螺旋采集改善SPECT定量準確性及圖像質(zhì)量:體模研究

宋國慶,馬成皓,楊雙臣,楊 鑫,張新超,田叢娜,胡玉敬,秦亞楠,魏 強,邊艷珠*

(1.河北省人民醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科,河北 石家莊 050051;2.河北省腦網(wǎng)絡(luò)與認知障礙疾病重點實驗室,河北 石家莊 050051;3.石家莊市人民醫(yī)院影像科,河北 石家莊 050011)

SPECT/CT圖像質(zhì)量和定量準確性受采集、重建及校正方法影響[1]。根據(jù)美國核醫(yī)學(xué)和分子成像學(xué)會(Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging,SNMMI)SPECT斷層顯像程序標準4.0[2],采用常規(guī)步進采集模式行SPECT掃描的參數(shù)宜為3°～6°/幀、10～40秒/幀,總檢查時間較長,導(dǎo)致患者舒適性和配合度下降;如何在保證圖像質(zhì)量的同時縮短SPECT掃描時間是重要臨床課題。螺旋采集(GE SwiftScan技術(shù))是全新SPECT采集模式,探頭在靜止及旋轉(zhuǎn)移動時均可連續(xù)采集數(shù)據(jù)[3-5],故能有效增加信息量(圖1);但在相同掃描時間下,螺旋采集的放射性計數(shù)高于步進采集[6-7]。本研究觀察利用螺旋采集改善SPECT定量準確性及圖像質(zhì)量的價值。

圖1 SPECT掃描示意圖 A.螺旋采集,若步進角為6°,則將0°～3°(不包括3°)數(shù)據(jù)添加到前個投影視圖中,將3°(包括3°)～6°數(shù)據(jù)添加到后個投影視圖中; B.常規(guī)步進采集

1 材料與方法

圖2 CT圖示體模腔內(nèi)球體

1.2 儀器與方法 采用配備低能高分辨靈敏度準直器的GE Discovery NM/CT 860掃描儀于同次灌模下對體膜進行掃描。CT參數(shù):螺旋采集,旋轉(zhuǎn)時間0.6 s,管電壓120 kV,管電流120 mA,層厚5 mm,螺距1.35∶1,矩陣512×512;SPECT參數(shù):分別以5、10及15秒/幀進行3次掃描,主能窗140 keV±10%,散射能窗120 keV±5%,矩陣128×128,放大倍數(shù)1.0,6°/幀,在以螺旋模式采集的同時獲得常規(guī)步進模式圖像。采用GE Q.VMI軟件以有序子集最大期望值法(ordered subsets expectation maximization,OSEM)重建SPECT斷層圖像,經(jīng)4次迭代獲得10個子集,并行CT衰減校正、散射校正和靈敏度恢復(fù)校正。

1.3 圖像分析 由1名醫(yī)師和1名技師采用雙盲法閱片進行主觀評分,根據(jù)所能分辨出的小球數(shù)目評價圖像顯示球體得分(1～6分),根據(jù)噪聲粗糙-細膩程度進行本底噪聲評分(1～4分),以二者之和為圖像質(zhì)量主觀得分;以醫(yī)師與技師總分的平均值為最終結(jié)果。由該技師采用球形工具于CT圖中沿球體內(nèi)壁勾畫與球體直徑一致的靶區(qū),并使其體積與球體實際體積誤

差小于10%;軟件自動測量靶區(qū)平均攝取值[記為activity SPECT(ASPECT)]、平均放射性計數(shù)[記為counts sphere(Csphere)];于球體旁本底區(qū)復(fù)制相同體積ROI,軟件自動得出本底平均放射性計數(shù)[記為counts normal(Cnormal)]及標準差[記為counts standard deviation(CSD)];計算本底變異系數(shù)(coefficient of variation,CV)、對比度噪聲比(contrast-to-noise ratio,CNR)和測量定量誤差百分比(Error%):

100%

其中,ATrue是球體實際活度值,為640 kBq/ml。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計量數(shù)據(jù),采用配對t檢驗進行比較。以組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient,ICC)檢驗一致性,ICC>0.75為一致性好。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 主觀評分 觀察者間顯示球體得分、本底噪聲評分和圖像質(zhì)量評分的一致性均好(ICC=1.000、0.898、0.969)。隨采集時間增加,SPECT圖像顯示體模球體質(zhì)量逐漸提高。相同采集時間下,螺旋采集圖像顯示球體更清晰、本底噪聲更均勻,即圖像質(zhì)量更佳(圖3)。各采集時間下,螺旋采集圖像質(zhì)量評分均高于常規(guī)步進采集,以5秒/幀時二者差值最大,此時螺旋采集圖像質(zhì)量平均分與10秒/幀下常規(guī)步進采集圖像相當(dāng)(表1)。

表1 體模球體SPECT圖像主觀評分

圖3 IEC體模球體中心水平SPECT橫斷面圖像

2.2 客觀參數(shù)

2.2.1 CV 隨采集時間增加,SPECT圖像顯示體模球體的CV逐漸下降。各采集時間下,螺旋采集的CV均低于常規(guī)步進采集(P均<0.05)。見圖4。

圖4 IEC體模球體中心水平SPECT橫斷面圖像CV柱形圖

2.2.2 CNR 隨采集時間增加,SPECT圖像顯示體模球體的CNR逐漸增高。各采集時間下,螺旋采集的CNR均大于常規(guī)步進采集(P均<0.01)。見圖5。

圖5 IEC體模球體中心水平SPECT橫斷面圖像CNR柱狀圖

2.2.3 Csphere隨采集時間增加,SPECT圖像顯示體模球體的Csphere逐漸增高。各采集時間下,螺旋采集的Csphere均大于常規(guī)步進采集(P均<0.05)。見圖6。

圖6 IEC體模球體中心水平SPECT橫斷面圖像Csphere柱狀圖

2.2.4 Error% 隨體模球體直徑增大,SPECT掃描的Error%逐漸下降。直徑10 mm及13 mm球體因部分容積效應(yīng)而Error%過大,故予以剔除。5秒/幀及10秒/幀下,螺旋采集的Error%均小于常規(guī)步進采集(P均<0.05);15秒/幀下二者差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。見表2。

表2 不同直徑球體在不同采集時間、不同采集方式下的SPECT Error%比較

3 討論

本研究主觀評分結(jié)果顯示,隨采集時間增加,體模球體SPECT圖像質(zhì)量逐漸提高,與既往研究[8-9]類似,這是由于采集時間越長,圖像信息量越大,故質(zhì)量越佳;5秒/幀下螺旋采集圖像的質(zhì)量評分平均分與10秒/幀下常規(guī)步進采集圖像相當(dāng),提示螺旋模式有助于在保證圖像質(zhì)量的前提下縮短采集時間。

既往針對骨骼模型的研究[8]結(jié)果顯示,長時間(>17 min)采集時,螺旋采集與常規(guī)步進采集SPECT圖像質(zhì)量相當(dāng),而短時采集則以螺旋采集更優(yōu)。本研究發(fā)現(xiàn),螺旋采集SPECT圖像的CV、CNR、Csphere均優(yōu)于常規(guī)步進采集,二者在5 秒/幀時差異更為明顯;分析原因,螺旋采集可將探測器旋轉(zhuǎn)時間計數(shù)(約4 s/rot,共120 s)添加到常規(guī)步進采集中,使5秒/幀、10秒/幀及15秒/幀下常規(guī)步進采集時間均有所增加(5秒/幀+120 s、10秒/幀+120 s、15秒/幀+120 s),且以5秒/幀增加幅度更大;因此,短時間采集時,螺旋模式明顯優(yōu)于常規(guī)步進采集;而長時間采集時,螺旋采集的優(yōu)勢可能并不明顯。

SHIIBA等[8]報道,任何采集時間下,螺旋采集與常規(guī)步進采集所獲SPECT定量值均無明顯差異。本研究發(fā)現(xiàn)5秒/幀及10秒/幀下,螺旋采集的Error%均小于常規(guī)步進采集,而15秒/幀下二者差異無統(tǒng)計學(xué)意義(直徑10 mm及13 mm球體除外);結(jié)果出現(xiàn)差異的原因可能在于影響定量值的因素較多,如勾畫感興趣容積(volume of interest,VOI)方式[10-11]及重建參數(shù)等[12-13]。勾畫ROI方法包括基于CT圖像勾畫法和閾值法;本研究采用前者,勾畫標準較統(tǒng)一,誤差較小;而閾值法是相對閾值的自動勾畫方法,易受放射性攝取、靶本比及球體大小影響[11]。將螺旋采集模式與探索最佳勾畫VOI方式及重建參數(shù)相結(jié)合,或有助于進一步縮短采集時間和/或提高圖像質(zhì)量。此外,本研究發(fā)現(xiàn),隨體模球體直徑增大,SPECT采集Error%逐漸下降,可能與部分容積效應(yīng)導(dǎo)致噪聲較高、邊緣偽影較多有關(guān)。

綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn),相同采集時間、尤其較短掃采集時間下,針對NEMA體模以螺旋采集所獲SPECT的定量準確性及圖像質(zhì)量優(yōu)于常規(guī)步進采集。

利益沖突:全體作者聲明無利益沖突。

作者貢獻:宋國慶研究設(shè)計、撰寫和修改文章;馬成皓數(shù)據(jù)分析;楊雙臣統(tǒng)計分析;楊鑫、秦亞楠圖像處理;張新超研究設(shè)計;田叢娜研究實施;胡玉敬查閱文獻;魏強指導(dǎo);邊艷珠審閱文章。