螺旋采集改善SPECT定量准确性及图像质量:体模研究

宋国庆,马成皓,杨双臣,杨 鑫,张新超,田丛娜,胡玉敬,秦亚楠,魏 强,边艳珠*

(1.河北省人民医院核医学科,河北 石家庄 050051;2.河北省脑网络与认知障碍疾病重点实验室,河北 石家庄 050051;3.石家庄市人民医院影像科,河北 石家庄 050011)

SPECT/CT图像质量和定量准确性受采集、重建及校正方法影响[1]。根据美国核医学和分子成像学会(Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging,SNMMI)SPECT断层显像程序标准4.0[2],采用常规步进采集模式行SPECT扫描的参数宜为3°～6°/帧、10～40秒/帧,总检查时间较长,导致患者舒适性和配合度下降;如何在保证图像质量的同时缩短SPECT扫描时间是重要临床课题。螺旋采集(GE SwiftScan技术)是全新SPECT采集模式,探头在静止及旋转移动时均可连续采集数据[3-5],故能有效增加信息量(图1);但在相同扫描时间下,螺旋采集的放射性计数高于步进采集[6-7]。本研究观察利用螺旋采集改善SPECT定量准确性及图像质量的价值。

图1 SPECT扫描示意图 A.螺旋采集,若步进角为6°,则将0°～3°(不包括3°)数据添加到前个投影视图中,将3°(包括3°)～6°数据添加到后个投影视图中; B.常规步进采集

1 材料与方法

图2 CT图示体模腔内球体

1.2 仪器与方法 采用配备低能高分辨灵敏度准直器的GE Discovery NM/CT 860扫描仪于同次灌模下对体膜进行扫描。CT参数:螺旋采集,旋转时间0.6 s,管电压120 kV,管电流120 mA,层厚5 mm,螺距1.35∶1,矩阵512×512;SPECT参数:分别以5、10及15秒/帧进行3次扫描,主能窗140 keV±10%,散射能窗120 keV±5%,矩阵128×128,放大倍数1.0,6°/帧,在以螺旋模式采集的同时获得常规步进模式图像。采用GE Q.VMI软件以有序子集最大期望值法(ordered subsets expectation maximization,OSEM)重建SPECT断层图像,经4次迭代获得10个子集,并行CT衰减校正、散射校正和灵敏度恢复校正。

1.3 图像分析 由1名医师和1名技师采用双盲法阅片进行主观评分,根据所能分辨出的小球数目评价图像显示球体得分(1～6分),根据噪声粗糙-细腻程度进行本底噪声评分(1～4分),以二者之和为图像质量主观得分;以医师与技师总分的平均值为最终结果。由该技师采用球形工具于CT图中沿球体内壁勾画与球体直径一致的靶区,并使其体积与球体实际体积误

差小于10%;软件自动测量靶区平均摄取值[记为activity SPECT(ASPECT)]、平均放射性计数[记为counts sphere(Csphere)];于球体旁本底区复制相同体积ROI,软件自动得出本底平均放射性计数[记为counts normal(Cnormal)]及标准差[记为counts standard deviation(CSD)];计算本底变异系数(coefficient of variation,CV)、对比度噪声比(contrast-to-noise ratio,CNR)和测量定量误差百分比(Error%):

100%

其中,ATrue是球体实际活度值,为640 kBq/ml。

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量数据,采用配对t检验进行比较。以组内相关系数(intra-class correlation coefficient,ICC)检验一致性,ICC>0.75为一致性好。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 主观评分 观察者间显示球体得分、本底噪声评分和图像质量评分的一致性均好(ICC=1.000、0.898、0.969)。随采集时间增加,SPECT图像显示体模球体质量逐渐提高。相同采集时间下,螺旋采集图像显示球体更清晰、本底噪声更均匀,即图像质量更佳(图3)。各采集时间下,螺旋采集图像质量评分均高于常规步进采集,以5秒/帧时二者差值最大,此时螺旋采集图像质量平均分与10秒/帧下常规步进采集图像相当(表1)。

表1 体模球体SPECT图像主观评分

图3 IEC体模球体中心水平SPECT横断面图像

2.2 客观参数

2.2.1 CV 随采集时间增加,SPECT图像显示体模球体的CV逐渐下降。各采集时间下,螺旋采集的CV均低于常规步进采集(P均<0.05)。见图4。

图4 IEC体模球体中心水平SPECT横断面图像CV柱形图

2.2.2 CNR 随采集时间增加,SPECT图像显示体模球体的CNR逐渐增高。各采集时间下,螺旋采集的CNR均大于常规步进采集(P均<0.01)。见图5。

图5 IEC体模球体中心水平SPECT横断面图像CNR柱状图

2.2.3 Csphere随采集时间增加,SPECT图像显示体模球体的Csphere逐渐增高。各采集时间下,螺旋采集的Csphere均大于常规步进采集(P均<0.05)。见图6。

图6 IEC体模球体中心水平SPECT横断面图像Csphere柱状图

2.2.4 Error% 随体模球体直径增大,SPECT扫描的Error%逐渐下降。直径10 mm及13 mm球体因部分容积效应而Error%过大,故予以剔除。5秒/帧及10秒/帧下,螺旋采集的Error%均小于常规步进采集(P均<0.05);15秒/帧下二者差异无统计学意义(P均>0.05)。见表2。

表2 不同直径球体在不同采集时间、不同采集方式下的SPECT Error%比较

3 讨论

本研究主观评分结果显示,随采集时间增加,体模球体SPECT图像质量逐渐提高,与既往研究[8-9]类似,这是由于采集时间越长,图像信息量越大,故质量越佳;5秒/帧下螺旋采集图像的质量评分平均分与10秒/帧下常规步进采集图像相当,提示螺旋模式有助于在保证图像质量的前提下缩短采集时间。

既往针对骨骼模型的研究[8]结果显示,长时间(>17 min)采集时,螺旋采集与常规步进采集SPECT图像质量相当,而短时采集则以螺旋采集更优。本研究发现,螺旋采集SPECT图像的CV、CNR、Csphere均优于常规步进采集,二者在5 秒/帧时差异更为明显;分析原因,螺旋采集可将探测器旋转时间计数(约4 s/rot,共120 s)添加到常规步进采集中,使5秒/帧、10秒/帧及15秒/帧下常规步进采集时间均有所增加(5秒/帧+120 s、10秒/帧+120 s、15秒/帧+120 s),且以5秒/帧增加幅度更大;因此,短时间采集时,螺旋模式明显优于常规步进采集;而长时间采集时,螺旋采集的优势可能并不明显。

SHIIBA等[8]报道,任何采集时间下,螺旋采集与常规步进采集所获SPECT定量值均无明显差异。本研究发现5秒/帧及10秒/帧下,螺旋采集的Error%均小于常规步进采集,而15秒/帧下二者差异无统计学意义(直径10 mm及13 mm球体除外);结果出现差异的原因可能在于影响定量值的因素较多,如勾画感兴趣容积(volume of interest,VOI)方式[10-11]及重建参数等[12-13]。勾画ROI方法包括基于CT图像勾画法和阈值法;本研究采用前者,勾画标准较统一,误差较小;而阈值法是相对阈值的自动勾画方法,易受放射性摄取、靶本比及球体大小影响[11]。将螺旋采集模式与探索最佳勾画VOI方式及重建参数相结合,或有助于进一步缩短采集时间和/或提高图像质量。此外,本研究发现,随体模球体直径增大,SPECT采集Error%逐渐下降,可能与部分容积效应导致噪声较高、边缘伪影较多有关。

综上所述,本研究发现,相同采集时间、尤其较短扫采集时间下,针对NEMA体模以螺旋采集所获SPECT的定量准确性及图像质量优于常规步进采集。

利益冲突:全体作者声明无利益冲突。

作者贡献:宋国庆研究设计、撰写和修改文章;马成皓数据分析;杨双臣统计分析;杨鑫、秦亚楠图像处理;张新超研究设计;田丛娜研究实施;胡玉敬查阅文献;魏强指导;边艳珠审阅文章。