Left Ventricular Ejection Fraction Evaluation Using SPECT Images

Mahmoud A. A. Musa; Sulieman M. S. Zobly; Mawahib G. A. Ahmed

Mahmoud A. A. Musa 3University of Gezira, Faculty of Engineering and Technology, Sudan
Sulieman M. S. Zobly University of Gezira; National Cancer Institute , Sudan
Mawahib G. A. Ahmed

الملخص

يعد القياس الدقيق لنسبة القذف البطيني الأيسر (LVEF) من تصوير الطب النووي المزامن بالبوابة SPECT ضرورياً لتقييم وظيفة القلب وتحديد خطة العلاج. لكن البرمجيات التجارية مثل QGS و 4D-MSPECT باهظة الثمن وغير متاحة في المراكز ذات الموارد المحدودة. تهدف هذه الدراسة إلى تطوير والتحقق من صحة خوارزمية شبه آلية باستخدام MATLAB لحساب LVEF من صور SPECT، معتمدين على التصوير بالرنين المغناطيسي للقلب CMRI كمعيار مرجعي ذهبي . أُجريت الدراسة على 12 مريضاً مشتبهاً بإصابتهم بمرض الشريان التاجي )متوسط العمر 58.3 ± 9.7 سنة؛ 7 ذكور و5 إناث.) خضع جميع المرضى لفحص SPECT المزامن وفحص CMRI في نفس اليوم بعد الحصول على الموافقة الأخلاقية من لجنة المراجعة المؤسية بجامعة الجزيرة. تمت إعادة بناء صور SPECT بفلتر هانينج، ثم معالجتها بفلتر غاوسي ثلاثي الأبعاد لإزالة الضوضاء. جُزئ البطين الأيسر شبه آلياً بدالة `activecontour`، واستُخرجت قيم نهاية الانبساط EDC ونهاية الانقباض ESC بدالة `regionprops` لحساب LVEF بالمعادلة [(EDC-ESC)/EDC] × 100 . قُيم الأداء باستخدام ارتباط بيرسون، ومعامل ICC، وتحليل بلاند-ألتمان مقارنةً بـ CMRI بطريقة سيمبسون. كان متوسط LVEF بـ MATLAB 44.8 ± 16.2% لصور SPECT مقابل 52.3 ± 16.8% لصور CMRI، مع ارتباط قوي r=0.94 وICC=0.93 . حساسية الكشف عن LVEF<50% كانت 85.7% والنوعية 100% . توفر خوارزميةMATLAB بديلاً دقيقاً ومنخفض التكلفة لقياس الكسر القذفي للبطين الايسر لذلك اوصى بتطبيفها، مع ضرورة إجراء دراسات متعددة المراكز بعينة أكبر.

المراجع

[1] Altman, D.G. (1991). Practical statistics for medical research. Chapman and Hall, London. ISBN:978-0412276309.
[2] Bavelaar-Croon, C.D.L., Kayser, H.W.M., van der Wall, E.E. (2000). Left ventricular function: correlation of quantitative gated SPECT and MR imaging over a wide range of values. Radiology, 217: 572–575.
[3] Bax,J.J, Delgado, V. (2010). Role of multimodality imaging , European heart Journal,31(22), 2721 -2732 .
[4] Bonhorst, D., Guerreiro, S., Fonseca, C., et al. (2019). Real-life data on heart failure before and after CRT/ICD implantation. Rev Port Cardiol , 38(1): 33–41.
[5] Cerqueira, M.D., Weissman, N.J., Dilsizian, V., et al. (2002). Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart Circulation, 105: 539–542.
[6] Chan, J., Jenkins, C., Khafagi, F., et al.(2006). Optimal clinical technique for measurement of left ventricular volume after myocardial infarction. _J. Am. Soc. Echocardiogr._, 19: 192–201.
[7] DePuey, E.G., Nichols, K., Dobrinsky, C. (1993). Left ventricular ejection fraction assessment from gated technetium-99m sestamibi SPECT. _J. Nucl. Med._, 34: 1871–1876.
[8] Germano, G., Kavanagh, P.B., Berman, D.S.(1994). An automatic approach to the analysis, quantitation and review of perfusion and function from myocardial perfusion SPECT images. Int. J. Card. Imag., 13: 337–346.
[9] Germano, G., Kiat, H., Kavanagh, P.B., et al.(1995). Automatic quantification of ejection fraction from gated myocardial perfusion SPECT. _J Nucl Med._, 36: 2138–2147.
[10] Ioannidis, J.P., Trikalinos, T.A., Danias, P.G.(2002). ECG-gated SPECT versus cardiac MRI for the assessment of left ventricular volumes and ejection fraction. J. Am. Coll. Cardiol , 39: 2059–2068.
[11] Iskandrian, A.E., Germano, G., VanDecker, W., et al. (1998). Validation of left ventricular volume measurements by gated SPECT 99mTc-labeled sestamibi imaging. J Nucl Cardiol., 5: 574–581.
[12] Kim, Y., Lee, S.A., Kim, J., et al. (2025). Feasibility, accuracy and prognostic value of fully automated LVEF. Scientific Reports, Nature. PMID: 40312345.
[13] Kosaraju, A., Goyal, A., Grigorova, Y., Makaryus, A.N. (2022). Left ventricular ejection fraction.In StatPearls.StatPearls Publishing.ISBN:978-1-61533-065-8
[14] Lang, R.M., Badano, L.P., Mor-Avi, V., et al. (2015). Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults. J American Soc. Echocardiography., 28(1): 1–39.
[15] Lim, T.K., Burden, L., Janardhanan, R., et al. (2006). Contrast echocardiography versus gated SPECT for assessment of left ventricular remodeling after acute myocardial infarction. J. Am. Soc. Echocardiogr., 19: 280–284.
[16] Marques, O., Borba, G.B. (2024). Image Processing Recipes in MATLAB.(1st ed).CRC Press.ISBN: 978-1032289476.
[17] Moon, Y.J., Kim, J.W., Bang, Y.S., et al. (2019). Prediction of all-cause mortality after liver transplantation using left ventricular function assessment. PLoS One, 14(1): e0209100.
[18] Patel, A.R. and Kadakia, J. (2024). Clinical interpretation of LVEF in heart failure guidelines. J Card Fail., 30(2): 145–152.
[19] Ross, J.C. and O’Connell, R.P. (2023). MATLAB-based image segmentation for cardiac nuclear medicine. Comput Methods Programs Biomed., 231: 107396.
[20] Slomka, P.J., Berman, D.S. and Germano, G. (2012). Quantification of myocardial perfusion SPECT. J Nucl Cardiol, 19(4): 817–836.
[21] Song, L., Brezden-Masley, C., Ramanan, V., et al. (2019). Serial measurements of left ventricular systolic and diastolic function by cardiac magnetic resonance imaging. Am J Cardiol., 123(7): 1173–1179.
[22] Vallejo, E., Dione, D.P., Sinusas, A.J., Wackers, F.J.T.(2000) Assessment of left ventricular ejection fraction with quantitative gated SPECT: accuracy and correlation with first-pass radionuclide angiography. _J. Nucl. Cardiol._, 7: 461–470.
[23] Wagner, A., Mahrholdt, H., Holly, T. (2003). Contrast-enhanced MRI and routine SPECT perfusion imaging for detection of subendocardial myocardial infarction. Lancet, 361: 374–379.
[24] Zhuang, X., Li, L., Payer, C., et al. (2019). Evaluation of algorithms for multi-modality whole heart segmentation. Med Image Anal., 58: 101537.