Validation of automated image co-registration integrated into in-house software for voxel-based internal dosimetry on single-photon emission computed tomography images

Abstract

Abstract Objective: To develop an automated co-registration system and test its performance, with and without a fiducial marker, on single-photon emission computed tomography (SPECT) images. Materials and Methods: Three SPECT/CT scans were acquired for each rotation of a Jaszczak phantom (to 0°, 5°, and 10° in relation to the bed axis), with and without a fiducial marker. Two rigid co-registration software packages-SPM12 and NMDose-coreg-were employed, and the percent root mean square error (%RMSE) was calculated in order to assess the quality of the co-registrations. Uniformity, contrast, and resolution were measured before and after co-registration. The NMDose-coreg software was employed to calculate the renal doses in 12 patients treated with 177Lu-DOTATATE, and we compared those with the values obtained with the Organ Level INternal Dose Assessment for EXponential Modeling (OLINDA/EXM) software. Results: The use of a fiducial marker had no significant effect on the quality of co-registration on SPECT images, as measured by %RMSE (p = 0.40). After co-registration, uniformity, contrast, and resolution did not differ between the images acquired with fiducial markers and those acquired without. Preliminary clinical application showed mean total processing times of 9 ± 3 min/patient for NMDose-coreg and 64 ± 10 min/patient for OLINDA/EXM, with a strong correlation between the two, despite the lower renal doses obtained with NMDose-coreg. Conclusion: The use of NMDose-coreg allows fast co-registration of SPECT images, with no loss of uniformity, contrast, or resolution. The use of a fiducial marker does not appear to increase the accuracy of co-registration on phantoms.

Resumo Objetivo: Desenvolver corregistro automático e testar seu desempenho com ou sem marcador fiducial em imagens de tomografia computadorizada de emissão de fóton único (SPECT). Materiais e Métodos: Três SPECT/CTs foram adquiridas para cada rotação de um simulador de Jaszczak em relação ao eixo da maca (0°, 5° e 10°), com e sem fiducial. Dois métodos de corregistro inelástico foram aplicados - SPM12 e NMDose-coreg -, e a porcentagem do erro quadrático médio (%RMSE) foi usada para analisar a qualidade do corregistro. Uniformidade, contraste e resolução foram medidos antes e após o corregistro. NMDose com corregistro automático foi usado para calcular a dose renal de 12 pacientes tratados com 177Lu-DOTATATE e comparado com OLINDA/EXM. Resultados: A marcação fiducial não modificou a qualidade do corregistro das imagens SPECT, medida pela %RMSE (p = 0,40). Não houve impacto na uniformidade, contraste e resolução após o corregistro de imagens adquiridas com ou sem fiduciais. Aplicação clínica preliminar mostrou tempo total de processamento de 9 ± 3 min/paciente para NMDose e 64 ± 10 min/paciente para OLINDA/EXM, com alta correlação entre ambos, apesar de menor dose renal em NMDose. Conclusão: NMDose-coreg permite o corregistro rápido de imagens SPECT, sem perda de uniformidade, contraste ou resolução. O uso da marcação fiducial não aumentou a precisão do corregistro em fantomas.