Скачать электронную версию статьи (в свободном доступе).
Цель: В современной ядерной медицине для получения изображений методом однофотонной
эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) используется итерационный алгоритм Ordered Subsets Expectation Maximization (OSEM). При этом, задача выбора оптимального номера
итерации останова, на которой полученное решение будет максимально приближено к точному
значению, не решена. Целью данной работы является изучение проблемы останова алгоритма
OSEM на примере случая обследования пациента с метастатическим поражением методом
ОФЭКТ/КТ с 99mТс-фосфотехом.
Материал и методы: Исследования выполнены с использованием метода имитационного математического моделирования на основе программного комплекса "Виртуальная платформа для
имитационных испытаний метода ОФЭКТ/КТ", развитого в Лаборатории моделирования в ядерной медицине НГУ. В компьютерных экспериментах моделировалась процедура обследования
методом ОФЭКТ/КТ с 99mТс-фосфотехом пациента с метастатическим поражением в заднем отрезке 3-го ребра. Исследовался критерий останова итерационного алгоритма OSEM для получения решения, которое количественно было бы наиболее приближено к точному значению накопленной активности в очаге.
Результаты: В имитационных компьютерных экспериментах показано, что критерий Пирсона
хи-квадрат, ориентированный на опухолевый очаг, дает решение, которое должно давать правильные значения для усредненной оценки SUVmean. Однако необходимы дальнейшие исследования этой важной проблемы с целью определения, насколько сильно проявляется зависимость номера останова от размера очага, его локализации и величины накопленной в нем активности.
Заключение: На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что в методе
ОФЭКТ для перехода к точным количественным оценкам накопленной активности в опухолевом
очаге необходимо разработать ориентированный на опухоль критерий останова итерационного
алгоритма. Если опухолей несколько, оптимальные номера итераций останова для них могут отличаться. Планируются дальнейшие исследования этой важной проблемы.
Ключевые слова: ядерная медицина, ОФЭКТ/КТ, имитационное компьютерное моделирование, виртуальные клинические испытания
Purpose: In modern nuclear medicine, an ordered subset expectation maximization (OSEM) iterative
algorithm is used to obtain images by single photon emission computed tomography (SPECT) method.
At the same time, the problem of choosing the stopping iteration number at which the solution will be
as close as possible to the exact value has not been solved. The purpose of this work is to study the problem of stopping the OSEM algorithm.
Material and methods: The studies were carried out using the method of mathematical modeling
based on the software package "Virtual Platform for Simulation Testing of the SPECT/CT Method".
Computer experiments simulated SPECT/CT with 99mTc-phosphotech of a patient with metastatic lesion of the posterior segment of the third rib. The stopping criterion of the iterative OSEM algorithm was
studied to obtain a solution that is quantitatively closest to the exact value of the accumulated activity
at the tumor.
Results: In computer modeling experiments, the tumor dependent Pearson chi-square test was shown
to provide a solution that should give correct values for the SUVmean score. However, further research is
needed on this important problem to determine how strongly the number of iterations depends on the
size of the tumor and the amount of activity accumulated in it.
Conclusion: Based on the results obtained, we can conclude that in the SPECT method, in order to
move to accurate quantitative estimates of the accumulated activity in the tumor, it is necessary to develop a tumor-oriented stopping criterion for iterative algorithm. If there are several tumors, the stopping iteration numbers for them may differ. Further research on this important issue is planned.
Key words: nuclear medicine, SPECT/CT, computer simulation, virtual clinical trials
DOI: 10.52775/1810-200X-2024-101-1-88-92