Consideration of Normal Variation of Perfusion Measurements in the Quantitative Analysis of Myocardial Perfusion SPECT: Usefulness in Assessment of Viable Myocardium

Purpose: Although automatic quantification software of myocardial perfusion SPECT provides highly objective and reproducible quantitative measurements, there is still some limitation in the direct use of quantitative measurements. In this study we derived parameters using normal variation of perfusion measurements, and tried to test the usefulness of these parameters. Materials and Methods: In order to calculate normal variation of perfusion measurements on myocardial perfusion SPECT, 55 patients (M:F = 28:27) of low-likelihood for coronary artery disease were enrolled and $^{201}TI$ rest/$^{99m}Tc$-MIBI stress SPECT studies were performed. Using 20-segment model, mean (m) and standard deviation (SD) of perfusion were calculated in each segment. As a myocardial viability assessment group, another 48 patients with known coronary artery disease, who underwent coronary artery bypass graft surgery (CABG) were enrolled. $^{201}TI$ rest/$^{99m}Tc$-MIBI stress / $^{201}TI$ 24-hr delayed SPECT was performed before CABG and SPECT was followed up 3 months after CABG. From the preoperative 24-hr delayed SPECT, $Q_{delay}$ (perfusion measurement), ${\Delta}_{delay}$ ($Q_{delay}$ - m) and $Z_{delay}$ (($Q_{delay}$ - m)/SD) were defined and diagnostic performances of them for myocardial viability were evaluated using area under curve (AUC) on receiver operating characteristic (ROC) curve analysis. Results: Segmental perfusion measurements showed considerable normal variations among segments. In men, the lowest segmental perfusion measurement was $51.8{\pm}6.5$ and the highest segmental perfusion was $87.0{\pm}5.9$, and they are $58.7{\pm}8.1$ and $87.3{\pm}6.0$, respectively in women. In the viability assessment $Q_{delay}$ showed AUC of 0.633, while those for ${\Delta}_{delay}$ and $Z_{delay}$ were 0.735 and 0.716, respectively. The AUCs of ${\Delta}_{delay}$ and $Z_{delay}$ were significantly higher than that of $Q_{delay}$ (p = 0.001 and 0.018, respectively). The diagnostic performance of ${\Delta}_{delay}$, which showed highest AUC, was 85% of sensitivity and 53% of specificity at the optimal cutoff of -24.7. Conclusion: On automatic quantification of myocardial perfusion SPECT, the normal variation of perfusion measurements were considerable among segments. In the viability assessment, the parameters considering normal variation showed better diagnostic performance than the direct perfusion measurement. This study suggests that consideration of normal variation is important in the analysis of measurements on quantitative myocardial perfusion SPECT.

심근관류 SPECT의 정량적 분석에서 관류정량값 정상변이의 고려: 생존심근 평가에서의 유용성

목적: 심근관류 SPECT에서 자동정량화 소프트웨어를 이용해 관류 및 기능에 대한 객관적이고 재현성 높은 정량 값을 얻을 수 있지만, 이러한 정량값들을 이용할 때는 분절별로 적지 않은 정상변이가 있음을 고려해야 한다. 이 연구에서는 관류에 대한 정량값에서 정상변이를 고려한 새로운 지표들을 유도하고, 이러한 지표들이 임상적 유용성을 가지는지 생존심근 평가를 통해 알아보았다. 대상 및 방법: 심근관류 SPECT에서 관류의 정상변이를 구하기 위해 55명(남:여=28:27)의 관상동맥질환 저확률군을 선정하였다. 이들에게서 $^{201}Tl$ 휴식기/$^{99m}Tc-MIBI$ 부하기 심근관류 SPECT를 실시하고, 20분절 모델을 이용하여 $^{201}Tl$ 휴식기 관류정량값에 대한 각 분절의 평균(m)과 표준편차(SD)를 구하였다. 생존심근 평가를 위해서는 관상 동맥질환을 진단 받고 관상동맥우회로이식술(CABG)을 시행한 환자 48명을 연구대상에 포함하였다. 이들은 수술전 $^{201}Tl$ 휴식기/$^{99m}Tc$-MIBI 부하기 게이트/$^{201}Tl$ 24시간 지연 SPECT을 실시하였고, 수술 3개월 후 추적 게이트 SPECT를 실시하여 생존심근을 판정하였다. 수술 전 $^{201}Tl$ 24시간 지연 SPECT에서 분절별 $Q_{delay}$ (관류정량값), ${\Delta}_{delay}$ ($Q_{delay}$ - m), $Z_{delay}$ (($Q_{delay}$ - m)/SD)가 정의되었고 이들의 생존심근에 대한 진단성적은 수신자특성곡선 상의 곡선하면적(AUC)을 통해 평가하였다. 결과: 관류정량값은 분절 사이에 상당한 변이를 보여, 남자의 경우 최저치 분절에서 $51.8{\pm}6.5$, 최고치 분절에서 $87.0{\pm}5.9$였고, 여성의 경우 최저치 분절 $58.7{\pm}8.1$, 최고치 분절 $87.3{\pm}6.0$으로 나타났다. 생존심근에 대한 진단성능 평가에서 $Q_{delay}$의 AUC는 0.633인데 반해 ${\Delta}_{delay}$와 $Z_{delay}$의 AUC는 각각 0.735와 0.716으로 나타나 $Q_{delay}$에 비해 유의하게 높은 값을 보였다(각각 p=0.001, 0.018). 가장 높은 AUC를 보인 ${\Delta}_{delay}$는, 최적분리점 -24.7에서 85%의 예민도와 53%의 특이도를 가지는 것으로 나타났다. 결론: 심근관류 SPECT의 자동 정량화 분석에서 관류정량값의 정상변이는 분절에 따라 상당한 것으로 나타났다. 이들을 고려하여 유도된 정량적 지표들은 직접적인 관류정량값에 비해 생존심근 진단에서 더 나은 진단성적을 보였다. 이 연구는 심근관류 SPECT의 정량적 분석에서 정상변이의 고려가 중요함을 시사한다.