Úprava rekonstrukčních parametrů IQ-SPECT studie k zachování kontinuity výsledků hodnocení funkčních parametrů levé komory srdeční
Authors:
Martin Havel 1; Milan Kamínek 1; Lenka Henzlová 1; Pavel Koranda 1; Otakar Kraft 2; Kateřina Langová 3
Authors‘ workplace:
Klinika nukleární medicíny, LF Univerzity Palackého a Fakultní nemocnice Olomouc
1; Klinika nukleární medicíny, LF Ostravské univerzity a Fakultní nemocnice Ostrava
2; Ústav lékařské biofyziky, LF Univerzity Palackého Olomouc
3
Published in:
NuklMed 2016;5:66-71
Category:
Original Article
Overview
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
Sources
1. Shaw LJ, Iskandrian AE. Prognostic value of gated myocardial perfusion SPECT. J Nucl Cardiol 2004;11:171-185
2. Imbert L, Poussier S, Franken PR et al. Compared performance of high-sensitivity cameras dedicated to myocardial perfusion SPECT: a comprehensive analysis of phantom and human images. J Nucl Med 2012;53:1897-1903
3. DePuey EG. Advances in SPECT camera software and hardware: currently available and new on the horizon. J Nucl Cardiol 2012;19:551-581
4. Havel M, Kolacek M, Kaminek M et al. Myocardial perfusion imaging parameters: IQ-SPECT and conventional SPET system comparison. Hell J Nucl Med 2014;17:200-203
5. Standardy zdravotní péče - národní radiologické standardy - nukleární medicína. Soubor doporučení a návod pro tvorbu místních radiologických postupů (standardů) na diagnostických a terapeutických pracovištích nukleární medicíny v České republice. In Věstník Ministerstva zdravotnictví České republiky 2011.Částka 9. 99-247
6. Henzlova MJ, Duvall WL. The future of SPECT MPI: time and dose reduction. J Nucl Cardiol 2011;4:580-587
7. Slomka PJ, Patton JA, Berman DS et al. Advances in technical aspects of myocardial perfusion SPECT imaging. J Nucl Cardiol 2009;16:255-276
8. Maeder MT, Kaye DM. Heart failure with normal left ventricular ejection fraction. J Am Coll Cardiol 2009;53:905-918
9. Curtis JP, Sokol SI, Wang Y et al. The association of left ventricular ejection fraction, mortality, and cause of death in stable outpatients with heart failure. J Am Coll Cardiol. 2003;42:736-742
10. Foley TA, Mankad SV, Anavekar NS et al. Measuring left ventricular ejection fraction - techniques and potential pitfalls. European Cardiology. 2012;8:108-114
11. Bellenger NG, Burgess MI, Ray SG et al. Comparison of left ventricular ejection fraction and volumes in heart failure by echocardiography, radionuclide ventriculography and cardiovascular magnetic resonance. Are they interchangeable?. Eur Heart J 2000;21:1387-1396
12. Wood PW, Choy JB, Nanda NC et al. Left ventricular ejection fraction and volumes: it depends on the imaging method. Echocardiography 2014;31:87-100
13. Singh RM, Singh BM, Mehta JL. Role of cardiac CTA in estimating left ventricular volumes and ejection fraction. World J Radiol 2014;6: 669–676
14. Navare SM, Wackers FJ, Liu YH. Comparison of 16-frame and 8-frame gated SPET imaging for determination of left ventricular volumes and ejection fraction. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2003;30:1330-1337
15. Ather S, Iqbal F, Gulotta J et al. Comparison of three commercially available softwares for measuring left ventricular perfusion and function by gated SPECT myocardial perfusion imaging. J Nucl Cardiol 2014;21:673-681
16. Nakajima K, Higuchi T, Taki J et al. Accuracy of ventricular volume and ejection fraction measured by gated myocardial SPECT: comparison of 4 software programs. J Nucl Med 2001;42:1571-1578
17. Lyon MC, Foster C, Ding X et al. Dose reduction in half-time myocardial perfusion SPECT-CT with multifocal collimation. J Nucl Cardiol 2016;23:657-667
18. Matsutomo N, Akio N, Masayuki S. Performance of myocardial perfusion imaging using multi-focus fan beam collimator with resolution recovery reconstruction in a comparison with conventional SPECT. Asia Ocean J Nucl Med Biol 2014;2:111–119
19. Caobelli F, Pizzocaro C, Paghera B et al. Evaluation of patients with coronary artery disease. IQ-SPECT protocol in myocardial perfusion imaging: Preliminary results. Nuklearmedizin 2013;52:178-185
20. Onishi H, Matsutomo N, Kangai Y et al. Differential impact of multi-focus fan beam collimation with L-mode and conventional systems on the accuracy of myocardial perfusion imaging: Quantitative evaluation using phantoms. Asia Ocean J Nucl Med Biol 2013;1:28-34
21. de Jong AN, Akkermans JBM, Van Asperen EA et al. Left ventricular ejection fraction in gated myocardial perfusion, a comparison of SPECT and IQ-SPECT (P847). Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2014;41 Suppl 2:S601
Labels
Nuclear medicine Radiodiagnostics RadiotherapyArticle was published in
Nuclear Medicine
![Issue 4](https://www.prolekare.cz/media/cache/resolve/journal_issue/media/image_pdf/ea0915345aef107f400dfd6039b17356.jpeg)
2016 Issue 4
Most read in this issue
- Artifacts in myocardial perfusion scintigraphy, 2nd part
- Úprava rekonstrukčních parametrů IQ-SPECT studie k zachování kontinuity výsledků hodnocení funkčních parametrů levé komory srdeční