Optimization of activity level in rCBF SPECT using the observer study Visual Grading Regression

Abstract

The purpose of this work is to assess the activity level needed to achieve satisfactory diagnostic information in regional cerebral blood flow single photon emission computed tomography (rCBF SPECT) by introducing a new evaluation method to be used for and hopefully facilitate optimization studies in nuclear medicine in the future. The purpose is further to perform a visual grading study and investigate the use of this new evaluation method, Visual Grading Regression (VGR). Image quality criteria applicable to rCBF SPECT images will be defined in this work and their relevance for evaluating rCBF SPECT image quality is investigated.
The study comprises a material of 21 consecutive patients with dementia issue that have undergone an rCBF SPECT examination. An administered activity of 1000 MBq 99mTc labelled HMPAO was injected to all patients in the study. From one single examination, five studies corresponding to different activity levels (500, 625, 750, 875 and 1000 MBq) were generated by using a gated acquisition. Iterative image reconstruction, OS-EM, including corrections for attenuation, scatter and distance dependent resolution was used.

Three experienced observers, i.e. specialists in nuclear medicine, evaluated the images by rating their confidence about the fulfilment of specific image quality criteria. Seven criteria were defined in this study, developed in collaboration with experienced specialists in nuclear medicine with comprehensive knowledge on how to evaluate rCBF SPECT images. The result of the observers assessment were analysed using Visual Grading Regression, a method based on ordinal logistic regression with the aim to analyse data from visual grading experiments.

The result shows that there is a significant difference in perceived image quality between 500 MBq and the reference activity, 1000 MBq, in five of the seven image quality criteria. No statistical significant degradation was found between any other activity level than 500 MBq and the reference activity (1000 MBq). This study doesn’t prove that any other activity level provides the same image quality as 1000 MBq, only because no difference was seen, but it gives an indication that the activity level could be reduced without losing too much diagnostic information.

The analysis method used, Visual Grading Regression, has proven to be convenient and easy to use for this kind of optimisation studies in nuclear medicine. The defined criteria cover the areas of the brain that are of interest in blood flow examinations and the results of this study showed that the observers used the whole confidence rating scale for each criterion, which is desirable. Some of the criteria had a very low proportion of rating scores corresponding to a fulfilment of the criterion, meaning that the satisfaction of the observers is low. A reversion or adjustment of these criteria might be needed to investigate whether the low satisfaction level is due to the formulation of the criteria or if only so the particular area is difficult to assess.

Abstract (Swedish)

Möjligheten att visualisera olika sjukdomstillstånd med hjälp av bilder har inom sjukvården blivit mer och mer populärt. Nuklearmedicinska bilder framställs genom att en liten mängd av ett radioaktivt ämne injiceras i patienten och sedan detekteras med hjälp av en gammakamera. Genom att utnyttja olika upptagsmekanismer kan funktionen av ett område eller ett specifikt organ i kroppen undersökas. Blodflödet i hjärnan kan studeras genom att injicera ett radioaktivt ämne som är kopplat till en fettmolekyl, vilken passerar blod-hjärnbarriären och ackumuleras i hjärnan. Upptaget av det radioaktiva ämnet avspeglar det regionala blodflödet i hjärnan vid tidpunkten för injektionen eller strax därefter. Regionala blodflödesstudier i hjärnan utförs på patienter som stöd vid diagnostisering av demenssjukdomar då flertalet av dessa leder till en minskning av det regionala blodflödet i hjärnan.

Aktivitetsmängden som injiceras påverkar både bildkvaliteten och stråldosen till patienten. För att säkerställa den aktivitet som krävs för att ge tillräckligt god bildkvalitet till lägsta möjliga stråldos krävs ett optimeringsarbete. Detta görs vanligtvis med hjälp av fysikaliska parametrar såsom brus, upplösning och kontrast. Ett annat sätt att bedöma bildkvalitet är med hjälp av erfarna observatörer som gör en visuell bedömning utifrån kliniskt relevanta bildkriterier.
I arbetet introduceras en ny utvärderingsmetod, Visual Grading Regression (VGR), som inte tidigare har använts vid optimeringsstudier inom nuklearmedicin. Syftet med arbetet är att optimera aktivitetsnivån för regionala blodfödesundersökningar med gammakamera med avseende på bildkvalitet och stråldos till patient.

I studien ingick 21 konsekutivt utvalda patienter med demensfrågeställning som alla genomgått en blodflödesundersökning av hjärnan med gammakameratomografi. En aktivitetsmängd på 1000 MBq injicerades till samtliga patienter. Genom att dela upp insamlingstiden i delmängder är det möjligt att generera flera bilder, vilka motsvarar olika mängder administrerad aktivitet, från en och samma undersökning. Från en studie genererades fem bilder, vilka motsvarade aktivitetsnivåer av 500, 625, 750, 875 och 1000 MBq.

Kliniskt relevanta bildkriterier definierades i samarbete med en erfaren radiolog. Bilderna, motsvarande de olika aktivitetsnivåerna, bedömdes med en fyrgradig skala utifrån uppfyllandet av de definierade kriterierna. Tre erfarna radiologer med specialistkompetens inom nuklearmedicin deltog som observatörer i studien och granskade bilderna en och en i en slumpmässigt vald ordning. Resultatet av bedömningen analyserades med hjälp av den valda utvärderingsmetoden, VGR, vilken är speciellt utformad för visuella granskningsstudier och har fördelen att kunna ta hänsyn till variationer mellan patienter och mellan observatörer.

Resultatet visar att en skillnad i bildkvalitet kan ses mellan bilder som motsvarar en injicerad aktivitet på 500 MBq och 1000 MBq i fem av de sju kriterierna. Ingen skillnad kan ses mellan någon av de andra aktivitetsnivåerna och referensaktiviteten, en administrerad aktivitet på 1000 MBq. Studien visar inte att någon av de andra aktivitetsnivåerna ger samma bildkvalitet som 1000 MBq, endast på grund av att ingen skillnad sågs, men det ger en indikation på att aktivitetsnivån kan sänkas utan att förlora alltför mycket diagnostisk information.

• author: Kvernby, Sofia
• supervisor: Anna Olsson; Agnetha Gustafsson; Michael Ljungberg
• organization: Medical Physics Programme
• year: 2012
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Medicine and Health Sciences
• language: English
• id: 3327138
• date added to LUP: 2012-12-20 19:08:20
• date last changed: 2013-09-05 12:22:23