代數(shù)迭代圖像重建技術(shù)在SPECT圖像重建中應(yīng)用的研究

【作 者】曹少平，顧宏清，印春光

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心，上海市，200127

SPECT是臨床上常規(guī)使用的功能分子影像成像儀。傳統(tǒng)上，由于SPECT設(shè)備配置的圖像處理工作站受硬件限制，將FBP(filtered back projection, FBP)作為常規(guī)的臨床圖像重建方法。但是，F(xiàn)BP圖像重建方法產(chǎn)生的星狀偽影降低了SPECT圖像質(zhì)量和增大了噪聲，特別是在低的放射性計(jì)數(shù)情況下圖像質(zhì)量降低的更為明顯。而降低患者輻射劑量，提高臨床效率，是核醫(yī)學(xué)分子影像設(shè)備發(fā)展的方向。為此，很多學(xué)者開(kāi)始探討代數(shù)迭代圖像重建(algebraic iterative reconstruction)技術(shù)在SPECT圖像重建中應(yīng)用。目前，在代數(shù)迭代圖像重建技術(shù)中,以O(shè)SEM(ordered subsets expectation maximization, OSEM)最為常用。OSEM圖像重建技術(shù)已經(jīng)為PET作為常規(guī)的圖像重建技術(shù)使用，并顯著地提高了PET的圖像質(zhì)量[1]。隨著分子影像工作站性能和圖像重建技術(shù)的不斷提高，新一代OSEM技術(shù)在迭代過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行圖像空間分辨率的恢復(fù)，從而進(jìn)一步提高SPECT的圖像質(zhì)量。

本研究目的是通過(guò)對(duì)同一SPECT原始數(shù)據(jù)，采用OSEM和FBP兩種重建方法，通過(guò)計(jì)算病灶的T/B（靶組織/本底組織）和噪聲指標(biāo)，來(lái)判斷和比較兩種圖像重建方法的優(yōu)劣。探討將OSEM迭代圖像重建技術(shù)作為臨床常規(guī)SPECT成圖像之方法.

1 資料和方法

使用GE公司Millennium MG可變角度雙探頭的SPECT，并配置最先進(jìn)的Xeleris 2.0分子影像圖像處理工作站。

⑴ 模型研究 選擇Deluxe Jaszczak Phantom模型,按照文獻(xiàn)報(bào)道的方法制備”熱區(qū)”模型[2]。采用MG配低能高分辨準(zhǔn)直器，對(duì)Jaszczak Phantom作SPECT斷層采集，128X128矩陣，放大倍數(shù)1.6，20秒/幀，共采64幀。對(duì)采集的原始投影分別進(jìn)行FBP和OSEM方法重建。FBP法重建條件為：Butterworth預(yù)濾波，截止頻率0.6，放大倍數(shù)12。OSEM重建迭代次數(shù)2，子集數(shù)10，預(yù)濾波為Hanning，截止頻率0.9。然后對(duì)半徑10 mm的熱區(qū)計(jì)算T/B比值和噪聲指標(biāo)，同時(shí)記錄FBP和OSEM兩種方法重建圖像的花費(fèi)時(shí)間。

⑵ 對(duì)15例心臟、骨骼、腦SPECT圖像進(jìn)行對(duì)比分析

①選擇臨床心肌血流灌注（99mTc-MIBI）、骨骼掃描（99mTc-MDP）和腦血流灌注（99mTc-ECD）檢查各15例患者原始SPECT數(shù)據(jù)，分別采用FBP和OSEM方法進(jìn)行重建，計(jì)算病灶部位T/B和圖像噪聲指標(biāo)。圖像采集采用臨床常規(guī)采集方法，心肌為180°采集，其他均為360°采集。兩種重建方法均采用廠家為不同檢查提供的不同默認(rèn)參數(shù)。

② 選擇各10例心肌血流灌注（心?；颊撸┖凸趋繱PECT斷層掃描患者（前列腺癌或乳線癌骨骼系統(tǒng)轉(zhuǎn)移患者），所有患者臨床資料齊全，臨床診斷明確。分別采用每個(gè)投影20s和10s采集，其它條件相同。獲得原始數(shù)據(jù)后分別按照FBP和最新一代OSEM重建方法（快速心臟、骨分辨率恢復(fù)迭代重建技術(shù)）重建圖像，并獲得病灶T/B和圖像噪聲指標(biāo)。

2 結(jié)果

表1 所顯示是不同重建方法在模型研究的結(jié)果?？梢钥闯鯫SEM病灶T/B提高30%，圖像的噪聲指標(biāo)保持基本不變，而圖像重建所花費(fèi)時(shí)間無(wú)明顯增加。

表1 不同重建方法模型研究結(jié)果Tab.1 The results of different reconstruction models

表2 不同重建方法臨床研究結(jié)果Tab.2 Results of clinical studies with different reconstruction methods

表2是不同臟器采用FBP和OSEM圖像重建方法獲得的T/B和圖像噪聲指標(biāo)的結(jié)果比較。OSEM重建方法T/B分別提高1.5%(心臟)、3.3%(骨骼)和1.4%(腦)；OSEM重建與FBP法相比圖像噪聲指數(shù)差別不大。相比之下，OSEM重建技術(shù)對(duì)于骨骼病灶T/B提高更明顯。圖1 顯示同一患者在相同條件下采集的原始數(shù)據(jù)，采用OSEM方法明顯優(yōu)于FBP，在腦血流灌注圖像中表現(xiàn)更為明顯。

表3 同一患者不同采集時(shí)間采用兩種圖像重建方法獲得結(jié)果Tab.3 The same paients using two different acquisition time to obtain the result of image reconstruction metheds

圖1 SPECT圖像采用不同重建方法獲得圖像比較Fig.1 Reconstruction of SPECT images obtained using different image comparison

表3 表明同一患者，當(dāng)采集時(shí)間減少50%情況下，噪聲指標(biāo)并無(wú)明顯增大，而圖像的T/B仍然有一定程度的提高。

3 討論

通過(guò)對(duì)同一模型和同一患者相同數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，我們認(rèn)為對(duì)于SPECT圖像原始數(shù)據(jù)，采用代數(shù)迭代圖像重建替代FBP圖像重建，具有以下的優(yōu)勢(shì)：

① 在相同采集時(shí)間情況下，OSEM重建方法可以一定程度提高圖像的T/B。從模型研究數(shù)據(jù)到不同臨床臟器研究的結(jié)果（表1和表2）均表明采用OSEM圖像重建方法提高了病灶的T/B和圖像質(zhì)量，該結(jié)果與其他學(xué)者研究的結(jié)果一致[3-4]。這對(duì)于提高和擴(kuò)大SPECT設(shè)備在臨床應(yīng)用具有重要的價(jià)值。SPECT圖像本質(zhì)是提供不同放射性藥物在體內(nèi)分布時(shí)病灶和正常組織的對(duì)比度。所以對(duì)于分子影像設(shè)備提高病灶的T/B與提高設(shè)備的系統(tǒng)分辨率具有相同的臨床價(jià)值。

② 在縮短一半采集時(shí)間情況下,采用快速心臟和骨的新一代分辨率恢復(fù)OSEM技術(shù)重建圖像，心臟和骨骼圖像噪聲無(wú)顯著改變，節(jié)省時(shí)間,或可以減少放射性藥物劑量。此對(duì)于兒童掃描具有重要價(jià)值.

從表3數(shù)據(jù)可以看出采用新一代分辨率恢復(fù)OSEM技術(shù)后，即使將圖像采集時(shí)間減半而圖像質(zhì)量仍然保持基本不變，病灶的T/B幾乎無(wú)降低。這樣對(duì)于兒童和特殊患者具有重要的使用價(jià)值。

③ 采用新一代分辨率恢復(fù)OSEM技術(shù)后，提高了SPECT臨床工作效率.使得雙探頭具有更高的效率,單探頭具有接近雙探頭的臨床作用。 該數(shù)據(jù)結(jié)果提示我們，當(dāng)注射的放射性藥物劑量不變時(shí)，GE Millennium MPR設(shè)備與MG具有相同的探測(cè)器（探頭），采用OSEM重建技術(shù)將可以使 MPR設(shè)備具有可變角度雙探頭的臨床作用；或者可以明顯提高M(jìn)G設(shè)備50%的臨床效率。

綜上所述，可以看出對(duì)于GE Millennium MG設(shè)備采用代數(shù)迭代圖像重建技術(shù)中的OSEM圖像重建技術(shù)，不但能提高心臟、骨骼和腦SPECT圖像病灶的對(duì)比度和圖像質(zhì)量，而且也能提高SPECT圖像采集速度或降低對(duì)患者的注射劑量。MPR設(shè)備采用該技術(shù)，也能夠到達(dá)傳統(tǒng)雙探頭的同等臨床效果。所以，代數(shù)迭代圖像重建技術(shù)可作為臨床常規(guī)的SPECT圖像重建方法，對(duì)于SPECT的臨床應(yīng)用具有重要的價(jià)值，特別是具有普及化的意義。

[1] 田嘉禾. PET、PET/CT診斷學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2] Zanzonico Pat. Routine Quality Control of Clinical Nuclear Medicine Instrumentation: A Brief Review[J]. Journal of Nuclear Medicine, 49(7) 1114-1131.

[3] 宋惠寧. COSEM圖像重建方法的技術(shù)特點(diǎn)和臨床應(yīng)用[J]. 醫(yī)療設(shè)備信息,2001,3:5～6.

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