重建算法及参数对SPECT颞颌关节显像髁突代谢活性的影响

李文宇，沈美娟，江凌龙，徐 超，文 兵，汪长银

(武汉大学中南医院核医学科，湖北 武汉 430071)

核素骨显像广泛用于评价骨关节疾病，对于诊疗颌面外科颞颌关节疾病具有重要价值[1-3]。颞颌关节骨断层显像可定性或半定量评价髁突代谢活性[1-2，4]。SPECT常用图像重建算法包括滤波反投影法(filtered-back projection, FBP)和二维有序子集最大期望值法(two-dimensional ordered subset expectation maximization, 2D-OSEM)，而不同重建算法及参数可影响图像质量及半定量结果[5-6]。本研究观察FBP及2D-OSEM参数对SPECT颞颌关节显像评估髁突代谢活性的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2019年6月—2021年3月197例因单侧髁突异常增生致偏颌畸形而于武汉大学中南医院接受SPECT颞颌关节显像患者，男57例、女140例，年龄9～38岁、平均(20.9±5.2)岁；左侧髁突增生93例、右侧髁突增生104例。排除双侧髁突异常增生所致反颌畸形及髁突发育不良所致下颌后缩畸形。

1.2 仪器与方法 采用Siemens E.CAM SPECT仪，以99Tcm-亚甲基二磷酸盐为显像剂。经肘静脉注射20 mCi显像剂2～4 h后，嘱患者仰卧，行颞颌关节断层显像，范围自颅顶至第7颈椎水平，矩阵128×128，放大倍数1.45，探头旋转360°，采集32帧图像，每帧25 s。

1.3 重建图像 于Siemens Syngo工作站采用Iterative Reconstruction软件、层厚3.30 mm、分别以FBP及2D-OSEM算法行轴位、冠状位及矢状位重建，获得相应彩图；以髁突为观察点适当旋转图像并重新定位髁突，使双侧髁突中心在轴位及冠状位均处于相同水平(图1)。2D-OSEM算法：采用高斯滤波器，设定半高宽为6 mm，子集数为2、4、8，迭代次数为4、8、16，经组合得到9组重建参数，定义为OSEM_A_B(A为子集数，B为迭代次数)，如OSEM_2_4、OSEM_2_8、OSEM_2_16等。FBP算法：选择巴特沃斯滤波器，截止频率为0.32，阶数为9(定义为FBP_0.32_9)。

1.4 勾画髁突ROI 由2名各具11年工作经验的核医学科主管技师观察重建图像，于轴位图像上选取髁突浓聚程度最高的连续3个层面，分别沿左、右侧髁突边缘勾画ROI；另如图1勾画1个相同大小的本底ROI，获取其最大计数值(Max)，分别计算左、右侧髁突及背景ROI的Max均值(Maxmean)；以二者均值为最后结果。

1.5 评估髁突代谢活性 由分别具有12年及25年核医学诊断经验的主治医师及副主任医师共同阅片，参照文献[7-8]方法计算左、右侧髁突摄取百分率及双侧髁突摄取百分率差值：单侧髁突摄取百分率(%)=[(单侧髁突Maxmean-本底Maxmean)/(双侧髁突Maxmean之和-2×本底Maxmean)]×100%，双侧髁突摄取百分率的差值(%)=|左侧髁突摄取百分率(%)-右侧髁突摄取百分率(%)|；判断髁突代谢活性：①45%≤患侧髁突摄取百分率≤55%或双侧髁突摄取百分率差值≤10%为患侧髁突生长活性为正常水平，处于生长静止期，颞颌关节显像为阴性；②患侧髁突摄取百分率>55%或双侧髁突摄取百分率差值>10%为摄取百分率高侧髁突生长活性增强，即患侧髁突为生长活跃期，颞颌关节显像为阳性。

1.6 统计学分析 采用IBM SPSS 22.0统计分析软件。以Kolmogorov-Smirnov法对计量资料行正态性检验，Levene法行方差齐性检验。以中位数(上下四分位数)表示不符合正态分布的计量资料。以重复测量方差分析观察2D-OSEM算法子集数与迭代次数对双侧髁突摄取百分率差值的影响，以Greenhouse-Geisser法行校正；采用LSD法对子集数及迭代次数行两两比较，观察主效应。以Wilcoxon检验比较2D-OSEM与FBP重建图像中双侧髁突摄取百分率差值的差异。采用χ2检验比较计数资料。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 以不同重建算法所获断层图像 FBP重建图像边缘平滑，显示双侧髁突较清晰，重建参数适合。OSEM_2_4、OSEM_2_8、OSEM_4_4、OSEM_8_4图像边缘较平滑，OSEM_8_4图像显示双侧髁突最清晰，其余参数组合图像边缘呈不同程度毛刺状，双侧髁突欠清晰。见图2。

2.2 重建参数对双侧髁突摄取百分率差值的影响 2D-OSEM_2_8、2D-OSEM_2_16、2D-OSEM_4_4、2D-OSEM_4_8、2D-OSEM_4_16、2D-OSEM_8_4、2D-OSEM_8_8及2D-OSEM_8_16重建图像中，双侧髁突摄取百分率差值分别为10.20%(5.90%，20.20%)、11.00%(5.60%，22.60%)、10.00%(5.10%，20.20%)、11.40%(5.80%，22.30%)、11.60%(5.90%，24.30%)、12.00%(5.60%，21.90%)、12.40%(6.30%，22.60%)及13.20%(6.00%，24.50%)，均高于FBP_0.32_9重建图像[8.60%(3.60%，17.60%)，Z=-7.89、-8.79、-7.50、-8.61、-8.41、-8.07、-8.01、-7.81，P均<0.01]；2D-OSEM_2_4[9.00%(4.20%，16.90%)]重建图像中，双侧髁突摄取百分率差值与FBP_0.32_9重建图像差异无统计学意义(Z=-1.86，P=0.06)。

2D-OSEM重建图像中，双侧髁突摄取百分率差值数据方差不齐(F=3.300，P=0.001)，经平方根变换后方差齐(F=1.090，P=0.363)。以2D-OSEM算法重建时，子集数(F=16.85，P<0.01)及迭代次数(F=34.29，P<0.01)对双侧髁突摄取百分率差值存在显著主效应，二者之间存在交互效应(F=13.14，P<0.01)，双侧髁突摄取百分率差值随子集数或迭代次数增加而加大。

2.3 2D-OSEM与FBP重建图像所示髁突代谢活性阳性率比较 根据双侧髁突摄取百分率差值，2种重建图像之间髁突代谢活性总阳性率(2D-OSEM： 142/197，72.08%，FBP∶88/197，44.67%)差异有统计学意义(χ2=30.91，P<0.01)。2D-OSEM重建图像中，OSEM_2_16、OSEM_4_16、OSEM_8_4、OSEM_8_8、OSEM_8_16髁突代谢活性阳性率均高于FBP重建图像(P均<0.05)，其余与FBP差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

9种不同参数2D-OSEM 重建图像中的髁突代谢活性阳性率总体差异无统计学意义(χ2=11.62，P=0.17)；两两比较， OSEM_4_16与OSEM_2_4(χ2=4.07，P=0.04)、OSEM_8_16与OSEM_2_4(χ2=8.03，P<0.01)、OSEM_8_16与OSEM_2_8(χ2=4.13，P=0.04)、OSEM_8_16与OSEM_4_4(χ2=4.54，P=0.03)髁突代谢活性阳性率差异均有统计学意义，其余差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

表1 2D-OSEM及FBP重建图像中髁突代谢活性阳性率比较[%(例)]

2.4 2D-OSEM重建子集数及迭代次数对髁突代谢活性阳性率的影响 子集数不变而迭代次数逐渐增大、或迭代次数不变而子集数逐渐增大时，2D-OSEM重建图像中，髁突代谢活性阳性率均呈增高趋势，但总体差异均无统计学意义(P均>0.05，表2)。

表2 基于不同参数2D-OSEM重建图像的髁突代谢活性阳性率比较[%(例)]

3 讨论

各种影像学方法中，核素骨显像对评估髁突代谢活性具有重要价值[1-4,7-10]。髁突肥大指髁突非肿瘤性过度增生所致下颌骨发育不对称，多于青春期隐匿发病并呈渐进性发展而致颌面部畸形，常可持续数年，最终随生长发育停止而终止。髁突增生以单侧多见，早期改变为髁突代谢活性增强，并逐渐发生形态改变。颞颌关节显像提示髁突代谢活性增强对早期髁突肥大具有诊断价值；以颞颌关节显像定量监测髁突代谢活性对临床制定治疗方案及选择手术时机具有重要意义[2-3,11]。

重建SPECT颞颌关节显像图像时，各像素点的计数与算法及参数相关。FBP和2D-OSEM均为SPECT常用重建算法。FBP计算量小、所需存储空间小、重建速度快，但易产生图像伪影，低噪声和高分辨率对于滤波器及滤波参数的要求存在矛盾，需折中优化[5,12]；滤波函数、阶数及截止频率均可影响重建图像质量[5-6]。2D-OSEM为迭代算法，对相对不完全采样或低计数率数据的适应性好，可行各种约束校正，结果更为精确，但迭代次数过多可增加重建图像噪声而降低信噪比[13]；迭代次数越低，重建图像与真实图像的相关性越低，子集水平不同可影响重建图像的收敛速度及图像质量，故须适当选择子集数和迭代次数，以保证图像质量[12]。黄克敏等[13]的Jaszczak模型研究结果表明，FBP算法影响SPECT图像质量，且定量分析感兴趣体积等的误差较大，不适于绝对定量；而迭代次数和子集数也可影响定量结果。

本研究发现，FBP及OSEM_2_4、OSEM_2_8、OSEM_4_4、OSEM_8_4颞颌关节断层重建图像边缘较平滑，显示双侧髁突较清晰；不同重建算法及2D-OSEM算法中的不同子集和迭代次数均可影响双侧髁突摄取百分率差值，导致以相同诊断标准评估髁突代谢活性阳性率存在差异；较小的子集数或迭代次数变化幅度对2D-OSEM髁突代谢活性结果的影响较小，而变化幅度增大可使诊断阳性率增高。以上结果提示，采用不同算法及2D-OSEM算法的不同迭代次数和子集数均可影响SPECT颞颌关节显像图像质量，进而影响半定量结果及评估髁突代谢活性结果，与既往研究[13]结果相近。本研究发现，行2D-OSEM重建时，选择子集数为8、迭代次数为4可获得平滑而清晰的髁突影像，且据其判断髁突代谢活性的阳性率显著高于基于FBP算法。

综上，以FBP或2D-OSEM算法、以及不同参数2D-OSEM所获SPECT颞颌关节显像显示的髁突代谢活性存在差异；建议临床采用相对固定的检查条件和断层图像重建算法及参数，以确保结果的重复性及可靠性。但本研究设置的2D-OSEM重建子集数及迭代次数较少，有待扩大参数范围进一步观察。