Improvement of tomographic reconstruction in bone SPECT

Summary

Aim: The comparison between iterative reconstruction and filtered backprojection in the reconstruction of bone SPECT in the diagnosis of skeletal metastases. Patients, methods: 47 consecutive patients (vertebral segments: n = 435), with suspected malignancy of the vertebral column, were examined by bone scintigraphy and MRI (maximal interval between the two procedures ± 5 weeks). The SPECT-data were reconstructed with an iterative algorithm (ISA) and with filtered backprojection. We defined semiquantitative criteria in order to assess the quality of the tomograms. Conventional reconstruction was performed both by a Wiener-filter and a low-pass-filter. Iterative reconstruction was performed by the ISA algorithm. The clinical evaluation of the different reconstruction algorithms was performed by MRI as the gold-standard. Results: Sensitivity (%): 87.3 (ISA), 86.4 (low-pass), 79.7 (Wiener); specificity (%): 95.3 (ISA), 95 (low-pass), 85.4 (Wiener). The sensitivity of iterative reconstructed SPECT and low-pass reconstructed SPECT was significantly higher (p <0.05) compared with the sensitivity of SPECT reconstructed by the Wiener-filter. The specificity of iterative reconstruction ISA and low-pass-filter reconstructed SPECT were significantly higher compared with the SPECT data reconstructed by the Wiener-filter. ISA was significantly superior to the Wiener- SPECT relating to all criteria of quality. Iterative reconstruction was significantly superior to the low-pass-SPECT relating to 2 of 3 criteria. In addition the Wiener-SPECT was significantly inferior to the low-pass-SPECT regarding to 2 of 3 criteria. Conclusion: In our series the iterative algorithm ISA was the method of choice in the reconstruction of bone SPECT data. In comparison with conventional algorithms ISA offers a significantly higher quality of the tomograms and yields a high diagnostic accuracy.

Zusammenfassung

Ziel: Es sollte evaluiert werden, inwieweit ein iterativer Rekonstruktionsalgorithmus in der Skelett-SPECT Vorteile gegenüber dem Verfahren der gefilterten Rückprojektion in der Diagnostik von Skelettmetastasen besitzt. Patienten, Methoden: 47 konsekutive Patienten (untersuchte Wirbelsäulensegmente: n = 435), bei denen der Verdacht auf ein malignes Geschehen in der Wirbelsäule bestand, wurden zeitnah (max. Abstand ± 5 Wochen) skelettszintigraphisch und magnetresonanztomographisch untersucht. Die Datensätze wurden sowohl iterativ (ISA-Algorithmus) als auch mittels gefilterter Rückprojektion rekonstruiert. Die gefilterte Rückprojektion erfolgte sowohl mit einem restaurativen (Wiener)-Filter als auch mit einem nicht restaurativen (low-pass)-Filter. Die Tomogramme wurden mittels semiquantitativ ermittelter Qualitätskriterien miteinander verglichen. Die Evaluation der einzelnen Rekonstruktionsverfahren erfolgte mittels MRT als Referenzverfahren. Ergebnisse: Sensitivität (%): 87,3 (ISA), 86,4 (low-pass), 79,7 (Wiener); Spezifität (%): 95,3 (ISA), 95 (low-pass), 85,4 (Wiener). Die Sensitivität der iterativ rekonstruierten SPECT und der mittels low-pass rekonstruierten SPECT lag signifikant höher (p <0,05) als die Sensitivität der mittels Wiener-Filter rekonstruierten SPECT. Die Spezifitäten der iterativen Rekonstruktionen ISA und der mittels low-pass- Filter rekonstruierten SPECT lagen signifikant höher als die der mittels Wiener-Filter rekonstruierten SPECT. Die iterative Rekonstruktionsvorschrift ISA war hinsichtlich sämtlicher 3 Qualitätskriterien der mittels Wiener-Filter rekonstruierten SPECT signifikant überlegen. Die iterative SPECT ISA war der mittels low-pass-Filter rekonstruierten SPECT hinsichtlich 2 von 3 Kriterien signifikant überlegen. Die mittels Wiener-Filter rekonstruierte SPECT war der low-pass-Rekonstruktion in 2 der 3 Kriterien signifikant unterlegen. Schlussfolgerung: Die iterative Rekonstruktionsalgorithmus ISA erwies sich in dieser Arbeit als Rekonstruktionsmethode der Wahl bei der Skelett-SPECT. Im Vergleich zu herkömmlichen Rekonstruktionsverfahren zeichneten sich die ISA-SPECT durch signifikant qualitätsvollere Tomogramme bei gleichzeitig hoher diagnostischer Richtigkeit aus.

Keywords

Bone scintigraphy - SPECT - iterative reconstruction - filtered backprojection - reconstruction algorithms

Schlüsselwörter

Skelettszintigraphie - SPECT - iterative Rekonstruktion - gefilterte Rückprojektion - Rekonstruktionsalgorithmus

^* Both authors contributed equally to this study.

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