文摘

一个试点研究正在进行量化在活的有机体内的吸收和分布tc - 99 m Sestamibi乳腺癌的科目没有以前历史上使用专用SPECT-CT乳腺成像系统。受试者接受诊断甲状旁腺成像研究同意,成像IRB-approved乳房成像研究的一部分。的七个主题,一个随机选择的乳房成像prone-pendant使用专用的,紧凑的乳房SPECT-CT系统在保护病人的支持。迭代重建和衰减和/或散射校正图像coregistered;CT图像划分为腺体和脂肪组织通过三种不同的方法;的平均浓度Sestamibi决心使用CT-based SPECT数据分割和先前建立量化技术。很小的差异之间的分割方法观察,结果表明平均图像在活的有机体内Sestamibi浓度 0 。 1 0 ± 0 。 1 6 μCi /毫升,没有优惠由腺或脂肪组织吸收。

1。介绍

乳房x光检查被认为是黄金标准的检测和prebiopsy诊断乳腺癌;然而,其他成像技术开始出现,可能允许替代技术诊断或分期的肿瘤。这样一个我们实验室开发的技术是使用一个专用的乳房单光子发射计算机断层扫描和x射线计算机断层扫描(SPECT-CT)系统。数字乳房x光检查患有组织的重叠,导致困难解释图像密集患者乳房。完全三维(3 d)成像模式,如CT、能够克服问题的有限认识平面系统的乳腺x光摄影检查或pseudo-3D tomosynthesis。此外,SPECT诊断系统提供了独特的功能分子的信息组织,这可能允许更精确的诊断,分期和治疗恶性肿瘤组织的反应。目前,商用核医学乳腺成像系统(乳房特定伽马成像或分子乳房成像系统)利用平面探测器与压缩和有限角视图基础上重新定位相机类似传统的x射线乳房x光检查(1]。虽然这些系统提供有用的信息与传统乳房x光检查,经常达不到产量否则神秘病变,特别是在密集的襟女性的二维特性系统本质上限制他们的量化放射性示踪剂的吸收能力,如tc - 99 m Sestamibi (MIBI) [2- - - - - -4]。此外,压缩的使用增加了病人的不适和恐惧这种扫描。而乳房核磁共振也compression-free,它并非没有不适,与常见的问题包括,一些女性完全无法进入龙门,镇静剂需要帮助别人5],普遍提到胸部(胸骨)疼痛定位即使他们的乳房不压缩。此外,心脏起搏器和其他电磁敏感设备可能使核磁共振成像过程复杂化。我们的系统解决了许多的问题,有一个舒适的病人支持休息,让乳房保持未压缩的同时获得全3 d图像使用专用的乳房SPECT-CT系统坐落在病人(6]。

tc - 99 m Sestamibi (MIBI)是一种常见的核医学显像剂已证明有优先吸收在乳腺癌组织,平均吸收报道6:1相对于背景[7]。然而,在活的有机体内量化结果MIBI示踪剂摄取正常,健康组织尚未确定。通过测量的平均基线吸收MIBI在乳房组织,我们假设它可能会建立一个全局阈值改进诊断和分期,尤其是在致密乳房的女性。这个最初的研究的目的是测量的平均吸收MIBI女性乳腺癌没有任何历史和确定任何差异MIBI腺体和脂肪吸收乳房组织通过使用各种CT图像的分割技术。

2。材料和方法

我们专用的乳房SPECT-CT系统广泛地描述在文献[6,8- - - - - -10]。CT子系统由一个数字 2 5 × 2 0 厘米2平板探测器(Paxscan 2520,瓦里安医疗系统公司)在127微米像素和RAD94 (瓦里安医疗系统公司)钨靶x射线源与cerium-filtered quasimonochromatic与平均35 keV能量x射线。SPECT子系统由一个 1 6 × 2 0 厘米2cadmium-zinc-telluride CZT LumaGEM 3200年代(γ,公司与2.5毫米)γ相机像素SPECT成像安装活动CT子系统;SPECT子系统能够完全breast-contoured,正弦轨迹,允许提高成像的胸壁和腋窝。CZT相机有一个优秀的能源6.7%的测量灵敏度和分辨率140 keV的发射能量tc - 99 m - mibi。而CT子系统仅限于方位旋转,CZT相机能够运动的三个度:方位旋转,旋转极角,径向位置。许多运动阶段允许breast-specific轮廓轨迹最大分辨率和成像。

作为批准IRB的一部分研究中,七个科目进行那些将要动手术成像诊断甲状旁腺成像研究同意使用我们的SPECT-CT系统。图书馆数据库搜索显示没有联系甲状旁腺功能亢进(最常见的原因之一甲状旁腺核成像杜克)和乳腺癌,节省一些案例报告在1970年代(11),从而使这正常风险人群适合我们的研究,我们另外考虑降低辐射风险从放射化学注射到健康志愿者。受试者扫描在他们的常规闪烁扫描法(10分钟后25 mCi注射)和SPECT(2小时后注射)诊断甲状旁腺扫描。受试者的年龄(34 - 64),体重,和月经周期记录。志愿者标志使用二重形式基准标记和要求躺在一个定制的radioopaque床与灵活的中心地区开放,允许一个吊坠乳房暂停自由的共同的视野(FOV)二重形式系统(图1)。首先,240 CT锥束投影使用stop-and-shoot以顺时针方式收集约360°;然后,6均匀分布的散射投影测量使用梁停止数组(BSA)逆时针的方式获得,随后用于散射正确的CT预测(12]。总CT扫描时间大约是8分钟。最后,128年的SPECT预测(5 s /投影,~ 12分钟)使用的投影正弦波(PROJSINE)轨迹被收购了6]。SPECT在列表模式下数据获得和采取8%的主光峰能量窗140 keV的峰值tc - 99 m和~ 30%散射光峰窗口窗口下面和对接。使用量化过程之前评估幻影,SPECT数据散射修正使用双能窗法和衰减修正使用SPECT-based均匀衰减面具与衰减系数的水140 keV(0.1545厘米−1)[6]。合成图像衰变修正注射的时间进行分析。这个过程产生一个在活的有机体内可量化的SPECT图像体积。确定平均MIBI浓度在腺体和脂肪组织,感兴趣的特定卷需要使用分割CT数据,生成在下面描述。


图1
专用的乳房SPECT-CT系统的照片。CT子系统(左和右)发出quasimonochromatic x光锥束(橙色箭头)和35 keV意味着能源。旋转盘前CT准直器允许散射投影收购。带激光的准直器允许快速定位安装在乳腺癌常见的视场。CZTγ相机(乳房)用于SPECT成像安装的活动CT子系统和被动检测140 keVγMIBI(绿色箭头)。

重建scatter-corrected CT数据分析和分段根据衰减系数。验证过程中,不同直径(第6 - 14厘米)锥和12.5厘米直径圆筒幻影充满不同混合物的水和甲醇(100%水100%甲醇在统一的时间间隔,来模拟乳房组织)是成像(13],散射修正使用我们的BSA校正技术,和分析来确定任何postscatter校正效果的对象大小的衰减值的直方图图像体积(见图3)。每个块的直方图的圆柱体和圆锥体是安装在一个高斯函数使用非线性最小二乘方法和重心绘制圆锥半径的函数。结果,如图2,证明无论片在气缸的位置,没有效果的十字路口锥束x射线源和固定直径的均匀填充汽缸;唯一的影响衰减值不同的是,由于材料的性质。测量和NIST-based窄光束衰减系数之间的差异是次要的,重要是气缸的测量值数据的鲁棒性。相当依赖的对象大小的重心是指出,然而,这可能影响简单的阈值分割方法。

(一)
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图2
块的重心安装高斯函数BSA scatter-corrected (a)汽缸和(b)锥幻影使用各种甲醇和水的混合物来模拟不同密度均匀的组织。NIST-based衰减值匹配上的刻度线所示y设在汽缸的图。锥幻影结果表明测量衰减值的重要依赖对象的大小。
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图3
(a)图表演示了一个代表主体的乳房体积直方图和相应dual-Gaussian健康。的 2 值表示高质量合适,允许各种分割方法基于最小,交叉点,比较百分比贡献。(b)两个单片直方图归一化代表相同的主题,以及估计乳房的大小。图中清晰地展示了衰减系数的转变半径的函数对象。

为研究对象的数据,一个边缘检测算法用于自动去皮边的乳房scatter-corrected重建CT图像。相比之下,三个不同计算水平分割技术用于体积乳房腺体和脂肪组织分离。重建图像的直方图片首先符合dual-Gaussian函数,定义在(1): 1 − ( − 1 ) 2 / 2 1 + 2 − ( − 2 ) 2 / 2 2 。 ( 1 )

最简单的方法使用整个乳房曲线拟合直方图,与硬阈值之间的至少两个高斯分布(图3)用于部分脂肪和腺体基于图像的组织类型。然而,这种方法有潜在问题由于观测径向依赖重建衰减的数字,如上所述。这个物体大小的依赖可能会导致不正确的装箱的像素使用全局阈值时分段乳房。因此,两个额外的分割技术开发在挤牙膏式的基础上分析数据会计对象的大小。

两个替代方法使用相同的dual-Gaussian拟合过程,但对于每个片(图4)。对于第一种方法,交叉点质心之间的两个高斯函数计算每个片段和作为阈值。根据主映像的乳房组织组件的面积,这个交点位于两侧的可见的最小dual-Gaussian健康。第二种方法使用迭代方法找到每一块会导致图像阈值组成的至少95%的所需的组织类型;片,高斯重叠是很有意义的,最大的选择可实现的百分比。


图4
流程图突如其来的三个分割过程。三种方法使用一个dual-Gaussian函数以适应直方图,但选择一个合适的阈值的方法各不相同。最简单的方法是选择最低的直方图,而更复杂的方法包括分析每个组织类型的百分比贡献在阈值范围内。

分割后,所有nonsegmented CT数据集被coregistered SPECT数据使用基准标记和酰胺的软件。接下来,MIBI浓度测量整个乳房脂肪和腺体组织卷的兴趣来源于分段描述的三个过程。图片也给放射科医生阅读额外的确认我们的癌症的假设。

3所示。结果

图5显示为一个代表不同的分割方法的结果数据集。注意,最前部(乳头)和后部(胸壁)乳房区域被截断避免在这些地区重建的构件。


图5
切开一个代表性的乳房,皮肤移除(左)。分割图像(右)从同一乳房使用最小(a), (b)交叉点,(c) 95%区间方法中描述的文本。所有图片是等同于视窗化和夷为平地。合成图像的细微的差别可能表明由于分割方法缺乏必要的程序更复杂的比一个简单的阈值。

定量的结果在活的有机体内MIBI测量给出了表1每个三个细分的过程。结果表明缺乏组织优惠MIBI吸收,总体平均水平(七个科目)的吸收值 0 。 1 0 ± 0 。 1 6 Ci /毫升整个乳房。三个七个科目取得显著进展在CT扫描或截断工件由于乳房的大小;从详细的细分分析这些学科被排除在外。

表1
七个病人的结果列表显示没有优惠的MIBI腺或脂肪乳房组织。平均测量吸收值噪声由于计算的局限性在活的有机体内SPECT测量。

4所示。讨论

整体在活的有机体内量化结果在这个初步研究显示平均活动的浓度 0 。 1 0 ± 0 。 1 6 Ci /毫升,但在所有患者有相当大的差异。大方差很大程度上是由于低、SPECT由于获得的统计数据采集时间限制在临床环境中,与大部分的体素吸收测量的0 Ci /毫升。我们以前测量的总体敏感性SPECT系统为各种乳房幻影是准确的大小和浓度降至0.03的活动 Ci /毫升(6]。平均结果落在预期范围内,与文学相比,当各种修正会计应用到我们的数据(14]。额外的主题可能有助于减少方差,并允许更大的信心在预期平均MIBI吸收。结果进一步表明没有优惠的MIBI腺或脂肪乳房组织。他们也独立分割的方法;这可能是由于贫困解决SPECT(2.5毫米压)与CT(0.508毫米压)相比,在精度提高收益率最小收益分割和登记手续。

缺乏优先吸收MIBI不同于结果看到使用正基于临床乳腺癌成像扫描,可能由于代谢差异的示踪剂15),但也可能由于高分辨率结果可能与专用的成像模式。即正吸收尚未量化具有较高分辨率的乳房PET成像模式。此外,我们专用的SPECT系统有一个内在的分辨率2.5毫米,而临床SPECT扫描固有分辨率约7毫米,之前被认为是额外的分辨率退化与对象的距离。我们的系统经常产生对象的可见性大于或等于4毫米直径(16)和准确的量化。

大约30名学生实现95%的信心是必要的乳房量化结果。进一步研究乳腺癌确诊科目(BIRADS 4或5科目安排活检)可以提供补充信息MIBI吸收患者病灶的浓度以及认为“正常”的周围组织。这样的结果可能让发展的通用阈值诊断早期乳腺癌或用于分期乳腺癌以及监测治疗反应。

5。结论

没有组织的区别在MIBI吸收被认为在这个腺体和脂肪组织之间的初步研究。这意味着月经周期或其他生物因素可能不影响常规乳房成像MIBI对基线背景吸收和分布。然而,一个警告,我们的结果是更多的病人数据需要更高的信心在这些初步结果。结果是独立的三个细分过程实现,表明一个简单的算法可能足够为后续分割的纠正方法,专用的乳房CT-imaged乳房组织。可能使用一个全局低层阈值在SPECT识别感兴趣的地区,特别是在密集的乳房,我们现在还没有观察到任何不利影响,可能会允许提高病人护理。进一步研究正常,否则健康的病人需要提供更大的信心将意味着MIBI吸收。

确认

作者感谢k Choudhury博士帮助确定病人所需的95%的信心。这项工作一直由国家癌症研究所资助的美国国立卫生研究院(R01-CA096821和T32-EB007185)。m·p·Tornai SPECT-CT技术的发明者,命名为一个发明家的专利技术授予杜克(没有。7609808)。如果这项技术成为商业上的成功,m . p . Tornai和杜克可能获得的经济效益。这项研究Pro000026702 IRB协议。