Alcohol use disorders (AUDs) are associated with significant disease burden worldwide, yet their etiology is still unclear. Previous research has linked AUDs with the dopaminergic neurotransmitter system. Specifically, striatal dopamine D2/3 receptor availability has been shown to be lower in alcohol-dependent subjects compared to controls. Recent imaging studies utilizing the PET-tracer [18F]fallypride were unable to consistently show this relationship. One reason for this inconsistency may be the use of suboptimal methods for the automated image analysis and thus a lack of sensitivity for between-group differences. This study had both methodological and clinical goals. It aimed to optimize three steps in the automated image analysis process and to afterwards assess the relationship between D2/3 receptor availability and AUDs. Twenty detoxified alcohol-dependent patients were compared with 19 control subjects with low-risk alcohol consumption and 19 control subjects with high-risk alcohol consumption. All subjects underwent [18F]fallypride-PET and MRI imaging. Quality parameters were compared between two different ROI identification methods, three different reference tissues and four different reference tissue models. Based on these analyses, a combination of methods was used to assess dopamine D2/3 receptor availability in the three groups. The comparison of ROI identification methods showed significantly better anatomical fits using an automatic segmentation tool (FSL FIRST) compared with an atlas-based approach. The analysis of reference tissues showed an overall superiority of the superior longitudinal fasciculus (SLF) compared with both the cerebellum and a complete white matter probability mask. The SLF showed lower overall tracer uptake and lower heterogeneity of tracer uptake than the cerebellum. Compared to the cerebellum, the SLF also showed lower coefficients of variance in D2/3 receptor availability estimates. Using a complete white matter probability map as reference tissue was shown to be inferior in several quality parameters. The comparison of reference tissue models showed no significant differences between two variants of the simplified reference tissue model (SRTM) and two variants of the model proposed by Logan et al. Using the optimized analysis process, significantly lower D2/3 receptor availability was found in detoxified alcohol-dependent patients compared to control subjects with low-risk alcohol consumption in both the putamen and thalamus. No significant difference was found between low-risk and high-risk control subjects. Lastly, it was found that the choice of methodology had a significant impact on the clinical research question - while some combinations of methodology showed a significant between-group difference, other combinations showed no such difference.
Alkoholgebrauchsstörungen sind weltweit mit einer erheblichen Krankheitslast verbunden, ihre Ätiologie ist jedoch weiterhin unklar. Vorangegangene Untersuchungen haben Alkoholgebrauchsstörungen mit dem dopaminergen Neurotransmittersystem in Verbindung gebracht. Insbesondere wurde gezeigt, dass die Verfügbarkeit der striatalen Dopamin-D2/3-Rezeptoren bei alkoholabhängigen Personen im Vergleich zu Kontrollpersonen geringer ist. Diesen Zusammenhang konnten neuere Studien mit dem PET-Tracer [18F]fallypride nicht zuverlässig reproduzieren. Ein Grund hierfür könnte die Verwendung von suboptimalen Methoden für die automatisierte Bildanalyse und eine damit einhergehende mangelnde Sensitivität für Gruppenunterschiede sein. In diesem Kontext verfolgte die vorliegende Studie sowohl methodische als auch klinische Fragestellungen. Sie zielte darauf ab, drei Schritte im automatisierten Bildanalyse-Prozess zu optimieren und anschließend die Beziehung zwischen D2/3-Rezeptor-Verfügbarkeit und Alkoholgebrauchsstörungen zu ermitteln. Zwanzig alkoholabhängige Patienten nach Entzug wurden mit 19 Kontrollpersonen mit risikoarmem Alkoholkonsum und 19 Kontrollpersonen mit risikoreichem Alkoholkonsum verglichen. Alle Probanden wurden mittels [18F]fallypride-PET und MRT untersucht. Qualitätsparameter wurden zwischen zwei verschiedenen ROI-Identifikationsmethoden, drei verschiedenen Referenzgeweben und vier verschiedenen Referenzgewebemodellen verglichen. Basierend auf diesen Analysen wurde eine optimierte Kombination von Methoden verwendet, um die Verfügbarkeit von Dopamin-D2/3-Rezeptoren in den drei Gruppen zu beurteilen. Der Vergleich der ROI- Identifikationsmethoden zeigte signifikant bessere anatomische Übereinstimmungen, wenn ein automatisches Segmentierungstool (FSL FIRST) statt eines atlasbasierten Ansatzes verwendet wird. Die Analyse der Referenzgewebe zeigte insgesamt eine Überlegenheit des superioren longitudinalen Faszikulus (SLF) im Vergleich sowohl zum Kleinhirn als auch zu einer Wahrscheinlichkeitsmaske für weiße Substanz. Der SLF zeigte im Vergleich zum Kleinhirn eine geringere Heterogenität der Traceraufnahme sowie eine insgesamt geringere Traceraufnahme. Im Vergleich zum Kleinhirn zeigte der SLF auch geringere Varianzkoeffizienten in den D2/3-Rezeptor-Verfügbarkeitsschätzungen. Dem gegenüber erwies sich die Verwendung einer Wahrscheinlichkeitsmaske für weiße Substanz als Referenzgewebe in mehreren Qualitätsparametern als unterlegen. Der Vergleich von Referenzgewebemodellen zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen zwei Varianten des vereinfachten Referenzgewebemodells und zwei Varianten des von Logan et al. vorgeschlagenen Modells. Unter Verwendung des optimierten Bildanalyse-Prozesses wurde eine signifikant niedrigere Verfügbarkeit von D2/3-Rezeptoren bei alkoholabhängigen Patienten nach Entzug im Vergleich zu Kontrollprobanden mit risikoarmem Alkoholkonsum sowohl im Putamen als auch im Thalamus gefunden. Zwischen den Probanden mit risikoarmem Alkoholkonsum und risikoreichem Alkoholkonsum wurde jedoch kein signifikanter Unterschied in der Rezeptorverfügbarkeit festgestellt. In einer letzten Analyse wurde festgestellt, dass die Wahl der Methodik einen signifikanten Einfluss auf die klinische Forschungsfrage hatte: während einige Kombinationen der Methodik einen signifikanten Unterschied zwischen alkoholabhängigen Patienten nach Entzug und Kontrollprobanden zeigten, fand sich bei anderen Kombinationen kein solcher Unterschied.
