王淵愷張光明韓 芳劉從進劉興黨

在醫(yī)學影像顯像中,靈敏度、密度分辨率、空間分辨率、能量分辨率、灰霧度、信噪比等術語和定義用來描述影像質(zhì)量優(yōu)劣?？臻g分辨率是影像質(zhì)量中的一個重要指標,關系到臨床診斷的準確性[1-3]。本實驗研究了SPECT顯像中不同采集矩陣與函數(shù)后重建對圖像質(zhì)量影響。

方 法

使用西門子E.CAM雙探頭可變角SPECT掃描儀,放射性核素為99mTc,物理半衰期為6.02h,采集能峰140keV±10%。前臺軟件版本e.soft Version:2.1.6.5,儀器質(zhì)控符合上海市核醫(yī)學質(zhì)控中心標準。實驗分平面顯像、斷層顯像兩部分來研究。平面顯像選用低能高分辨準直器(平行孔),斷層顯像選用低能高分辨準直器與扇形準直器兩種不同的準直器。并通過調(diào)節(jié)采集參數(shù)、重建參數(shù)來取得不同的圖像效果。

1.不同采集矩陣與函數(shù)后重建在平面顯像上的研究

1.1 通過質(zhì)控模型研究不同矩陣下的系統(tǒng)分辨率:操作中放射源制備的參數(shù)依據(jù)GBT 18988.2.2003(放射性核素成像設備性能和試驗規(guī)則第2部分:單光子發(fā)射計算機斷層裝置)及西門子儀器說明書中相關要求操作。使用西門子所提供的點源容器制作3個點源,電源直徑為不大于2mm的球體,活度約為40MBq。3個點源所在平面平行于探頭,1個點源置于探頭中點正上方,另外兩個點源置于探頭X軸與Y 軸上,距離中點45mm 處。固定選用zoom3.2,以1號探頭為基準,在距離準直器100mm處,并設置128×128、256×256、512×512三種矩陣,采集50k計數(shù)。在采集的點源圖像上畫3條直線,計算其徑向半高寬(FWHM)(按光電倍增管六邊型形狀,對角線畫3條直線),以反映在不同矩陣下空氣介質(zhì)中的系統(tǒng)分辨率。

1.2.通過臨床實例來研究不同矩陣與函數(shù)重建下的平面顯像圖像質(zhì)量:隨機取5位做甲狀腺顯像受檢者,在常規(guī)采集的基礎上加做矩陣256×256,(常規(guī)采集選用zoom 3.2,以1號探頭為基準,矩陣128×128)。隨機取3位做骨掃描受檢者,使用矩陣256×256、512×512對其胸腰段做平面顯像,觀察肋骨與脊柱的顯像情況(選用zoom 1.0,雙探頭)。以上均采集單幀500k計數(shù),探頭盡可能貼近檢查者。甲狀腺顯像中矩陣256×256數(shù)據(jù)使用e.soft內(nèi)置的重建方法進行后重建,并與常規(guī)采集的矩陣128×128圖像做比較,由2名醫(yī)師來判斷影像質(zhì)量。評分A:定義圖像邊緣最平滑的圖像為5分,圖像邊緣最銳化的圖像為-5分,不經(jīng)過算法重建圖像為0分,分為空域濾波 (spatial filter)與頻域濾波(frequency filter)兩組,對所有e.soft內(nèi)置的重建方法系統(tǒng)的進行比較。評分B:重建后圖像與矩陣128×128作比較,比矩陣128×128差的為0分,相似的為1分,圖像有所改進的為2分,明顯改善的為3分。重建參數(shù)的選取參考既往文獻或取與相似的參數(shù)值[3-9]。

2.不同采集矩陣與函數(shù)后重建在斷層顯像上的研究

2.1 通過Jaszezak模型研究不同矩陣與函數(shù)重建下的圖像質(zhì)量:Jaszezak模型的提供與采集參數(shù)選取按照上海市核醫(yī)學質(zhì)控中心要求。采集參數(shù)低能高分辨準直器,zoom 1.0,雙探頭自動貼近共采集64幀,使用矩陣128×128,單幀900k計數(shù)、600k計數(shù),矩陣256×256,單幀900k計數(shù)、600k計數(shù)。數(shù)據(jù)使用Metz、Butter worth 、Generalized Hanning 、OSEM 函數(shù)重建,再加做Chang′s AC與不加做Chang′s AC[6,10-12],盡可能調(diào)整參數(shù)使圖像質(zhì)量更優(yōu)。900k計數(shù)組研究圖像熱區(qū)、均勻度、線性變化,600k計數(shù)組研究圖像冷區(qū)變化、評價影像質(zhì)量。

2.2 通過臨床實例來研究不同函數(shù)重建下的斷層顯像圖像質(zhì)量:隨機取4位做腦斷層顯像受檢者,采集使用扇型準直器與低能高分辨準直器。用Metz(0.75,15)、Butter worth(0.7,5)、Generalized Hanning(0.75,0.65)、OSEM(4個子集,5次迭代)函數(shù)重建,重建使用相同的放大系數(shù),并使靶器官的影像占據(jù)視野的80%,再加做Chang′s AC(0.11)與不加做Chang′s AC[1,6,9-12],扇形準直器采集未作OSEM 函數(shù)重建,重建時聽眥線平行與水平線。綜合兩種準直器數(shù)據(jù),以經(jīng)前連合的橫斷面為基準,觀察該斷面圖像對比度[12],并分析總體圖像的質(zhì)量情況。

結(jié) 果

3種不同采集矩陣空氣介質(zhì)中的系統(tǒng)分辨率。在距離準直器100mm處,分辨率128×128像素尺寸為3mm,FWHM為8.36mm±0.75mm;分辨率256×256像素尺寸為1.5mm,FWHM 為7.25mm±0.53mm;分辨率 512×512像素尺寸為 0.7mm,FWHM為5.95mm±1.07mm。

通過8組數(shù)據(jù)顯示,隨著矩陣增加臟器外表輪廓更為清晰,空間分辨率明顯提高,但靈敏度下降,實測計數(shù)/每像素隨矩陣的變大而減少,采集時間不隨矩陣的增加而增加,最大振幅3s。結(jié)合2位醫(yī)師的經(jīng)驗,高矩陣采集臟器外表輪廓清晰,病灶定位方便、準確,但甲狀腺結(jié)節(jié)的分辨稍微變得困難,他們均愿意看高分辨率的圖像。矩陣256×256的甲狀腺圖像進行后重建的結(jié)果見表1。

2名醫(yī)師均認為Hamming(0.7,0.8)重建的圖像質(zhì)量最優(yōu),更利于影像診斷 (圖1),Band Limiting(0.7)重建的圖像最接近與矩陣128×128圖像效果。矩陣128×128圖像無法通過重建得到與矩陣256×256相似的效果,圖像經(jīng)過函數(shù)銳化以后,影像信息量下降。選用不同的函數(shù)參數(shù),圖像結(jié)果差異較大。

表1 多種濾波后重建結(jié)果

圖1 甲狀腺平面顯像。從左往右依次為矩陣128×128、矩陣 256×256、矩陣256×256[Hamming(0.7,0.8)重建]圖像。

3種頻域濾波函數(shù)使用不同參數(shù),能達到相似的圖像效果,高矩陣的圖像需使用較小的截止頻率。不同函數(shù)重建對圖像觀察效果分析,熱區(qū)、冷區(qū):Butter worth＞Metz=Generalized Hanning＞OSEM;均勻度、線性:OSEM＞Metz=Butter worth=Generalized Hanning。如果在函數(shù)重建中加做Chang′s AC,均勻度、冷區(qū)觀察時圖像中央會出現(xiàn)過載,但有助于提高熱區(qū)、線性觀察。兩組不同計數(shù)采集中高矩陣比低矩陣圖像采集均多96s,考慮放射性核素衰變,采集時間差異可以不計。高矩陣采集圖像信息量大,通過函數(shù)重建可以得到多種圖像效果,而受函數(shù)重建參數(shù)選擇范圍影響,低矩陣采集圖像無法獲得高矩陣圖像在高空間分辨率的效果。

但使用Chang′s AC處理的圖像,比原有圖像的腦室增大、皮質(zhì)變薄、基底節(jié)區(qū)斷層對比度升高。低能高分辨準直器下經(jīng)前連合的橫斷面圖像不同函數(shù)重建后對比度結(jié)果見表2,可以看出經(jīng)Chang′s AC重建后方差計數(shù)加大,圖像對比度加強。2名醫(yī)師均認為使用Metz或 Butter worth濾波重建后,經(jīng)過Chang′sAC處理得出的圖像更趨向于真實。

表2 經(jīng)前連合的橫斷面不同函數(shù)重建對比度

討 論

由于用戶屏幕分辨率有限,過高的分辨率采集不能帶來更好的顯示效果,SPECT圖像的空間分辨率遠遠不如X線圖像的效果,所以過高的矩陣 (如矩陣1024×1024)沒有進行測試。在顯像中提高采集矩陣,以此所獲得分辨率更好的圖像,且不額外增加采集時間。高矩陣采集圖像可以通過后重建轉(zhuǎn)換為與低矩陣圖像相同的效果,而低矩陣圖像卻不能通過后重建轉(zhuǎn)換為于高矩陣圖像相同的效果。高矩陣采集影像所獲信息量大。

Metz濾波法可分為Metz、Mezt[s]、Metz[F]后兩組濾波方法沒有Cu t Off參數(shù),只有FWHM參數(shù),在臨床使用中極易混淆。有些文獻中指出單獨使用Metz做腦斷層圖像重建[10],所以我們嘗試使用多組Metz的重建參數(shù)對圖像進行重建,并與單獨使用Butter worth進行圖像重建的結(jié)果比較,Metz算法與Butter worth算法相比差異不明顯,與既往文獻相仿[11]。在斷層顯像中Chang′s AC有助于提高感興趣區(qū)影像質(zhì)量值得推廣。筆者嘗試在圖像經(jīng)Mezt[s]預重建后,再加做OSEM 重建,圖像效果比單做OSEM 有所提高,但多步驟重建常引發(fā)電腦死機,并不值得推廣。腦斷層采集圖像只需使用Metz或Butter worth重建后,經(jīng)過Chang′s AC處理得到符合臨床要求的影像。

許多文獻提到函數(shù)重建最佳的圖像是在150～170k計數(shù)的圖像[7,10],因為儀器在空氣介質(zhì)中空間分辨率有限,且臨床操作要求不同,我們應該選取符合自己要求的重建函數(shù)及參數(shù),可以參考國內(nèi)外文獻上的重建函數(shù)及參數(shù)。筆者嘗試在空域濾波中自己編寫條件較為極端的函數(shù),對一些圖像細微結(jié)構(gòu)的變化與辨識很有幫助。

本研究使用的儀器與前臺工作站均為西門子公司產(chǎn)品,多種近幾年流行的新濾波函數(shù)無法在本次實驗中使用略有遺憾。研究認為在采集中綜合考慮各種物理知識,選用合適的探頭、準直器、晶體、zoom、采集能窗、采集計數(shù)等條件,建議使用高矩陣采集獲得高空間分辨率圖像,并依據(jù)對圖像平滑或銳化要求,選用合適的后重建函數(shù),獲得更多的圖像效果,更好的影像質(zhì)量,有助于提高臨床診斷。

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