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骨SPECT画質評価の現状と課題

 骨SPECT画質評価の現状と課題

JRC2022:第84回核医学部会シンポジウム(2022.4.15)

ICHIKAWA H.

May 08, 2022
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Transcript

  1. ⾻SPECT画質評価の現状と課題
    JRC2022 第84回核医学部会
    豊橋市⺠病院 放射線技師室
    ⾦沢⼤学 医薬保健研究域 研究協⼒員
    市川 肇

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  2. ROI設定の再現性
    部分容積効果・Aliasing
    既存ファントムでの評価の課題と対策
    専⽤ファントムを⽤いた画質評価
    ソフトウェアの精度
    ⾃動解析ソフト(Hone Graph)にできること
    Agenda

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  3. l
    コントラスト
    l
    Contrast-to-noise ratio
    l
    リカバリ係数
    l
    Coefficient of variance
    l
    定量値(Bq/mL, SUV)
    l
    Line profile (FWHMも含む)
    l
    検出能
    l
    etc.
    ファントムを用いた骨SPECTの画質評価 1~15)
    ROI(VOI)の設定
    1) Zeintl J, et al. J Nucl Med. 2010; 51(6).
    2) Nakahara T, et al. EJNMMI Res. 2017; 7(53).
    3) Zhang R, et al. EJNMMI Phys. 2021;8(66).
    4) 市川 肇 他. 日放技学誌. 2015;71(12).
    5) 市川 肇 他. 核医学技術. 2017;37(3).
    6) 三輪 建太 他.核医学技術. 2017;37(4).
    7) 佐越 美香 他.日放技学誌. 2018;74(5).
    8) Miyaji N, et al. EJNMMI Res. 2020;10(71).
    9) Motegi K et al. Rad Phys Tech. 2020.
    10) Ichikawa H, et al. Ann Nucl Med. 2021;35(8).
    11) Ichikawa H, et al. Nucl Med comm. 2021;35(8).
    12) Ito T, et al. Rad Phys Tech. 2021
    13) Fukami M, et al. J Nucl Med Tech. 2021;49(2).
    14) Shibutani T, et al. scientificreports. 2021; 11:2644
    15) Ichikawa H, et al. Ann Nucl Med. 2022; 36(2).

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  4. l
    ROI(VOI)設定の再現性 11)
    n
    Aliasing 誤差
    n
    ピクセル補完の有無
    l
    SPECT画像特性
    n
    部分容積効果
    n
    Gibbsアーチファクト 2)
    l
    評価指標に基準値がない
    n
    画像間の比較によって評価
    骨SPECT画質評価の課題
    2) Nakahara T, et al. EJNMMI Res. 2017; 7(53).
    11) Ichikawa H, et al. Ann Nucl Med. 2021;35(8).
    放射能分布
    減弱係数分布

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  5. ROI設定の再現性
    TBR 6
    Aliasing
    17
    (部分容積効果の影響は無視)

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  6. ROI size: 14.39(3×3 pixels) mm
    Pixel size: 4.8 mm
    ROI size: 16.78(14×14 pixels) mm
    Pixel size: 1.2 mm
    ROI設定の再現性:ピクセル補完
    ピクセル補完なし ピクセル補完あり
    最大カウント↓
    CV↓

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  7. Threshold VOI設定
    0.0
    0.2
    0.4
    0.6
    0.8
    1.0
    1.2
    1.4
    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
    TBR 6 37 mm (26.5 cm3)
    Theoretical
    Maximum
    Volume
    Counts
    Peak
    Threshold (%)
    CT画像によるVOI設定
    →カウントの過小評価 16)
    16) Jonsson L, et al. EJNMMI Phys. 2018;5(1):5.
    スライス選択が不要

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  8. Threshold VOI設定
    0.0
    0.2
    0.4
    0.6
    0.8
    1.0
    1.2
    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
    TBR 6 17 mm (2.6 cm3)
    Theoretical
    Maximum
    Volume
    Counts
    Threshold (%)
    部分容積効果

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  9. 0
    10
    20
    30
    40
    50
    60
    70
    80
    10 20 30 40
    Threshold value
    Sphere diameter (mm)
    NB TBR6
    最適 threshold値
    最大 total bone uptake値
    TBU = MBV × SUV

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  10. 0
    0.2
    0.4
    0.6
    0.8
    1
    0 10 20 30 40
    Recovery coefficient
    Sphere size (mm)
    Recovery coefficient
    Counts
    RC = Counts Target / Counts Reference
    Reference

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  11. 0
    0.2
    0.4
    0.6
    0.8
    1
    0 10 20 30 40
    Recovery coefficient
    Sphere size (mm)
    relative
    absolute
    Bq/mL
    Recovery coefficient

    View Slide

  12. 0
    0.2
    0.4
    0.6
    0.8
    1
    0 10 20 30 40
    Recovery coefficient
    Sphere size (mm)
    relative
    absolute
    Bq/mL
    Recovery coefficient
    SPECT画像の多くは定量画像ではない

    View Slide

  13. 0
    0.2
    0.4
    0.6
    0.8
    1
    0 10 20 30 40
    Recovery coefficient
    Sphere size (mm)
    relative(45mm)
    absolute
    Recovery coefficient
    Sagittal
    Reference

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  14. 検出能
    17 mm
    B.G.
    TBR 6
    37 mm
    17 mm
    B.G.
    TBR 6
    部分容積効果

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  15. 検出能:Rose criteria 17)
    Contrast-to-noise ratio (CNR) > 5
    17) Rose A. Vision. 1 ed: Springer US; 1973.
    18) Oen SK, et al. EJNMMI Phys. 2019;6(1):16.
    病変の検出
    Oen SK, et al.18)
    CNR for detected (green) and non-detected (red)
    acquisition times than normally used in clinical routine.
    In general, the PET/CT showed slightly increased CRC and CNR for the
    OSEM+PSF(+TOF) reconstructions compared to PET/MRI. CRC and CNR in-
    creased when PSF was incorporated in the reconstruction, and a further increase
    was found when both PSF and TOF were included. Improvements by PSF and
    TOF have also been demonstrated previously [4, 13, 15–17, 19, 20], and this indi-
    cates that these algorithms should be used to increase the possibility of detecting
    small lesions. PSF is a geometry correction that provides higher and more uniform
    spatial resolution over the transaxial FOV and will therefore have the most impact
    at the outer edges of the FOV [32]. The inclusion of TOF increases the signal-to-
    Fig. 7 Histograms of contrast-to-noise ratio (CNR) for detected (green) and non-detected (red) spheres for
    a PET/MRI and b PET/CT for all the reconstructions with similar number of true counts for the two systems.
    The black line represents CNR = 5 (Rose criterion). There are twice as many reconstructions for the PET/CT
    than for the PET/MRI due to the TOF option
    Fig. 2 Spherical VOIs placed over the hot spheres in OSEM with PSF and TOF with activity concentration of
    8:1 (3 iterations, 2 mm voxel size) (purple: d = 20 mm, cyan: d = 12 mm, green: d = 8 mm, pink: d = 6 mm,
    orange: d = 5 mm, red: d = 4 mm) and seven spherical background VOIs (yellow: d = 20 mm)
    (a) (b)
    Øen et al. EJNMMI Physics (2019) 6:16 Page 7 of 16

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  16. ROI設定の再現性
    リカバリ係数(部分容積効果)
    既存ファントムでの評価の課題と対策
    専⽤ファントムを⽤いた画質評価
    ソフトウェアの精度
    ⾃動解析ソフト(Hone Graph)にできること
    Agenda

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  17. 骨ファントムによる研究 4~16)
    腰椎ファントム4,6,7,9) 胸椎ファントム5,6,8,12,15) SIM2 boneファントム10~16)
    4) 市川 肇 他. 日放技学誌. 2015;71(12).
    5) 市川 肇 他. 核医学技術. 2017;37(3).
    6) 三輪 建太 他. 核医学技術. 2017;37(4).
    7) 佐越 美香 他.日放技学誌. 2018;74(5).
    8) Miyaji N, et al. EJNMMI Res. 2020;10(71).
    9) Motegi K et al. Rad Phys Tech. 2020.
    10) Ichikawa H, et al. Ann Nucl Med. 2021;35(8).
    11) Ichikawa H, et al. Nucl Med comm. 2021;35(8).
    12) Ito T, et al. Rad Phys Tech. 2021
    13) Fukami M, et al. J Nucl Med Tech. 2021;49(2).
    14) Shibutani T, et al. scientificr eports. 2021; 11:2644
    15) Ichikawa H, et al. Ann Nucl Med. 2022; 36(2).
    16) Yoshii T, et al. EJNMMI Phys. 2020;7(1).

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  18. Scan Me
    SIM2 boneファントム

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  19. 骨SPECT自動解析ソフトウェア:Hone Graph

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  20. L#RN-
    L#RN-
    L#RN-
    NN
    NN
    ϦϑΝϨϯε෦
    ਖ਼ৗ௣ମ
    13 mm
    17 mm
    22 mm
    28 mm
    ᑜಥى
    ٿঢ়໛ٖපม
    ௣ମ
    ԣಥى
    ഏʢλϑϥϯάϑΝϯτϜʣ
    όοΫάϥ΢ϯυ
    NN
    Target-to-normal bone ratio 6: i6 protocol

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  21. Hone Graph: Image analysis procedure
    1
    ߶ମม׵ (SPM2)
    ϦαϯϓϦϯά (1º1º1 mm3)
    2
    VOI template matching
    Χ΢ϯτଌఆɾ෺ཧධՁࢦඪͷܭࢉ
    3
    Detectability scoreͷࣗಈ෼ྨ
    4
    Report දࣔ

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  22. Report
    Fig.5 結果レポートの例
    画像間の比較も可能
    個々の画像の良し悪しが判断可能
    Iteration
    崽崉崌嵓1R 崽崉崌嵓੡
    ⋇ ,
    ⋈ ,
    ⋉ ,
    ⋊ ,
    ⋋ ,
    ⋌ ,
    ⋍ ,
    ⋎ ,
    ⋏ ,

    崽崉崌嵓1R







































    ਫ਼ল૨
    PP
    PP
    PP
    PP




































    &15
    PP
    PP
    PP
    PP




































    &9
    %*
    %RQH


















    ):+0PP
    +RU
    7DQ


















    'HWHFWDELOLW\
    PP
    PP
    PP
    PP
    PP
    PP
    PP
    PP




    PP
    PP
    PP
    PP




    PP
    PP
    PP
    PP




    PP
    PP
    PP
    PP




    PP
    PP
    PP
    PP




    PP
    PP
    PP
    PP




    PP
    PP
    PP
    PP




    PP
    PP
    PP
    PP




    PP
    PP
    PP
    PP




    &9
    %*
    %RQH
    %*
    %RQH


    %*
    %RQH


    %*
    %RQH


    %*
    %RQH


    %*
    %RQH


    %*
    %RQH


    %*
    %RQH


    %*
    %RQH


    %*
    %RQH


    12 84
    18 24 30 36 72
    60
    48

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  23. 検者内再現性 検者間再現性
    Hone Graph
    1.7%
    (1.2–2.2)
    0%
    手動法 13.2%
    (5.4–24.6)
    39.6%
    (18.3–55.8)
    再現性
    位置情報のみが異なる7組のSPECT画像を4名の核医学専門技師がCNRを測定

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  24. Hone Graph
    Gold standard
    1 2 3 4 Total
    1 22 0 0 0 22
    2 0 2 0 0 2
    3 0 1 26 1 28
    4 0 0 6 38 44
    Total 22 3 32 39 96
    Detectability score
    PA; 91.7% κ係数; 0.93
    DS: 1. Poor 2. Average 3. Adequate 4. Excellent

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  25. まとめ
    l
    Bodyファントムでの画質評価の課題と対策
    l
    自動解析ソフトウェアにできること
    l
    今後の課題
    ü
    画質評価指標の基準値の策定
    ü
    定量画像に対する評価方法
    ü
    陰性病変の評価
    Scan Me

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