Úprava rekonstrukčních parametrů IQ-SPECT studie k zachování kontinuity výsledků hodnocení funkčních parametrů levé komory srdeční

Úvod:
IQ-SPECT je jedním z moderních systémů představujících pokrok ve vyšetřování myokardiální perfuze. Zjistili jsme však, že může přinášet významné rozdíly v získaných perfuzních ale i funkčních parametrech levé srdeční komory ve srovnání s konvenčním tomografickým systémem. Hledali jsme optimalizaci rekonstrukce IQ-SPECT, abychom dosáhli co nejmenších rozdílů funkčních parametrů levé komory mezi oběma systémy.

Metodika:
U 42 pacientů (27 mužů, 15 žen, průměrný věk 62,3 ± 9,2 let) byla vyšetřena klidová myokardiální perfuze na systému IQ-SPECT a současně na konvenčním tomografickém systému metodou gated-SPECT. Data ze studie IQ-SPECT byla rekonstruována iterativní Flash-3D rekonstrukcí, následně filtrována s různými nastaveními Butterworth filtru. Hodnoty ejekční frakce levé komory (EFLK), end-diastolického a end-systolického objemu levé komory (EDV, ESV) ze systému konvenčního byly porovnávány s těmi ze systému IQ-SPECT v rámci iniciálního nastavení i všech provedených filtrací.

Výsledky:
Pro iniciální nastavení rekonstrukce IQ-SPECT byly hodnoty EFLK na konvenčním systému systematicky vyšší, EDV systematicky nižší a ESV vykazoval proporcionálně výraznější odchylky především u vyšších hodnot. Nejmenší absolutní rozdíly u EFLK byly pozorovány při nastavení Butterworth filtru s mezní frekvencí 0,32 cykl/cm a řádem 1. V rámci všech tří sledovaných parametrů (EFLK, EDV, ESV) nebyla prokázána statisticky významná systematická ani proporcionální chyba při této optimalizované filtraci studie IQ-SPECT vůči metodě konvenční.

Závěr:
Při zavádění nové metody považujeme za důležité udržet kontinuitu výsledků, dle našeho zjištění je možné studie IQ-SPECT filtrovat tak, aby byly rozdíly mezi novou a již používanou metodou minimální a klinicky nevýznamné.

Klíčová slova:
IQ-SPECT, konvenční SPECT, zpracování obrazu, funkční parametry levé komory

Úvod

Vyšetření myokardiální perfuze (MPI) je dobře zavedenou metodou nukleární medicíny. Kombinace tomografického vyšetření s hradlováním pomocí elektrokardiogramu (EKG) přináší komplexní informaci o stavu perfuze, o viabilitě myokardu a umožňuje stanovit funkční parametry levé komory srdeční. Tyto ukazatele pak slouží nejen k samotné diagnostice ischemické choroby srdeční, ale umožňují určit prognózu a stratifikovat riziko u pacientů s již známým onemocněním koronárních tepen využitím semikvantitativních parametrů počítaných ve specializovaných aplikacích. ¹

Technologický pokrok v přístrojovém i programovém vybavení vede ke zkrácení akvizičního času, a co je neméně důležité, umožňuje i redukovat aplikovanou aktivitu a tím snižovat radiační zátěž pacientů. ^2,3 Jedním z těchto moderních systémů je řešení IQ-SPECT firmy Siemens, jedná se o upgrade konvenční Angerovy kamery speciálními dedikovanými kolimátory nazývanými SMARTZOOM a odpovídajícím akvizičním a rekonstrukčním softwarem.

Při porovnání semikvantitativních parametrů i ukazatelů popisujících funkci levé komory získaných ze systému IQ-SPECT a z konvenčního tomografického systému jsme zaznamenali signifikantní rozdíly, jak jsme již referovali v minulosti. ⁴ Ty se dotýkaly i funkčních parametrů, respektive ejekční frakce levé komory (EFLK) a korespondujícího end-diastolického (EDV) a end-systolického objemu (ESV).

Za zásadní považujeme zachování kontinuity výsledků reportovaných klinikům, proto jsme hledali optimalizaci rekonstrukčních parametrů studie IQ-SPECT tak, abychom získali hodnoty EFLK, EDV a ESV co nejvíce odpovídající výsledkům získaných na konvenčním tomografickém systému.

Metodika

Do studie bylo zařazeno 42 pacientů (27 mužů, 15 žen, průměrný věk 62,3 ± 9,2 let), u kterých byla vyšetřena myokardiální perfuze za klidových podmínek metodou gated-SPECT v rámci dvoudenního protokolu zátěž – klid. Pacienti byli nejdříve vyšetřeni na systému IQ-SPECT nainstalovaném na kameře Siemens Simbia S a následně na konvenční tomografické gamakameře Siemens e.cam dual. První akvizice klidové studie začala s odstupem 45 minut po aplikaci radiofarmaka ^99mTc-MIBI (methoxy-isobutyl-isonitril) nebo ^99mTc-Tetrofosmin o referenční aktivitě 400 MBq, která byla korigována dle hmotnosti pacienta podle doporučení uvedeného v národních radiologických standardech. ⁵

Akviziční parametry

Studie IQ-SPECT byla nahrávána na matici velikosti 128 x 128, se 17 projekcemi na detektor, každá po 20 s. Na konvenčním systému byla konfigurace detektorů 90 stupňů, matice 64 x 64, akviziční zoom 1,45, použit byl kolimátor LEHR (Low Energy High Resolution), se 32 projekcemi na detektor, každá po 20 s. V obou případech byl srdeční cyklus při hradlované studii rozdělen na 8 částí, korekce na rozptyl nebo CT atenuační korekce nebyla použita.

Rekonstrukce tomografických dat

Studie IQ-SPECT byla iniciálně zpracována trojdimenzionálním iterativním rekonstrukčním algoritmem Flash-3D, s parametry 15 iterací, 2 subsety, implementován byl Gaussův filtr s parametrem FWHM (full width at half maximum) 14 mm. Uvedené nastavení bylo doporučeno aplikačním technikem, získané hodnoty EFLK, EDV a ESV představují výchozí referenční výsledky systému IQ-SPECT.

Pro potřeby vlastní studie byla tomografická data rekonstruována iterativním algoritmem Flash-3D s nastavením 15 iterací a 2 subsety a uložena bez další filtrace do matice velikosti 64 x 64. Následně byla tato studie filtrována paletou nastavení Butterworth filtru, a to s nastaveními mezních frekvencí (cykl/cm) / řádů: 0,30/1 až 8, 0,32/1 až 8, 0,35/1 až 8, 0,37/1 až 8 a 0,40/1 až 8.

Tomografická data získaná konvenčním způsobem byla rekonstruována filtrovanou zpětnou projekcí, použit byl Butterworth filtr s nastavením mezní frekvence 0,35 a řádu 5. Všechna rekonstruovaná a filtrovaná data byla hodnocena v aplikaci Corridor4DM (INVIA, AnnArbor, Michigan,USA).

Statistická analýza

Získané hodnoty EDV, ESV, EFLK ze studií IQ-SPECT byly porovnávány vůči hodnotám z konvenčního systému. Byly spočítány průměrné a absolutní odchylky hodnot, provedena byla Bland-Altmanova analýza a Passing-Bablokova regrese. U EFLK jsme navíc hodnotili četnosti klinicky významných rozdílů mezi oběma systémy, za které jsme považovali hodnoty absolutní odchylky větší než 5 procentních bodů. Hodnoty P < 0,05 byly považovány za statisticky signifikantní. Pro zpracování byl použit software MedCalc pro Windows, verze 15.0 (MedCalc Software, Ostend, Belgium).

Výsledky

Pro iniciální nastavení rekonstrukce IQ-SPECT byly hodnoty EFLK na konvenčním systému systematicky vyšší, průměrně o 8,5 procentních bodů, 95% interval spolehlivosti při Bland-Altmanově analýze byl -4,2 až +21,1 procentních bodů (Graf 1a), přičemž absolutní rozdíl EFLK mezi metodami větší než 5 procentních bodů byl ve 29 případech (69 %, 95% interval spolehlivosti 53 % – 82 %). EDV byl na konvenčním systému systematicky nižší, v průměru o 13,9 ml, ESV vykazoval proporcionálně výraznější odchylky především u vyšších hodnot, kdy se objemy na konvenčním systému jevily nižší. (Tab. 1, Graf 1b, Graf 3a, Graf 4a)

V sérii nastavení filtrů v rámci studie jsme nejmenší absolutní odchylky u EFLK pozorovali při nastavení Butterworth filtru s mezní frekvencí 0,32 cykl/cm a řádem 1. Při tomto nastavení bylo dosaženo nejmenší průměrné absolutní odchylky (3,2 procentních bodů) a současně nejmenší směrodatné odchylky absolutních odchylek (2,0 procentní body). EFLK na konvenčním systému byla průměrně nižší o 0,3 procentních bodů, s 95% intervalem spolehlivosti -7,7 až +7,1 procentních bodů. (Graf 2a) Rozdíl hodnot EFLK ležel mimo interval ± 5 procentních bodů pouze ve 3 případech (7 %, 95% interval spolehlivosti 2 % – 19 %), což bylo nejméně z celé palety použitých nastavení filtrace. Objemy levé komory byly na konvenčním systému u EDV v průměru o 5,4 ml vyšší, pro ESV o 2,0 ml vyšší. V rámci všech tří sledovaných funkčních parametrů (EFLK, EDV, ESV) však nebyla prokázána statisticky významná systematická ani proporcionální chyba vybranou filtrací optimalizované studie IQ-SPECT vůči metodě konvenční. (Tab. 2, Graf 2b, Graf 3b, Graf 4b)

Diskuse

Technologický pokrok v systémech určených pro vyhodnocování myokardiální perfuze zvyšuje detekční citlivost, vylepšuje kvalitu scintintigrafických dat, což ve výsledku může snížit radiační zátěž pacienta a také redukovat potřebný akviziční čas. Ten je uváděn jako jedna z nevýhod scintigrafických vyšetření, především ve srovnání s dalšími metodami jako je echokardiografie nebo CT vyšetření srdce. ^3,6

Už sama iterativní rekonstrukce přináší vyšší výslednou kvalitu tomografických obrazů ve srovnání s filtrovanou zpětnou projekcí. Navíc použití techniky “resolution recovery” zvyšuje prostorové rozlišení a může ve výsledku vést i ke snížení šumu v obrazu. Systém IQ-SPECT začleňuje všechny tyto softwarové možnosti v kombinaci s novými dedikovanými astigmatickými multifokálními kolimátory, které mohou být nainstalovány na konvenční tomografickou kameru. Konkrétně u systému IQ-SPECT je možné přibližně čtyřnásobně redukovat aplikovanou aktivitu nebo asi 4x zkrátit dobu akvizice, či kombinovat obojí, při zachování dostatečného prostorového rozlišení.

Systém IQ-SPECT se tedy skládá ze tří hlavních částí, a to:

• a) z dedikovaných kolimátorů nazvaných “SMARTZOOM”, které jsou multifokální. V centru jsou konvergentní, dále k periferii se míra konvergence zmenšuje. Výsledkem je dosažení vyšší senzitivity v detekci fotonů z oblasti zájmu, tj. oblasti srdce, ale i zajištění zobrazení zbytku torza pacienta v zorném poli. (Obr. 1a, Obr. 1b)
• b) z kardiocentrické akvizice, která fixuje cílovou oblast srdce v centru rotace s poloměrem 28 cm, detektory jsou v konfiguraci 76 stupňů, snímací úhel je 104 stupňů. (Obr. 2)
• c) z pokročilého rekonstrukčního algoritmu, který bere v úvahu geometrii SMARTZOOM kolimátoru se všemi jeho 48000 otvory, kardiocentrickou rotaci, začleňuje trojdimenzionální “resolution recovery” algoritmus, korekci na rozptyl a atenuační korekci na základě CT. ³

Jinými pokročilými technickými řešeními jsou například dedikované SPECT kamery pro MPI, kardiocentrické SPECT kamery, kamery s upravenou geometrií detektorů do tvaru oblouku s rotujícím štěrbinovým kolimátorem, kamery s více paralelními či pin-hole kolimátory nebo kamery s polovodičovými detektory. ^3,7

EFLK, respektive stanovení ESV a EDV, jsou důležité funkční parametry využívané nejen v kardiologické praxi. EFLK je definována jako podíl systolického objemu (stroke volume, SV) a EDV. Ke snížení EFLK tak může dojít buď redukcí SV při zachování EDV (např. kardiogenní šok při infarktu myokardu) anebo dilatací komory při zachovalém SV, tedy její remodelací. U srdečního selhání můžeme rozlišovat stavy se sníženou EFLK – označované často jako systolické selhání, nebo se zachovanou EFLK – označované někdy jako diastolické selhání, přičemž toto tvoří překvapivě asi polovinu všech případů. ⁸ Předchozí práce ukazují, že při srdečním selhání má hodnota EFLK prognostický význam, její přesné stanovení je tak důležité v klinické praxi. ⁹

Stanovení EFLK je možné provést s využitím několika modalit a metod, kromě hradlovaného SPECT především pomocí echokardiografie (ECHO), magnetické rezonance (MRI), výpočetní tomografie (CT) či radionuklidové ventrikulografie. Řada studií ukazuje signifikantní rozdíly při vzájemném porovnání vypočtených hodnot funkčních parametrů LK mezi různými metodami. ^10,11,12 Ač někteří autoři volí jako referenční hodnoty ty získané z MRI, jiní obecně uznávaný zlatý standard neudávají. ^10,12,13 Hodnoty funkčních parametrů může ovlivnit i samo nastavení hradlování SPECTu, výsledky u rozdělení srdečního cyklu na 8 nebo 16 úseků se liší. ¹⁴ Kromě akvizičních a rekonstrukčních parametrů závisí v neposlední řadě i na softwarové aplikaci, která je použita k samotnému vyhodnocení, také vzhledem k odlišným algoritmům výpočtu objemů. ^15,16 Výše uvedené důvody pak nejspíše vedou k nejednotnosti již prezentovaných srovnání výstupů systému IQ-SPECT s kamerami vybavenými LEHR kolimátory, kdy část autorů udává dobrou shodu, další naopak rozdíly. ^{4,17,18,19,20} Naše iniciální nastavení rekonstrukce hradlované studie IQ-SPECT doporučené aplikačním technikem při instalaci kamery vykazovalo klinicky nepřijatelný rozdíl vypočtených funkčních parametrů vůči konvenční metodě a tím narušení kontinuity předávaných výsledků klinikům. S upraveným algoritmem rekonstrukce jsme dosáhli výsledků, které již považujeme v klinické praxi za uspokojivé. Jistý pokus o optimalizaci v minulosti provedl také de Jong s kolegy, který jako reakci na systematicky nižší hodnoty ejekční frakce ze systému IQ-SPECT snížil původní počet iterací rekonstrukce studie IQ-SPECT a změnil i nastavení Gaussova filtru, docílil tak lepší shody s výsledky z tomografických dat získaných na konvenčním systému s FBP rekonstrukcí. ²¹ V porovnání s našimi daty se však lišila již vstupní nastavení rekonstrukcí studií. Dá se předpokládat, že vzhledem ke specifickým technologickým postupům každého pracoviště v rámci MPI bude i přístup k hledání optimalizace individuální.

Závěr

Při zavádění nové technologie do praxe považujeme za důležité udržet kontinuitu výstupů a tím reprodukovatelnost metody, dle našeho zjištění je možné studie IQ-SPECT filtrovat tak, aby byly rozdíly mezi novou a již používanou metodou minimální a klinicky nevýznamné. Možnost upravit výstupy funkčních parametrů levé komory při vyšetření gated-SPECT tak, aby odpovídaly i dalším používaným modalitám v kardiologické praxi, bude nutno ověřit v dalších studiích.

Poděkování:

Vznik této práce byl podpořen v rámci studentského projektu IGA_LF_2016_016 Univerzity Palackého v Olomouci.

havel.martin@gmail.com