Reducing the influence of the partial volume effect on SPECT activity quantitation with 3D modelling of spatial resolution in iterative reconstruction

Abstract

Quantitative parameters such as the maximum and total counts in a volume are influenced by the partial volume effect. The magnitude of this effect varies with the non-stationary and anisotropic spatial resolution in SPECT slices. The objective of this investigation was to determine whether iterative reconstruction which includes modelling of the three-dimensional (3D) spatial resolution of SPECT imaging can reduce the impact of the partial volume effect on the quantitation of activity compared with filtered backprojection (FBP) techniques which include low-pass, and linear restoration filtering using the frequency distance relationship (FDR). The iterative reconstruction algorithms investigated were maximum-likelihood expectation-maximization (MLEM), MLEM with ordered subset acceleration (ML-OS), and MLEM with acceleration by the rescaled-block-iterative technique (ML-RBI). The SIMIND Monte Carlo code was used to simulate small hot spherical objects in an elliptical cylinder with and without uniform background activity as imaged by a low-energy ultra-high-resolution (LEUHR) collimator. Centre count ratios (CCRs) and total count ratios (TCRs) were determined as the observed counts over true counts. CCRs were unstable while TCRs had a bias of approximately 10% for all iterative techniques. The variance in the TCRs for ML-OS and ML-RBI was clearly elevated over that of MLEM, with ML-RBI having the smaller elevation. TCRs obtained with FDR-Wiener filtering had a larger bias (approximately 30%) than any of the iterative reconstruction methods but near stationarity is also reached. Butterworth filtered results varied by 9.7% from the centre to the edge. The addition of background has an influence on the convergence rate and noise properties of iterative techniques.

Optimizing the number of equivalent iterations of 3D OSEM in SPECT reconstruction of I-131 focal activities

“…The Ordered Subsets Expectation Maximization (OSEM) reconstruction algorithm [1] with a 3D model of the point-source response function (psrf) has been investigated for these purposes. Pan et al [2] and Pretorius et al [3] found resolution and quantification improvements with the algorithm for Tc-99 m. With I-131, 3D OSEM better recovered the activity in small targets, compared to an algorithm with a 1D model. This fact was shown employing six subsets and 100 iterations to reconstruct projections from a seven-sphere phantom acquired by a Marconi Prism camera [4].…”

Correction for Partial Volume Effects in Emission Tomography

“…For example, iterative reconstruction methods such as those derived from the Maximum-Likelihood Expectation-Maximization scheme 33 can incorporate all kind of information such as scatter or spatial variation of the system's PSF to compensate for nonstationary resolution (see Chapter 4). Those methods have been explored both in SPECT 14,[34][35][36] and PET. 37 Some other iterative reconstruction methods not only incorporate some model of the scanner's PSF, but can also incorporate a priori anatomical information from e.g., MRI, in an attempt to compensate for partial volume effect, both in SPECT 38 and PET.…”

Produktentwicklung mit Augenmaß im Hinblick auf die ökonomischen Verhältnisse im Gesundheitswesen

“…Die Auswirkungen der CDR-Kompensation auf die rekonstruierten Bilddaten wurden eingehend qualitativ [30], quantitativ [13,18,19] und aus klinischer Sicht [7,11,17] untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass CDR-korrigierte Bilder nicht nur eine verbesserte Auflösung und einen höheren Signal-zuRausch-Abstand aufwiesen sondern auch eine geringere Variabilität des Rauschens zeigten (• " Abb.…”

“…Ausgehend von den Unterschieden im iterativen Rekonstruktionsprozess mit und ohne CDR wird klar, dass eine anwendungsspezifische Optimierung der Aufnahme-und Verarbeitungsparameter für einen erfolgreichen Einsatz von korrektiven Rekonstruktionsmethoden essenziell ist [7,10,11,20]. Es konnte in einer Vielzahl von klinischen Anwendungen eindeutig gezeigt werden, dass die CDR-Kompensation einen verbesserten Kontrast von Läsionen liefert [18,31]. Auf der Grundlage von mathematischen Berechnungen und auch als Ergebnis von Befundungsstudien konnte außerdem bewiesen werden, dass sich die Nachweisbarkeit sowohl für heiße als auch für kalte Läsionen durch die Anwendung der CDR-Kompensation erhöht [11,31].…”

“…"Unsere Leistungsund Konkurrenzfähigkeit, die spätestens seit der Einführung des Abb. 18 Kommunikation von radiologischen Bildern mit externen Partnern. Bilder können sowohl gesendet als auch empfangen und ins Centricity PACS integriert werden.…”