使用NEMA人体模型评估投影数量对SPECT/CT图像质量的影响

《Journal of Medical Imaging and Radiation Sciences》：Impact of projection quantity on SPECT/CT image quality assessed with a NEMA body phantom

　　

乌尔什卡·莱迪内克（Ur?ka Ledinek）|梅利塔·库库利亚恩（Melita Kukuljan）|卢卡·莱扎伊奇（Luka Le?ai?）|雷普·塞巴斯蒂安（Rep Sebastijan）

斯洛文尼亚卢布尔雅那肿瘤研究所放射科

摘要

引言

单光子发射计算机断层扫描（SPECT）结合CT技术形成的SPECT/CT系统，能够实现对体内发射伽马射线的放射性药物的断层成像。在采集过程中，系统以均匀间隔记录角度投影数据，以确保获得完整且准确的重建数据集。本研究的目的是利用NEMA人体模型，评估角度投影数量对SPECT/CT图像质量的影响。

方法

使用西门子Symbia T2 SPECT/CT系统，对包含六个不同大小球体的NEMA人体模型进行了32和64角度投影的扫描，这些球体的球体与背景的活性比分别为2:1至9:1。图像重建采用了OSEM和Flash 3D算法。定量分析包括图像对比度和对比度噪声比（CNR），球体可检测性由三位独立评审员进行视觉评估。统计显著性通过Mann–Whitney U检验进行评估，观察者间一致性则通过kappa系数衡量。

结果

对Flash 3D重建结果的视觉评估显示，32和64角度投影采集在球体可检测性方面没有差异，两种方法均能识别出所有34个球体。在OSEM重建中，64角度投影识别出33个球体，32角度投影识别出32个球体（κ = 0.97）。对比度分析未发现统计学上的显著差异（OSEM: p = 0.51；Flash 3D: p = 0.61）。然而，64角度投影方案的CNR值显著更高（OSEM: p = 0.04；Flash 3D: p = 0.02）。

结论

使用32角度投影的SPECT采集，尤其是结合迭代重建和衰减校正后，其图像质量可与标准的64角度投影方案相媲美。较短的采集时间有助于减少运动伪影，提高临床工作流程效率。

通俗语言总结

SPECT扫描是一种显示体内物质运动的成像技术，其图像质量取决于扫描方式。本研究通过测试模型比较了使用较少和较多角度进行的扫描效果。研究发现，使用较少角度也能获得相似的图像质量，尽管更多角度能略微提高图像清晰度。这一点很重要，因为较短的扫描时间可以减少患者移动，节省时间，并在保持结果可靠性的同时提高患者舒适度。

引言

单光子发射计算机断层扫描（SPECT）是一种核医学成像技术，通过旋转拍摄伽马射线数据，实现对体内放射性药物空间分布的三维（3D）可视化。SPECT探测器通常围绕患者旋转180°或360°，获取大量投影数据。每个投影代表从特定角度获得的2D活性图像，并作为原始投影数据（正弦图）存储[[1], [2], [3], [4], [5]]。通过数学算法从这些投影生成3D图像。传统的滤波反投影（FBP）方法需要更多投影来减少伪影，而现代SPECT成像中采用的迭代重建（IR）技术由于先进的噪声建模和系统物理特性，允许使用更少的投影数量，从而缩短采集时间同时保持图像质量[[6], [7], [8]]。

SPECT与计算机断层扫描（CT）的结合在SPECT/CT系统中实现了功能（SPECT）和解剖（CT）数据的同时采集，使用单一设备即可完成[[9]]。SPECT/CT代表了重大的技术进步，因为它结合了两种技术的优势，同时克服了各自的局限性[[10]]。CT数据还用于SPECT图像的衰减校正。由于CT的空间分辨率高于SPECT，通常会调整CT图像的分辨率以匹配SPECT图像，以实现最佳衰减校正。SPECT/CT数据的处理采用Flash 3D重建算法，该算法包含衰减校正功能[[11,12]]。

大多数核医学指南推荐使用64角度投影进行SPECT采集[[13], [14], [15], [16]]。64角度投影的采集时间较长，重建所需的数据量也较大，这可能限制临床工作流程。较长的采集时间还会增加对运动伪影的敏感性，从而降低诊断准确性[[6,17]]。

本研究的目的是评估角度投影数量对SPECT图像质量的影响，以优化我们部门的SPECT方案。作为初步尝试，我们将标准64角度投影方案与32角度投影的简化方案进行了比较。文献回顾显示，直接比较不同角度投影数量对图像质量影响的对比研究较少。

鉴于放射性药物在病理过程中的积累浓度不同，从而模拟不同患者的药物摄取情况，我们使用了美国国家电气制造商协会（NEMA）的人体模型，该模型中的球体含有不同活性比的放射性药物（2:1至9:1）。不同的活性比代表患者不同的药物摄取水平，而NEMA人体模型中不同大小的球体则代表不同大小的病变。通过这种方式，我们旨在评估SPECT成像中减少角度投影数量是否会导致低药物摄取球体的检测能力下降。在所有SPECT检查中，我们定量比较了测量参数，即图像对比度和对比度噪声比（CNR）。

由于临床实践中大部分SPECT图像仍通过视觉评估，我们还对不同背景-球体活性比下的所有重建图像进行了视觉分析。我们使用OSEM和Flash 3D IR算法重建的图像，评估了NEMA人体模型中可见球体的数量。

章节摘录

方法

由于本研究仅使用人体模型，因此无需伦理委员会批准。

结果

图1展示了使用32和64角度投影采集并通过OSEM和Flash 3D IR算法重建的NEMA人体模型图像。在视觉评估中，发现32和64角度投影重建的图像在球体可见性方面没有差异。两种采集方式均能识别出34个球体。球体越小，其可见性越低。

讨论

本研究的目的是评估使用32和64角度投影进行SPECT成像，并通过OSEM和Flash 3D IR算法重建的结果之间的潜在差异。大多数临床指南建议常规使用64角度投影进行SPECT成像[[13], [14], [15], [16]]。临床建议中提到，32角度投影的SPECT成像是一种替代方案，而非标准方法。核医学与分子成像学会（SNMMI）也提出了类似观点

结论

使用32角度投影的SPECT成像，特别是结合衰减校正的IR方法时，其图像质量和定量评估结果可与标准64角度投影方案相媲美。同时，较短的采集时间有助于减少运动伪影，可能降低重复扫描的需求，从而改善临床工作流程。