PET/CT圖像偽影初探

陳澤龍，趙春雷，王志敏，錢根年，楊忠東，陳自謙

南京軍區(qū)福州總醫(yī)院　醫(yī)學(xué)影像科，福建　福州　350025

PET/CT圖像偽影初探

陳澤龍，趙春雷，王志敏，錢根年，楊忠東，陳自謙

南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，福建福州350025

[摘要]PET/CT在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用和肯定，但是PET/CT圖像同樣存在一些偽影并且這些偽影很有可能影響醫(yī)師的診斷。本文從4個方面對PET/CT偽影進(jìn)行闡述，從原理和技術(shù)層面分析了偽影的成因，總結(jié)了目前解決偽影的一些方法。

[關(guān)鍵詞]PET/CT；運(yùn)動偽影；衰減校正偽影；圖像融合；圖像質(zhì)量；容積效應(yīng)

0　前言

近10年來，PET/CT（正電子發(fā)射斷層顯像/X線計算機(jī)體層成像）在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是FDGPET/CT在腫瘤的定性、分期、定位及癲癇病灶的定位等方面，為臨床醫(yī)生的正確診斷和治療做出重要貢獻(xiàn)。PET/CT以其高質(zhì)量的圖像為臨床提供豐富的診斷信息，但PET/CT圖像同樣也存在著一些不可克服或者說難以克服的缺陷，即偽影。PET/CT偽影有的來源于其成像原理，有的來源于設(shè)備的構(gòu)造，有的來源于受檢患者自主或者不自主的運(yùn)動，同時還有其他一些偽影，本文從4個方面對PET/CT偽影進(jìn)行歸納綜述。

1　CT衰減校正偽影

PET成像的基本原理是晶體探測在符合時間窗內(nèi)有兩個互成180°的511 keV γ光子，γ光子從人體到達(dá)探測器的過程中會發(fā)生衰減，這個衰減對圖像造成的影響不能忽略，因此需要進(jìn)行衰減校正。單純PET的衰減校正采用68Ge棒源，68Ge棒源發(fā)射的也是511 keV γ光子，與PET檢查所用的正電子放射性核素衰變所發(fā)射的γ射線能量一致，因此，采用68Ge棒源進(jìn)行衰減校正得到的衰減校正系數(shù)與正電子放射性核素衰變所發(fā)射的γ射線的衰減校正系數(shù)是一樣的，不會產(chǎn)生誤差。PET/CT采用CT的透射掃描數(shù)據(jù)計算衰減校正系數(shù)，它的好處是將整個檢查時間減少了近40%[1]，同時CT掃描數(shù)據(jù)還可以提供診斷信息，但是由于CT掃描發(fā)射的是X光子，它是能量范圍從40～140 keV的廣譜射線[2]，在人體組織中主要發(fā)生光電效應(yīng)，而光電效應(yīng)的發(fā)生率與原子系數(shù)相關(guān)，高原子系數(shù)材料明顯高于低原子系數(shù)材料；而γ光子在人體組織中主要發(fā)生康普頓散射，康普頓散射的發(fā)生率只與電子密度相關(guān)，因此CT透射掃描發(fā)射的X射線對高原子系數(shù)材料如骨組織的衰減明顯高于低原子系數(shù)材料如軟組織的衰減，而511 keV γ光子在軟組織和骨組織中的衰減幾乎沒有差別。因此將CT透射掃描得到的線性衰減系數(shù)轉(zhuǎn)化為γ光子的衰減系數(shù)將會產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致過度校正而產(chǎn)生PET/CT偽影，需要對CT X射線衰減系數(shù)進(jìn)行校正。目前CT衰減校正算法主要有5種：① 比例縮放法（Scaling）；② 分割法（Segmentation）；③ 雙值組合法（Hybrid）；④雙線性法（Bilinear）；⑤ 雙能CT法，臨床上采用比較多的是雙線性法[3]。

1.1體內(nèi)金屬植入物產(chǎn)生的偽影

體內(nèi)金屬植入物包括心臟起搏器、人工關(guān)節(jié)、義齒、外科整形材料和化療泵等，單純的PET采用68Ge棒源進(jìn)行衰減校正，這些高密度材料不會造成偽影，對圖像沒有影響。PET/CT采用CT進(jìn)行衰減校正，在PET/CT融合圖像上就會形成FDG高攝取的偽影，同時在CT圖像上也會形成條狀偽影。這種偽影一般對有經(jīng)驗(yàn)的診斷醫(yī)師不會造成困擾，通過重建非衰減校正圖像可以進(jìn)行識別（圖1）。但是對于金屬植入物附近的腫瘤病灶則有可能因?yàn)閭斡岸斐陕┰\或者誤診，例如裝有義齒的頭、頸部惡性腫瘤患者。另外有學(xué)者研究指出[4]，包括體內(nèi)金屬植入物等高密度材料產(chǎn)生偽影的原因不一定單純就是CT衰減校正造成的，在PET采集過程中高密度材料自身存在運(yùn)動同時其周邊組織器官攝取放射性藥物，導(dǎo)致在重建的PET/CT圖像上高密度材料呈現(xiàn)高攝取的偽影。

圖1 體內(nèi)心臟起搏器導(dǎo)致的偽影，A：經(jīng)CT衰減校正圖像，在PET和PET、CT融合圖像上放置心臟起搏器的地方均可見示蹤劑濃聚灶；B：不帶衰減校正圖像，從圖像上可以看到在同樣的地方，濃聚灶消失了，說明是個偽影。

1.2對比劑產(chǎn)生的偽影

PET/CT檢查一般使用含碘的口服對比劑，這種對比劑一般濃度不高，雖然其密度比較高，CT衰減校正會有一定的誤差，但不會對PET/CT圖像質(zhì)量產(chǎn)生明顯的不良影響。但是對于PET/CT檢查前口服鋇劑做胃腸鋇餐檢查或者鋇灌腸檢查的患者，其體內(nèi)的鋇濃度很高，在CT和PET/CT圖像上會產(chǎn)生嚴(yán)重偽影，對于這類患者應(yīng)詳細(xì)詢問病史，選擇合適的檢查時間。

PET/CT檢查中CT部分的掃描可以有3種方法：① 低劑量掃描（約40 mAs），主要用于衰減校正和定位；② 靜脈內(nèi)注射對比劑或者口服對比劑正常劑量掃描（大概140 mAs）；③ 低劑量CT和正常劑量CT（靜脈內(nèi)注射或者口服對比劑）兩次掃描[1]。兩次CT掃描是為了避免對比劑影響CT衰減校正，但是增加了患者的輻射劑量。靜脈內(nèi)注射對比劑一般不會影響診斷醫(yī)師對PET/CT圖像的判讀，事實(shí)上考慮到PET檢查前增強(qiáng)CT的針對性以及受檢查患者所接受的輻射劑量，目前很少在PET檢查前做增強(qiáng)CT掃描。我院的做法是先口服對比劑進(jìn)行CT掃描，之后進(jìn)行PET掃描，如果診斷需要再進(jìn)行增強(qiáng)CT補(bǔ)充掃描。

1.3淋巴結(jié)鈣化產(chǎn)生的偽影

淋巴結(jié)鈣化產(chǎn)生的偽影可能是臨床上最有意義但又少有報道的CT衰減校正偽影。有研究報道患右肺早期鱗癌的病人其對側(cè)肺門單個鈣化淋巴結(jié)對FDG表現(xiàn)出高攝取的假像，如果偽影沒有被察覺，就有可能得出臨床IIIB期的診斷，通過非衰減校正圖像可避免此類誤診。

2　患者運(yùn)動偽影

運(yùn)動偽影屬于非衰減校正偽影，主要包括患者由于體位不適改變體位的自主運(yùn)動偽影和不自主運(yùn)動偽影，不自主運(yùn)動偽影主要包括呼吸運(yùn)動偽影和胃腸道運(yùn)動偽影。

2.1呼吸運(yùn)動偽影

患者接受PET/CT檢查時一般采取自由呼吸，由于PET采集時間比較長（12～25 min），得到的圖像包含多個呼吸周期，CT的掃描速度很快，得到的是某個呼吸時相的圖像，而患者自由呼吸使得胸廓、膈肌及其附近的臟器（肝、肺等）位置不斷變化，造成PET和CT圖像位置匹配出現(xiàn)誤差，產(chǎn)生偽影（圖2）。

Beyer 等研究統(tǒng)計指出如果沒有采取任何控制呼吸的措施，那么呼吸運(yùn)動偽影的發(fā)生率將達(dá)到98%[5]。呼吸運(yùn)動偽影主要表現(xiàn)為肝臟畸形變和肝臟重疊于肺底，肝臟和肺之間出現(xiàn)一個放射性冷區(qū)，對于肺部病變，呼吸運(yùn)動偽影對肺外周和基底部病變的影響明顯大于其對肺頂部和肺中央病變的影響[6]。

呼吸運(yùn)動偽影嚴(yán)重影響了PET/CT對胸腹部腫瘤的正確診斷和放射治療計劃的制定，偽影使腫瘤邊界不清位置無法確定，影響放射治療計劃對靶區(qū)的界定，同時也影響SUV（標(biāo)準(zhǔn)攝取值）值，使測得的SUV值比真實(shí)值小。消除呼吸運(yùn)動偽影的方法之一是采用呼吸門控技術(shù)，所謂PET/CT呼吸門控技術(shù)即四維PET/CT采集[7-8]，是通過特定的設(shè)備采集呼吸運(yùn)動信號，在實(shí)時呼吸門控系統(tǒng)的指導(dǎo)下，將CT和PET床位采集的呼吸周期分為若干時相，再將同一時相的CT圖像和PET圖像進(jìn)行配準(zhǔn)和衰減校正，得到校正后的PET/CT圖像，一般CT的床位采集時間會略多于一個呼吸周期，PET仍然是常規(guī)的采集時間，經(jīng)過呼吸門控技術(shù)校正的PET/CT圖像的呼吸運(yùn)動偽影明顯減輕。呼吸運(yùn)動偽影還可以通過呼吸運(yùn)動補(bǔ)償算法進(jìn)行校正，呼吸運(yùn)動補(bǔ)償算法主要分為基于圖像配準(zhǔn)的方法、基于圖像重建或原始數(shù)據(jù)的方法和基于反卷積的圖像恢復(fù)方法3大類[9]。

圖2　呼吸運(yùn)動偽影，A：圖像上可見肝臟穹隆部深入到右肺底部；B：圖像配準(zhǔn)不準(zhǔn)確。

2.2胃腸道運(yùn)動偽影

胃腸道內(nèi)含有氣體，同時會發(fā)生蠕動，并且在呼吸運(yùn)動的影響下，胃腸道內(nèi)軟組織會發(fā)生位置偏移，導(dǎo)致圖像匹配錯誤；由于采用CT衰減校正，胃腸道運(yùn)動還可以影響CT衰減校正圖，進(jìn)而影響腹部及盆腔內(nèi)PET/CT圖像的分析，出現(xiàn)假陽性或者假陰性。由于CT衰減校正引起的腹部及盆腔內(nèi)的異常放射性濃聚，可通過重建非衰減校正圖像進(jìn)行鑒別。

2.3患者體位移動產(chǎn)生的偽影

PET圖像采集時間比較長，患者由于不適而改變體位，表現(xiàn)為單側(cè)不適處肌肉放射性攝??；同時由于體位改變，CT位和PET位圖像不匹配造成融合偏差，出現(xiàn)失匹配偽影；再者用錯配的CT信息進(jìn)行衰減校正，會導(dǎo)致對PET圖像的過高或過低校正而產(chǎn)生偽影（圖3）。此類偽影通過檢查前對患者的指導(dǎo)可盡量予以避免，但是對于PET采集時間長而使患者產(chǎn)生不適的問題，只能希望將來通過改善PET采集方式或者采用更高效的晶體而得到解決。

圖3　患者頭部移動產(chǎn)生的偽影

3　設(shè)備本身造成的偽影

由于設(shè)備本身硬件或者軟件故障影響PET/CT成像質(zhì)量，例如晶體損壞，因此需要對PET/CT進(jìn)行定期的校準(zhǔn)和維護(hù)保養(yǎng)，及時排除故障，使設(shè)備始終處于良好的狀態(tài)。PET/CT設(shè)備上雖然PET和CT屬于同一機(jī)架，但其實(shí)PET和CT是相對獨(dú)立的兩部分，對于GE Discovery LS PET/CT，其PET和CT通過導(dǎo)軌連接，兩部分完全可以分開，PET和CT硬件上的配準(zhǔn)通過執(zhí)行VQC（Volumetric Calibration & Quality Control Procedure）校準(zhǔn)程序進(jìn)行檢驗(yàn)。PET和CT硬件的配準(zhǔn)影響到PET和CT圖像的融合以及CT衰減校正，配準(zhǔn)不好不僅不能充分發(fā)揮兩種設(shè)備的優(yōu)勢，還有可能導(dǎo)致診斷錯誤,因此需要定期進(jìn)行VQC校準(zhǔn)。

4　其他偽影

PET/CT偽影除了來源于CT衰減校正、患者運(yùn)動以及設(shè)備本身性能以外，還包含以下幾種類型的偽影。

4.1部分容積效應(yīng)偽影

PET有限的空間分辨率使部分容積效應(yīng)（Partial Volume Effect，PVE）成為影響圖像質(zhì)量的不可忽視的重要因素，PVE的成因主要是由兩個效應(yīng)共同作用下形成的，即點(diǎn)源擴(kuò)展和組織分?jǐn)?shù)效應(yīng)[10]。放射性核素衰變產(chǎn)生的正電子具有一定的動能，在發(fā)生湮滅前會有1～3 mm的射程，這個射程使點(diǎn)源成像后有一定程度的擴(kuò)展。影響部分容積效應(yīng)的因素還包括腫瘤大小和形狀、病灶周圍放射性本底、成像系統(tǒng)分辨率、圖像采集條件和測量方法等[10]。

PVE使圖像中的感興趣區(qū)的放射性濃度降低或者升高（濺出效應(yīng)或者濺入效應(yīng)），圖像邊緣模糊，對于小病灶的影響尤其嚴(yán)重。有文獻(xiàn)報道[11-12]，對一個接近成像系統(tǒng)分辨率大小的熱病灶（5 mm），圖像上測得的示蹤劑濃度值可下降到病灶真實(shí)濃度值的10%。對于大的病灶，PVE主要體現(xiàn)在病灶的邊緣外展且示蹤劑濃度下降。

國內(nèi)外學(xué)者針對PVE提出了各種不同的校正方法[13-15]，最初是Hoffman在1979年提出的放射性計數(shù)恢復(fù)系數(shù)（recovery coefficient, RC），用以描述及校正部分容積效應(yīng)，后來有學(xué)者提出了一些不同的方法校正PVE，這些方法大致可分為3類[15]，但目前為止PVE的校正方法尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。

4.2CT射束硬化效應(yīng)偽影

在PET/CT掃描中，由于患者身體不適等原因在進(jìn)行CT掃描時患者雙臂置于CT掃描視野內(nèi)，或者患者體內(nèi)攜帶高密度金屬植入物或?qū)Ρ葎?，會產(chǎn)生CT射束硬化偽影，表現(xiàn)為星狀或者條狀偽影，而CT用于衰減校正又會導(dǎo)致PET放射性計算錯誤，在PET圖像上產(chǎn)生偽影。圖1 CT圖像上可見條狀偽影即為射束硬化效應(yīng)偽影。檢查前對患者耐心細(xì)致的指導(dǎo)以避免患者在檢查過程中的不自主運(yùn)動以及攜帶高密度物件接受檢查可以減少不必要的射束硬化效應(yīng)偽影，但是對于由于疾病而無法配合或者體內(nèi)植入金屬材料的患者則射束硬化效應(yīng)偽影也是不可避免的。

4.3CT截斷偽影

患者過度肥胖或接受檢查時手臂放在身體兩側(cè)，由于PET掃描視野比CT掃描視野大, 而使得患者身體可完全通過PET掃描視野卻有部分掃描部位會超出CT的掃描視野范圍, 導(dǎo)致CT掃描不能得到掃描部位的全部信息, 產(chǎn)生截斷偽影（圖4）。截斷偽影的產(chǎn)生主要與患者不能配合有關(guān)。

4.4顯像劑滲漏導(dǎo)致的偽影

顯像劑外漏表現(xiàn)為特定部位的“熱區(qū)”。有文獻(xiàn)報道[1]，F(xiàn)DG發(fā)生皮下滲漏可被淋巴系統(tǒng)吸收，最終被腋下或縱隔淋巴結(jié)攝取導(dǎo)致診斷困難，尤其是乳腺癌或肺癌患者，要求進(jìn)行一個短期內(nèi)的隨訪檢查，以排除病灶可能。患者體表放射性污染也可表現(xiàn)為特定部位的“熱區(qū)” （圖5）。皮下滲漏一般與FDG注射及注射后按壓方法有關(guān)，通過改善注射及注射后按壓方法可避免此類偽影的產(chǎn)生。

圖4　截斷偽影。A ：PET圖像上顯示靠近掃描野邊緣的雙上肢呈條紋狀“熱區(qū)”；B：PET和PET、CT融合圖像顯示手臂疊置于頭上時產(chǎn)生的截斷偽影。

圖5　顯像劑滲漏偽影

4.5高血糖患者注射胰島素的影響

糖尿病患者升高的血糖水平會導(dǎo)致體內(nèi)葡萄糖與FDG發(fā)生競爭性抑制,腫瘤攝取FDG量減少，成像不清晰，因此需注射胰島素降血糖以提高圖像質(zhì)量；但是胰島素又會導(dǎo)致FDG被脂肪和肌肉攝取，肌肉的高攝取有可能影響對病灶的觀察和判斷。因此對于高血糖患者最好提前通過藥物治療將血糖控制在允許值范圍內(nèi)再接受PET/CT檢查。

生理性攝取在特定條件下出現(xiàn)的正常的生理性放射性攝取，常見的有卵巢、子宮內(nèi)膜攝取[16]，哺乳期乳房攝取以及腫瘤患者放化療后的“超級骨顯像”等。

5　結(jié)語

正確認(rèn)識PET及PET/CT顯像中的偽影對于臨床醫(yī)生對病變及正常人體生理顯像的診斷具有重要的意義。PET/ CT顯像中基于CT衰減校正的偽影是目前研究的重點(diǎn)，而呼吸運(yùn)動偽影也是PET/CT顯像中的典型偽影。我們不僅要認(rèn)識PET/CT顯像中的一些典型偽影，同時對一些不典型不常見的偽影也應(yīng)有所了解，而在解讀PET/CT圖像過程中，積極參照非衰減校正圖像是認(rèn)識偽影的一個重要方法。

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作者郵箱：czel@163.com

[中圖分類號]R814.14

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.03.064

[文章編號]1674-1633(2014)03-0164-04

收稿日期：2013-08-08修回日期：2014-09-12

通訊作者：陳自謙，南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心主任，主任醫(yī)師。

Discussion of PET/CT Artifacts

CHEN Ze-long, ZHAO Chun-lei, WANG Zhi-min, QIAN Gen-nian, YANG Zhong-dong, CHEN Zi-qian
Department of Medical Imaging, Fuzhou General Hospital of Nanjing Command, Fuzhou Fujian, 350025,China

Abstract：PET/CT imaging is widely used clinically, however, there are some artifacts in PET/CT images, which are likely to affect the physician's diagnosis. In this paper, the causes of artifacts are analyzed, and the methods for solving the artifacts are summarized.

Key words：PET/CT; motion artifacts; attenuation correction; image fusion; image quality; volume effect