Effect of scatter and attenuation correction in ROI analysis of brain perfusion scintigraphy

Summary

The aim of this study was to evaluate the effect of scatter and attenuation correction in region of interest (ROI) analysis of brain perfusion single-photon emission tomography (SPECT), and to assess the influence of selecting the reference area on the calculation of lesion-to-reference count ratios. Patients, methods: Data were collected from a brain phantom and ten patients with unilateral internal carotid artery stenosis. A simultaneous emission and transmission scan was performed after injecting ¹²³I-iodoamphetamine. We reconstructed three SPECT images from common projection data: with scatter correction and nonuniform attenuation correction, with scatter correction and uniform attenuation correction, and with uniform attenuation correction applied to data without scatter correction. Regional count ratios were calculated by using four different reference areas (contralateral intact side, ipsilateral cerebellum, whole brain and hemisphere). Results: Scatter correction improved the accuracy of measuring the count ratios in the phantom experiment. It also yielded marked difference in the count ratio in the clinical study when using the cerebellum, whole brain or hemisphere as the reference. Difference between nonuniform and uniform attenuation correction was not significant in the phantom and clinical studies except when the cerebellar reference was used. Calculation of the lesion-to-normal count ratios referring the same site in the contralateral hemisphere was not dependent on the use of scatter correction or transmission scan-based attenuation correction. Conclusion: Scatter correction was indispensable for accurate measurement in most of the ROI analyses. Nonuniform attenuation correction is not necessary when using the reference area other than the cerebellum.

Zusammenfassung

Ziel dieser Studie war die Beurteilung des Effekts der Streuungs- und Abschwächungskorrektur bei der ROI(region of interest)-Analyse der Hirnperfusions-SPECT und Untersuchung des Einflusses der Auswahl der Referenzfläche auf den Quotienten aus Anzahl der Läsionen und Referenzflächen. Patienten, Methoden: Daten aus einem Hirnphantom und von zehn Patienten mit unilateraler Stenose der Arteria carotis interna wurden gesammelt. Eine simultane Emissions- und Transmissionsmessung erfolgte nach Injektion von ¹²³I-Iodoamphetamin. Wir rekonstruierten drei SPECT-Bilder aus allgemeinen Projektionsdaten: mit Streuungskorrektur und nicht uniformer Schwächungskorrektur, mit Streuungskorrektur und uniformer Schwächungskorrektur und mit uniformer Schwächungskorrektur, die auf Daten ohne Streuungskorrektur angewendet wurden. Die regionalen Anzahlquotienten wurden anhand von vier verschiedenen Referenzflächen berechnet (kontralaterale intakte Seite, ipsilaterales Kleinhirn, gesamtes Gehirn und Hemisphäre). Ergebnisse: Die Streuungskorrektur verbesserte die Genauigkeit der Messung der Anzahlquotienten im Phantomexperiment. Sie ergab auch einen deutlichen Unterschied beim Anzahlquotienten in der klinischen Studie, wenn das Kleinhirn, das gesamte Gehirn oder eine Hemisphäre als Referenz gewählt wurden. Der Unterschied zwischen der nicht uniformen und uniformen Schwächungskorrektur war in der Phantomuntersuchung und klinischen Studie nicht signifikant, außer wenn das Kleinhirn als Referenz gewählt wurde. Die Berechnung der Quotienten aus der Anzahl der Läsionen und der Anzahl der normalen Flächen, bei denen dieselbe Stelle in der kontralateralen Hemisphäre als Referenz diente, war weder von der Streuungskorrektur noch von der auf Transmission-CT beruhenden Schwächungskorrektur abhängig. Schlussfolgerung: Die Streuungskorrektur war für eine exakte Messung bei der Mehrzahl der ROI-Analysen unerlässlich. Die nicht uniforme Schwächungskorrektur ist nicht notwendig, wenn eine andere Referenzfläche als das Kleinhirn verwendet wird.

Keywords

Brain perfusion - brain SPECT - scatter correction - attenuation correction - transmission CT

Schlüsselwörter

Hirnperfusion - Hirn-SPECT - Streuungskorrektur - Schwächungskorrektur - Transmissions-CT

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