不同窗函数对SPECT显像质量的影响
作者：韩春起 李亚明 李德顺
单位：沈阳,中国医科大学第一临床学院核医学科 110001
关键词：
中华核医学杂志000419 为探讨各种滤波函数对断层重建图像质量的影响,以选择适宜的滤波函数及其参数,我们根据SPECT仪厂家提供的滤波函数进行组合实验,对筛选后的滤波函数进行心肌断层显像,并与冠状动脉造影进行对比,现报告如下。
资料与方法
1. 受检者11例,其中冠状动脉(CA)正常者5例,有不同程度CA狭窄的冠心病患者6例,男9例,女2例,年龄32～69岁,平均56.2岁。均行99Tcm-甲氧基异丁基异腈(MIBI)心肌断层显像。断层模型为圆柱形塑料容器,内置1 500 mL水,注入99Tcm 370 MBq后充分混匀[1],中心置于1个光滑玻璃球体(r=0.75 cm),实验前做旋转中心和均匀度校正。99Tcm由中国原子能科学研究院同位素研究所提供,MIBI由江苏省原子医学研究所提供,SPECT仪为GE Stracam-3200i型,配低能高分辨准直器。
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2. 模型断层采集:20 s/帧,约5.6°/帧,共64帧,矩阵128×128,放大1.33。心肌断层采集:静脉注射99Tcm-MIBI 740 MBq,1～2 h后采集。从右前斜45°～左后斜45°顺时针采集180°,约5.6°/帧,20 s/帧,共采集32帧,矩阵 64×64,放大1.33。
3. 断层模型图像重建:对不同滤波函数的断层图重建方式进行组合,①断层重建前采用Hanning(L1)或Butterworth(L2)滤波;②断层重建后采用Butterworth(L3)或Hanning(L4)滤波。2种滤波函数再分别与Ramp滤波函数相乘,进行滤波反投影,分别对L1～L4的不同截止频率由低到高进行断层图像重建(共24组断层图像)。心肌显像断层重建:根据断层模型图像选择适宜的滤波函数及其参数,对冠心病患者缺血面积进行靶心图半定量分析和CA病变部位对照,为便于对比,在靶心图上分为8个区:前壁、前侧壁、后壁、后侧壁、下壁、间壁、前间壁和后间壁。
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结果与讨论
在断层剖面曲线上测量冷区中心与周围计数和冷区直径,计算冷区面积和对比度等(表1),双盲法观察分析各滤波函数系列模型图像的均匀性和分辨率,结果得出适宜滤波函数及截止频率为L1=L4=0.8,L2=L3=0.5。各滤波函数重建对冷区中心平均计数无明显差别,但截止频率的大小对计数影响较大,冷区周围计数随截止频率加大而上升,虽然冷区对比度逐渐增强,但均匀度却逐渐下降。实验结果表明:采用L1和L2进行重建前滤波反投影,能兼顾一定的分辨率和均匀度,成像效果明显优于重建后滤波反投影函数L3和L4。用L1和L2对11例心肌显像进行半定量分析并与CA造影进行对照,二者的灵敏度分别为85%和80%,病变范围L2≥L1。
滤波反投影方法是当前SPECT普遍应用的断层重建技术,为此各厂家的SPECT仪均设有多种窗函数供用户选择。Ramp为线性斜坡滤波函数,对低频本底有明显抑制作用,对高频噪声却有放大作用,单独应用会出现很多噪声伪影,应与其他函数联合应用。Hanning和Butterworth均为低通滤波器,与Ramp相乘后形成带通滤波器,即只允许中间频率信息通过,对高低频信息均进行抑制。通过调节截止频率,能使F1～F4的曲线形状和宽度发生变化,因而对通过信息成分产生不同程度的影响。Butterworth具有陡度因子和截止频率2个参数,可以扩展成不同函数,应用灵活,适用范围宽。模型实验和对照组结果表明:Butterworth(L2)为首选函数,各项指标均优于其他函数,但其陡度因子和截止频率的选择是否恰当对图像质量有一定影响。如陡度因子一定时,截止频率过低的断层模型图像均出现过度平滑而使分辨率严重下降,过高则呈现涨落很大的斑点状图像,同样也降低了分辨率。
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表1 各滤波函数对模型冷区 分辨参数的比较 函数
面积(mm2)
平均计数
(/cm2)
对比度(%)
L1
154±20
395±34
9.3±2.2
L2
163±14
407±33
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10.6±1.8
L3
185±26
415±24
11.6±4.4
L4
198±33
427±30
12.7±3.5
不少学者为图像重建参数选择做了大量实验和研究[2-4]。我们通常参考SPECT操作手册提供的推荐参数对模型或患者图像测试,根据显像剂的能量和活度进行参数调整。当脏器显像信息量较低时(201Tl),其截止频率不能过高;反之对显像信息量较大(99Tcm)、分辨率要求较高时,则截止频率要相应提高。值得注意的是,尽管滤波函数是控制图像质量的重要环节,但其他因素如矩阵大小对图像质量也有一定影响。如果矩阵升高一级,每个像素要增加近4倍计数才能保证分辨率的提高,否则,再好的滤波函数也无法保证其图像质量。本研究在断层模型和心肌断层显像矩阵不同的情况下,根据心肌体积和摄取MIBI常用量的百分比(4%),采用不同的显像剂活度和体积,以保证高分辨率断层模型与心肌显像相近的信息强度,使实验条件与临床检查条件尽可能趋于一致。 参 考 文 献
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1，潘中允, 主编. 临床核医学. 北京: 原子能出版社,1994. 74-85.
2，陈盛祖, 莫丽君, 章晓旭. SPECT中滤波函数的最佳选择. 中华核医学杂志, 1991, 11:104-106.
3，宋志刚, 周前, 吴文凯. SPECT的质量控制. 中华核医学杂志, 1992, 12:171-173.
4，卢献平, 刘秀杰, 吕斌, 等. 不同滤波函数对99Tcm-MIBI心肌SPECT图像的影响. 中华核医学杂志, 1993, 13:104-105.
(收稿日期:1999-11-15), 百拇医药
单位：沈阳,中国医科大学第一临床学院核医学科 110001
关键词：
中华核医学杂志000419 为探讨各种滤波函数对断层重建图像质量的影响,以选择适宜的滤波函数及其参数,我们根据SPECT仪厂家提供的滤波函数进行组合实验,对筛选后的滤波函数进行心肌断层显像,并与冠状动脉造影进行对比,现报告如下。
资料与方法
1. 受检者11例,其中冠状动脉(CA)正常者5例,有不同程度CA狭窄的冠心病患者6例,男9例,女2例,年龄32～69岁,平均56.2岁。均行99Tcm-甲氧基异丁基异腈(MIBI)心肌断层显像。断层模型为圆柱形塑料容器,内置1 500 mL水,注入99Tcm 370 MBq后充分混匀[1],中心置于1个光滑玻璃球体(r=0.75 cm),实验前做旋转中心和均匀度校正。99Tcm由中国原子能科学研究院同位素研究所提供,MIBI由江苏省原子医学研究所提供,SPECT仪为GE Stracam-3200i型,配低能高分辨准直器。
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2. 模型断层采集:20 s/帧,约5.6°/帧,共64帧,矩阵128×128,放大1.33。心肌断层采集:静脉注射99Tcm-MIBI 740 MBq,1～2 h后采集。从右前斜45°～左后斜45°顺时针采集180°,约5.6°/帧,20 s/帧,共采集32帧,矩阵 64×64,放大1.33。
3. 断层模型图像重建:对不同滤波函数的断层图重建方式进行组合,①断层重建前采用Hanning(L1)或Butterworth(L2)滤波;②断层重建后采用Butterworth(L3)或Hanning(L4)滤波。2种滤波函数再分别与Ramp滤波函数相乘,进行滤波反投影,分别对L1～L4的不同截止频率由低到高进行断层图像重建(共24组断层图像)。心肌显像断层重建:根据断层模型图像选择适宜的滤波函数及其参数,对冠心病患者缺血面积进行靶心图半定量分析和CA病变部位对照,为便于对比,在靶心图上分为8个区:前壁、前侧壁、后壁、后侧壁、下壁、间壁、前间壁和后间壁。
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结果与讨论
在断层剖面曲线上测量冷区中心与周围计数和冷区直径,计算冷区面积和对比度等(表1),双盲法观察分析各滤波函数系列模型图像的均匀性和分辨率,结果得出适宜滤波函数及截止频率为L1=L4=0.8,L2=L3=0.5。各滤波函数重建对冷区中心平均计数无明显差别,但截止频率的大小对计数影响较大,冷区周围计数随截止频率加大而上升,虽然冷区对比度逐渐增强,但均匀度却逐渐下降。实验结果表明:采用L1和L2进行重建前滤波反投影,能兼顾一定的分辨率和均匀度,成像效果明显优于重建后滤波反投影函数L3和L4。用L1和L2对11例心肌显像进行半定量分析并与CA造影进行对照,二者的灵敏度分别为85%和80%,病变范围L2≥L1。
滤波反投影方法是当前SPECT普遍应用的断层重建技术,为此各厂家的SPECT仪均设有多种窗函数供用户选择。Ramp为线性斜坡滤波函数,对低频本底有明显抑制作用,对高频噪声却有放大作用,单独应用会出现很多噪声伪影,应与其他函数联合应用。Hanning和Butterworth均为低通滤波器,与Ramp相乘后形成带通滤波器,即只允许中间频率信息通过,对高低频信息均进行抑制。通过调节截止频率,能使F1～F4的曲线形状和宽度发生变化,因而对通过信息成分产生不同程度的影响。Butterworth具有陡度因子和截止频率2个参数,可以扩展成不同函数,应用灵活,适用范围宽。模型实验和对照组结果表明:Butterworth(L2)为首选函数,各项指标均优于其他函数,但其陡度因子和截止频率的选择是否恰当对图像质量有一定影响。如陡度因子一定时,截止频率过低的断层模型图像均出现过度平滑而使分辨率严重下降,过高则呈现涨落很大的斑点状图像,同样也降低了分辨率。
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表1 各滤波函数对模型冷区 分辨参数的比较 函数
面积(mm2)
平均计数
(/cm2)
对比度(%)
L1
154±20
395±34
9.3±2.2
L2
163±14
407±33
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10.6±1.8
L3
185±26
415±24
11.6±4.4
L4
198±33
427±30
12.7±3.5
不少学者为图像重建参数选择做了大量实验和研究[2-4]。我们通常参考SPECT操作手册提供的推荐参数对模型或患者图像测试,根据显像剂的能量和活度进行参数调整。当脏器显像信息量较低时(201Tl),其截止频率不能过高;反之对显像信息量较大(99Tcm)、分辨率要求较高时,则截止频率要相应提高。值得注意的是,尽管滤波函数是控制图像质量的重要环节,但其他因素如矩阵大小对图像质量也有一定影响。如果矩阵升高一级,每个像素要增加近4倍计数才能保证分辨率的提高,否则,再好的滤波函数也无法保证其图像质量。本研究在断层模型和心肌断层显像矩阵不同的情况下,根据心肌体积和摄取MIBI常用量的百分比(4%),采用不同的显像剂活度和体积,以保证高分辨率断层模型与心肌显像相近的信息强度,使实验条件与临床检查条件尽可能趋于一致。 参 考 文 献
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1，潘中允, 主编. 临床核医学. 北京: 原子能出版社,1994. 74-85.
2，陈盛祖, 莫丽君, 章晓旭. SPECT中滤波函数的最佳选择. 中华核医学杂志, 1991, 11:104-106.
3，宋志刚, 周前, 吴文凯. SPECT的质量控制. 中华核医学杂志, 1992, 12:171-173.
4，卢献平, 刘秀杰, 吕斌, 等. 不同滤波函数对99Tcm-MIBI心肌SPECT图像的影响. 中华核医学杂志, 1993, 13:104-105.
(收稿日期:1999-11-15), 百拇医药