WFU

2010年3月29日

核醫心臟影像軟體:QPS 與 QGS 試用版

現代核子醫學如果缺少適當的軟體來處理與分析多種型態、種類繁雜的核醫影像,核醫影像會變得難以判讀,甚至缺乏臨床意義,而核醫心臟影像更是需要多種影像處理軟體以供分析。

一般來說,SPECT 或 SPECT/CT 硬體廠商理應提供自身開發的軟體,協助放射師或醫師分析核醫心臟影像,例如 GE Healthcare 在 Xeleris 2 Workstation 上會提供 Myovation 或 Myometrix 軟體來分析心肌灌流影像(myocardial perfusion imaging,亦可稱為 myocardial perfusion scintigraphy 或 myocardial perfusion SPECT)。除此之外,也可以使用所謂的軟體協力廠商(3rd party software)提供的軟體,例如 Emory University「Nuclear Cardiology Research & Development Lab」開發的 Emory Cardiac ToolBox(ECToolBox)或 Cedars-Sinai Medical Center「Artificial Intelligence in Medicine(AIM)」團隊開發的 Cedars-Sinai Cardiac Suite 軟體等等。

GE Xeleris 2 Workstation 的 Myometrix 畫面(Olympus mju-II 底片機拍攝)

這些軟體都很偉大,因為這些軟體每天真正應用在實際的臨床用途上,不是在研究論文上跑跑模型。更因如此,核醫科醫師與放射師等核醫科醫療人員更應該瞭解這些軟體的建構邏輯與使用方法。此次「第一屆台灣核子心臟學術研討會(The First Taiwan Nuclear Cardiology Symposium)」榮幸邀請到 ECToolBox 的設計者之一陳季博士來台演講,可以第一線知道 ECToolBox 的設計理念。

以之前、目前與未來的服務單位來說,因為使用的 SPECT 或 SPECT/CT 機種皆為 GE Healthcare 體系,影像處理工作站使用的是 GE Xeleris 2 Workstation,其作業系統使用的是微軟 Windows XP,而核醫影像應用軟體平台則為 GE Xeleris 2.X 版本。因此,在 GE Healthcare 軟硬體架構下,核醫心臟通常使用 Myovation/Myometrix 或 ECToolBox。

除此之外,Cedars-Sinai Medical Center「Artificial Intelligence in Medicine(AIM)」團隊開發的核醫心臟影像處理軟體(在此簡稱 Cedars-Sinai Cardiac Suite)受到學界相當大的重視,應用相當廣泛,可惜醫院購買 GE Healthcare 相關 SPECT or SPECT/CT 機台時,Cedars-Sinai Cardiac Suite 通常屬於選配,無緣一窺堂奧,只能看大師 Dr. Germano 等人寫的大作「Germano G, Kavanagh PB, Slomka PJ, Van Kriekinge SD, Pollard G, Berman DS. Quantitation in gated perfusion SPECT imaging: the Cedars-Sinai approach. J Nucl Cardiol. 2007 Jul;14(4):433-54」過過癮。

這篇文章看過許多次,每次閱讀都有不同感受;可是軟體應用不只是看看就可以,紙上談兵用處不大,軟體還是得親手實際操作比較準確。不只先玩再說,還得輔以操作手冊以及相關文獻,才是練功不二法門,再加上前輩、專家或同儕分享經驗,誠屬必要。

此篇文章中很特別的地方是,大師 Dr. Germano 引用彰濱秀傳紀念醫院核子醫學科洪光威醫師的大作,而且不只在內文中引用,還直接放入表格與其他作者的文章作比較,這是台灣的光榮,如下圖所示:

表格摘自「Germano G, Kavanagh PB, Slomka PJ, Van Kriekinge SD, Pollard G, Berman DS. Quantitation in gated perfusion SPECT imaging: the Cedars-Sinai approach. J Nucl Cardiol. 2007 Jul;14(4):433-54」。

因此,特地情商台灣 GE Healthcare 安裝 Cedars-Sinai Cardiac Suite 試用版,驗證上述文章提到的相關法則。在此也感謝台灣 GE Healthcare 以及諸位 GE 工程師、專員等人的協助安裝。

基本上,核醫心臟影像收集(acquisition)之後,這類整合性軟體大致上分為三種軌跡流程模式(software trail)來循序漸進處理影像,如下圖所示。

圖片來自Cedars-Sinai Medical Center「Artificial Intelligence in Medicine(AIM)」網頁。

以 Cedars-Sinai Cardiac Suite 來說,第一個步驟稱為「processing」,從原生投影影像(raw projection image)產生各種切面影像,其中包含 filtering、reconstruction、reorientation 等過程,軟體名稱為「AutoSPECT」;第二個步驟為「quantitation」,從影像中擷取各種心臟定量資訊,包含 perfusion、function 或其他功能性的分析,軟體名稱為「QPS」、「QGS」與「AutoQUANT」;最後步驟則為「reporting」,包含 cover letter,perfusion、function 與 ECG 的報告系統,軟體名稱叫做「ARG」;每一個步驟都可以說是一個專家系統(expert system)。

以這次情商台灣 GE Healthcare 安裝的試用版來說,與網路上的介紹或論文中的差異如下:
  1. 沒有 AutoSPECT 軟體:這個軟體的作用是從原生投影影像產生各種切面影像,可能專屬於 Philips Medical Systems。不過,我記得曾經看過 desktop PC 的版本(version 2009)有 AutoSPECT,詳情有待確認。我不太喜歡軟體只給一半,尤其「processing」第一步驟非常重要,常常會影響診斷。使用 Xeleris 2.X 版本上的 ECToolBox 發現,這一步驟的軟體都會呼叫 Myovation/Myometrix 來作第一步驟的 tasks,這一部份跟 QPS/QGS 試用版的軟體流程一樣。這種設計我個人不是很認同就是了,或許 vendors 有自己的設計邏輯吧。不知道 Siemens 那邊的軟體平台對於這類狀況如何處理?
  2. 沒有 AutoQUANT 軟體:包含 QPS 與 QGS 的 package,應該專屬於 Philips Medical Systems。
  3. ARG 軟體:我得再找找,似乎是沒看到。
或許是硬體工程師對於種類繁雜的軟體無法一一釐清,畢竟只聽過 QPS/QGS 的人比較多,最常被使用的也是 QPS/QGS package;當然,如果由軟體工程師與 end user 討論後,協同硬體工程師一起來幫忙會比較好。關於 Cedars-Sinai Cardiac Suite 的內含軟體種類,可以參考 Cedars-Sinai Medical Center「Artificial Intelligence in Medicine(AIM)」團隊的 Applications 網頁。

除此之外,QPS/QGS 試用版缺少文章提到的許多重要功能或參數:
  1. TPD(total perfusion deficit)
  2. Diastolic function:或許 ECG-gated SPECT 得收集到 16 frame 才會出現吧?
  3. Phase analysis
  4. SS%、SR% 與 SD%:雖然可以自己動手算,但是自動呈現不是更好嗎?
  5. TID(transient ischemic dilation):如 4 所言。
  6. Eccentricity and LV shape index
以上缺少的功能或參數,可能只是試用版或版本的關係,或者是我找不到藏在那邊,但是有機會應該試試看正式版是否有這些重要的功能或參數。

最後,文章中的 Table 3 提供的「normal limits for quantitative measurements of global LV function」很重要,雖然東方人不見得適用,但是一定要參考,因為每種軟體算出來多少都會有差異。東方人這部分的資料,或許可以參考日本大型 J-ACCESS 研究。

使用 Ulead GIF Animator 5.05 軟體製作核醫左心室壁動態(wall motion)GIF 影像。
附註一:因為雙和醫院核醫科目前不施作 ECG-gated myocardial perfusion imaging,特此感謝彰濱秀傳紀念醫院核醫科洪光威主任提供核子醫學心臟影像(Tl-201 ECG-gated myocardial perfusion imaging)之 DICOM 檔案作為試用軟體驗證與示範用途。經過洪光威醫師的調校之下,彰濱秀傳紀念醫院核醫科執行的各類核子醫學心臟影像檢查,我覺得是目前台灣核醫心臟影像品質最棒的臨床單位。同時,洪光威醫師不時還會與國外核醫影像處理著名學者許百靈博士與陳季博士討論,精進各項細節技術。

附註二:SPECT 全名為「single photon emission computed tomography」,多譯為「單光子射出電腦斷層」,相當繞口。而 SPECT/CT 則是結合 SPECT 與 CT(computed tomography)而成的核醫機種,類似 PET/CT(正子電腦斷層)的整合式概念。因此,為了避免繞口,也跟正子電腦斷層相呼應,因此我暱稱 SPECT/CT 為「光子電腦斷層」,好記又好聽,會讓我想到無敵鐵金剛等機器人卡通的正義武器。是的,不論是 PET/CT 或 SPECT/CT 都是醫療的正義儀器,都是為了造福人群的高科技生醫影像儀器,或說是分子醫學影像儀器也可以啦!

附註三:QPS 軟體全名為「Quantitative Perfusion SPECT」,QGS 全名則為「Quantitative Gated SPECT」。