Quantifying the effect of vertical motion of patient during gated myocardial perfusion SPECT on indices of perfusion and function of left ventricle

Abstract

Objective

To assess the effect of software-simulated “bouncing” motion on left ventricle (LV) perfusion and function indices concerning three main determinants of motion (duration, magnitude and time) by evaluating the sole effect and interaction of these attributes in a statistical model.

Methods

Twenty-nine gated myocardial perfusion SPECT scans were selected for the study and then, “bounce” motion pattern was simulated manually regarding three main attributes of motion including duration (short versus long), magnitude (2 versus 4 pixels) and time (early versus late), all in upward vertical direction. All SPECT images are reconstructed and filtered with an identical method (OSEM algorithm) and same parameters. Indices of LV myocardial perfusion and function are derived using QGS package of Cedars-Sinai software in original and simulated-motion images and are then compared with each other. Two- and three-way Repeated Measure Within-Subjects ANOVA tests are conducted to evaluate the main effect of each variable or attribute and the interaction between them.

Results

Summed scores increase roughly exponentially from “no motion” to short bounce and then, to long bounce. In long 4-pixel bounce, perfusion defects are remarkable. All comparisons of defect extent (DE) and total perfusion deficit (TPD) are statistically significant. Mean difference between short bounce motion patterns with “no motion” is small even in 4-pixel movements (almost 3% or lower). In contrast, mean difference between long bounce motion patterns with “no motion” is higher than 5%. Using a paired-sample t-test, in all pairs, mean difference for ejection fraction (EF) is less than 4% which all are statistically significant. Value of end-diastolic volume (EDV) and end-systolic volume (ESV) are consistently decreased based on duration (from short to long) and magnitude (from 2 to 4 pixels). Using Within-Subjects ANOVAs, in long bounce, main effect of magnitude and interaction of magnitude and time, but not time solely, were statistically significant. In 2-pixel magnitude, none of variables and their interaction were significant, but in 4-pixel magnitude, EF showed statistical significance with duration.

Conclusion

The perfusion parameters are to a higher extent involved by motion particularly in long bounce with a 4-pixel displacement. In short bounce, the effect is negligible, and therefore, no need to repeat the scan. Parameters of function are much less vulnerable to be affected by motion. Thus, contrary to current recommendations, there may be less need to repeat the scan in short 2-pixel bounce.

Resumen

Objetivo

Evaluar el efecto del movimiento de "rebote" simulado por software en los índices de perfusión y función del ventrículo izquierdo en relación con tres determinantes principales del movimiento (duración, magnitud y tiempo) mediante la evaluación del efecto único y la interacción de estos atributos en un modelo estadístico.

Métodos

Para el estudio, se seleccionaron veintinueve exploraciones gated-SPECT de perfusión miocárdica y a continuación se simuló manualmente el patrón de movimiento de "rebote" con respecto a tres atributos principales del movimiento, esto es, duración (corta vs. larga), magnitud (2 vs. 4 píxeles) y tiempo (precoz vs. tardío), todo ello en la dirección vertical ascendente. Todas las imágenes SPECT se reconstruyeron y filtraron utilizando un método idéntico (algoritmo OSEM) y con los mismos parámetros. Los índices de perfusión y función miocárdica del ventrículo izquierdo se obtuvieron a partir del programa informático QGS del Cedars-Sinai en las imágenes originales y de movimiento simulado y a continuación se comparan entre sí. Se aplicaron pruebas ANOVA de medidas repetidas intrasujeto de dos y tres vías para evaluar el efecto principal de cada variable o atributo y la interacción entre ellos.

Resultados

Las puntuaciones sumadas aumentan aproximadamente de manera exponencial desde "sin movimiento" hasta un rebote corto y, luego, hasta un rebote largo. En el rebote largo de 4 píxeles, los defectos de perfusión son notables. Todas las comparaciones de extensión del defecto y déficit total de perfusión son estadísticamente significativas. La diferencia media entre los patrones de movimiento de rebote corto con "sin movimiento" es pequeña incluso en movimientos de 4 píxeles (casi el 3 % o menos). Por el contrario, la diferencia media entre los patrones de movimiento de rebote largo con "sin movimiento" es superior al 5 %. Usando una prueba t de muestra pareada, en todos los pares, la diferencia media para fracción de eyección es inferior al 4%, todos los cuales son estadísticamente significativos. El valor de volumen telediastólico y volumen telesistólico disminuye constantemente según la duración (de corto a largo) y la magnitud (de 2 a 4 píxeles). Usando ANOVA dentro de los sujetos, en el rebote largo, el efecto principal de la magnitud y la interacción de la magnitud y el tiempo, pero no solo el tiempo, fueron estadísticamente significativos. En la magnitud de 2 píxeles, ninguna de las variables y su interacción fueron significativas, pero en la magnitud de 4 píxeles, fracción de eyección mostró significación estadística con la duración.

Conclusión

Los parámetros de perfusión están en mayor medida afectados por el movimiento, particularmente en el rebote largo con un desplazamiento de 4 píxeles. En rebote corto, el efecto es insignificante y, por lo tanto, no es necesario repetir el escaneo. Los parámetros de función son mucho menos vulnerables a verse afectados por el movimiento. Por lo tanto, contrariamente a las recomendaciones actuales, puede haber menos necesidad de repetir el escaneo en un rebote corto de 2 píxeles.