation) condition effect and the confounding linear effect of global activity on observed local activity meet the requirements for an analysis of covariance, with the “nuisance” variable as global activity and the activation condition as the categorical independent variable. These conclusions are based on analysis of data from 24 scans: six conditions over four normal subjects using a verbal fluency paradigm. A technique is described based on ANCOVA and using statistical parametric mapping to localize foci in the brain that have been significantly perturbed by the cognitive tasks. This technique represents a fundamental and necessary departure from ROI-based approaches allowing the separation of global and local effects pixel by pixel, and provides an image of affected regions whose significance can be quantified. The specificity and sensitivity of the described method of change detection is assessed.

Schizophrenia is a brain disease involving progressive loss of gray matter of unknown cause. Most likely, this loss reflects neuronal damage, which should, in turn, be accompanied by microglia activation. Microglia activation can be quantified in vivo using (R)-[(11)C]PK11195 and positron emission tomography (PET). The purpose of this study was to investigate whether microglia activation occurs in patients with recent-onset schizophrenia.Ten patients with recent-onset schizophrenia and 10 age-matched healthy control subjects were included. A fully quantitative (R)-[(11)C]PK11195 PET scan was performed on all subjects, including arterial sampling to generate a metabolite-corrected input curve.Compared with control subjects, binding potential of (R)-[(11)C]PK11195 in total gray matter was increased in patients with schizophrenia. There were no differences in other PET parameters.Activated microglia are present in schizophrenia patients within the first 5 years of disease onset. This suggests that, in this period, neuronal injury is present and that neuronal damage may be involved in the loss of gray matter associated with this disease. Microglia may form a novel target for neuroprotective therapies in schizophrenia.

PURPOSE: Variable uptake of the glucose analog 18fluorodeoxyglucose (FDG) has been noticed in positron emission tomography (PET) studies of breast cancer patients, with low uptake occurring especially in lobular cancer. At present, no satisfactory biologic explanation exists for this phenomenon. This study compared 18FDG uptake in vivo with biomarkers expected to be involved in the underlying biologic mechanisms. PATIENTS AND METHODS: Preoperative 18FDG-PET scans were performed in 55 patients. 18FDG activity was assessed visually by three observers using a four-point score. Tumor sections were stained by immunohistochemistry for glucose transporter-1 (Glut-1); Hexokinase (HK) I, II, and III; macrophages; hypoxia-inducible factor-1-alfa (HIF-1α); vascular endothelial growth factor (VEGF165); and microvessels. Mitotic activity index (MAI), amount of necrosis, number of lymphocytes, and tumor cells/volume were assessed. RESULTS: There were positive correlations between 18FDG uptake and Glut-1 expression (P < .001), MAI (P = .001), amount of necrosis (P = .010), number of tumor cells/volume (P = .009), expression of HK I (P = .019), number of lymphocytes (P = .032), and microvessel density (r = .373; P = .005). HIF-1α, VEGF165, HK II, HK III, and macrophages showed no univariate correlation with 18FDG. In logistic regression, however, HIF-1α and HK II added value to MAI and Glut-1. CONCLUSION: 18FDG uptake in breast cancer is a function of microvasculature for delivering nutrients, Glut-1 for transportation of 18FDG into the cell, HK for entering 18FDG into glycolysis, number of tumor cells/volume, proliferation rate (also reflected in necrosis), number of lymphocytes (not macrophages), and HIF-1α for upregulating Glut-1. Together, these features explain why breast cancers vary in 18FDG uptake and elucidate the low uptake in lobular breast cancer.

Five different methods for the estimation of the binding potential, a measure of B max /K d , of [ 11 C]raclopride in human striatum were compared using data from a dose ranging study of the neuroleptic CP-88,059-01. Binding potential was estimated indirectly, from distribution volumes in striatum and cerebellum, using both single- and two-tissue compartment models with a metabolite-corrected plasma curve as input function. The two-tissue compartment model was also used for a direct estimate of the binding potential. In addition, a direct estimate was obtained from the reference tissue compartment model using the cerebellum as indirect input function. Finally, an estimate of binding potential was calculated from the ratio of striatum over cerebellum counts at late times after injection. The estimates of striatum binding potential from all methods, except the direct determination using a two-tissue compartment model with metabolite-corrected plasma input function, correlated with each other. Use of an average metabolite correction resulted in only a small reduction in accuracy in this series of normal subjects. The reference tissue model provided estimates of the binding potential with the same sensitivity for detecting changes as those methods that required a metabolite-corrected plasma input function. This indicates that for routine analysis of clinical [ 11 C]raclopride studies, no arterial cannulation is required. The range of normal values was significantly less variable with the reference tissue method than when simple striatum-to-cerebellum ratios were used.