18F?FDG PET/CT顯像步進采集與連續(xù)進床采集模式圖像質(zhì)量分析研究

楊 波 劉春利 溫德媛 劉 璐 石華錚 張江峰 曹建峰 蘇 蕓朱畢華 應(yīng)坷均

18F?脫氧葡萄糖（FDG）PET/CT顯像已被越來越廣泛地運用于臨床診療實踐，尤其是腫瘤的臨床診療中，其PET功能和分子代謝成像在腫瘤診斷、分期、療效評價中發(fā)揮著重要作用，對指導(dǎo)臨床治療方案的制訂有著重要意義［1-2］。連續(xù)進床（continuous bed motion，CBM）是近年來發(fā)展起來的一種新型成像數(shù)據(jù)采集過程中的檢查床運動模式，相對于常規(guī)的步進（step and shoot，SS）式進床模式，其進床特點是通過設(shè)置掃描速度而實現(xiàn)檢查床連續(xù)移動，數(shù)據(jù)采集同步連續(xù)進行，總掃描時間由床移動速度與檢查范圍決定。CBM采集技術(shù)不需要床位重疊、定位精準；無須考慮整倍數(shù)床位設(shè)置，避免了非整倍數(shù)床位需要延長掃描范圍的情況，不僅節(jié)省采集時間，也使軸向均勻性得到保證，改善軸向圖像質(zhì)量［3-5］。本研究通過比較CBM和SS進床模式下18F?FDG PET/CT圖像質(zhì)量，探討CBM進床模式下18F?FDG PET/CT圖像質(zhì)量特征。

方 法

1.研究對象

2020年6月至9月在本中心接受18F?FDG PET/CT檢查的受檢者，按1︰1隨機分組，分別納入SS模式組（SS組）和CBM模式組（CBM組），每組各50例。本研究為前瞻性研究，經(jīng)全景上海影像診斷中心倫理委員會批準。

2.檢查方法

檢查設(shè)備為SIEMENS Biograph mCT Flow PET/CT，配64排螺旋CT。2組受檢者禁食6 h以上，血糖控制不高于7.2 mmol/L，先經(jīng)靜脈（手背靜脈或肘靜脈）注射18F?FGD，注射藥量為0.12~0.1 mCi/kg（1 Ci=3.7×1010Bq），代謝時間1 h，訓(xùn)練呼吸，取常規(guī)仰臥位，頭先進，雙手上舉，先行CT定位掃描（管電流35 mA、管電壓120 kV），再根據(jù)CT定位片進行自顱頂上緣至大腿中上段范圍的SS和CBM模式采集方案。

2.1 SS模式掃描方法（圖1A）

根據(jù)每位受檢者的特定采集范圍具體確定床位數(shù)，每個床位22.1 cm，相鄰2個床位間重疊43%，每床位采集時間1.7 min。

2.2 CBM模式掃描方法（圖1B）

圖1 不同進床模式下掃描定位圖

選擇需要重點針對的部位并延長其掃描時間（1.5 mm/s），縮短其他正常部位的掃描時間（2.0 mm/s）。采用2次迭代、21子集的有序子集最大期望值迭代算法重建圖像。使用飛行時間及點擴展技術(shù)，進行CT衰減校正和散射校正，獲得2種模式的CT、PET及PET?CT融合圖像。

3.圖像分析方法

3.1 主觀評價法

由2位有經(jīng)驗的核醫(yī)學(xué)科醫(yī)師共同閱片，根據(jù)PET代謝圖像及PET/CT融合圖像的均勻度、對比度、噪聲及是否存在偽影等，對圖像質(zhì)量進行優(yōu)、良、中、差等4個等級評價。當意見不一致時，再引入第3名醫(yī)師進行協(xié)商評價，以至少2位醫(yī)師取得一致意見為最終結(jié)果。

3.2 客觀評價法

（1）PET代謝圖像噪聲：分別測量SS組和CBM組受試者側(cè)腦室水平、肩關(guān)節(jié)水平、胸椎（胸4椎體水平）、肝門部水平、脾門水平和大腿上段水平的圖像噪聲，以感興趣區(qū)（ROI）測量結(jié)果的標準差（SD）值作為噪聲的定量指標。

（2）不同組織代謝值/噪聲比：分別測量SS組和CBM組受試者側(cè)腦室水平腦實質(zhì)、肝門部水平肝右葉肝實質(zhì)、脾門水平脾臟組織的標準攝取值（SUV）平均值（SUVmean）并記錄；同時分別計算側(cè)腦室水平和肝門部水平背景噪聲SD值。腦實質(zhì)代謝值/噪聲比=側(cè)腦室水平腦實質(zhì)SUVmean/同水平背景噪聲SD值；肝實質(zhì)代謝值/噪聲比=肝門部水平肝右葉肝實質(zhì)SUVmean/同水平背景噪聲SD值；脾實質(zhì)代謝值/噪聲比=脾門水平脾實質(zhì)SUVmean/同水平背景噪聲SD值。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)處理。計量數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布者以均數(shù)±標準差表示，否則以中位數(shù)（四分位間距）表示，計數(shù)資料以例數(shù)（百分比）表示。對于各種指標的組間差異比較，當資料符合正態(tài)分布時采用獨立樣本t檢驗，否則用非參數(shù)Mann?WhitneyU檢驗；率的比較采用卡方檢驗。P<0.05認為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.一般資料和比較

SS組50例受檢者中，男性32例，女性18例，年齡27~84歲，平均（56.6±12.7）歲；CBM組50例受檢者中，男性31例，女性19例，年齡29~80歲，平均（59.0±11.9）歲。經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析，2組間年齡（t=0.974，P=0.333）和性別構(gòu)成（χ2=0.043，P=0.836）差異均沒有統(tǒng)計學(xué)意義。

2.圖像采集時間和主觀評價比較

SS組和CBM組圖像采集時間分別為710（102）s和444（21）s，2組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（Z=-8.733，P<0.001），CBM組采集時間短于SS組。SS組中，圖像質(zhì)量被評為優(yōu)18例、良20例、中12例、差0例；CBM組中，優(yōu)32例、良12例、中6例，沒有差評分。2組圖像質(zhì)量主觀評價差異有統(tǒng)計學(xué)意義（χ2=7.920，P=0.019），CBM組中圖像質(zhì)量優(yōu)級高于SS組。

3.客觀評價結(jié)果比較

3.1 PET代謝圖像噪聲

SS組和CBM組受檢者各種組織18F?FDG PET代謝圖像噪聲比較結(jié)果（表1）顯示，CBM組腦代謝圖像噪聲低于SS組（P<0.05），而肩部肌肉、肝、脾及胸椎噪聲在2組間的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P>0.05），CBM組腿部肌肉代謝圖像噪聲則高于SS組（P<0.05）。

表1 不同進床模式下采集各種組織18F?FDG代謝圖像噪聲比較

3.2 不同組織代謝值和代謝值/噪聲比

SS組和CBM組受檢者18F?FDG PET圖像中各組織代謝值（SUVmean）比較結(jié)果（表2）顯示，2組腦、肝及脾組織SUVmean的組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P>0.05）。

表2 不同進床模式下采集各種組織18F?FDG PET/CT成像代謝值比較

SS組和CBM組18F?FDG PET圖像中各組織代謝值/噪聲比（SUVmean/SD）比較結(jié)果（表3）顯示，CBM組腦組織SUVmean/SD（45.23±22.83）高于SS組（32.71±22.22，P=0.007），CBM組肝及脾組織SUVmean/SD與SS組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。

表3 不同進床模式下采集各種組織18F?FDG PET/CT成像代謝值/噪聲比比較

圖2和圖3分別為不同進床模式下側(cè)腦室和肝門部水平層面的PET/CT融合圖像，可見CBM模式在特定組織器官（腦組織）顯像中，其圖像噪聲較SS模式降低，代謝值/噪聲比值較SS模式升高；但在肝臟組織顯像中，2種進床模式的圖像噪聲、代謝值/噪聲比均無差異。

圖2 不同進床模式下側(cè)腦室水平層面PET/CT融合圖像

圖3 不同進床模式下肝門部水平層面PET/CT融合圖像

討 論

18F?FDG PET/CT顯像在臨床診療活動中發(fā)揮著越來越重要的作用，其圖像質(zhì)量也一直是臨床關(guān)注的重點，獲得良好質(zhì)量的PET圖像是其發(fā)揮重要作用的先決條件。臨床上影響PET圖像質(zhì)量的因素很多，既有如PET探測器種類、具體尺寸等在內(nèi)的硬件方面的因素，也有采集方式、圖像重建算法及校正算法等在內(nèi)的軟件方面的因素。

PET顯像采集進床模式有2種，即傳統(tǒng)的步進采集（SS）與連續(xù)性采集（CBM）。SS采集是以床位采集，采集時床位不動，因3D數(shù)據(jù)采集時相鄰床位需要一定的空間重疊以彌補計數(shù)率的軸向不均勻性，因此理想情況為重疊半個軸向視野，但這樣會顯著增加采集時間，臨床上多數(shù)廠家機器采用10%~30%重疊，這會導(dǎo)致軸向均勻性退化，容易在床位連接處出現(xiàn)連接偽影。CBM采集即床在整個檢查范圍內(nèi)不間斷連續(xù)移動，數(shù)據(jù)采集同步連續(xù)進行，總掃描時間由床移動速度與檢查范圍決定。CBM采集技術(shù)不需要床位重疊，節(jié)省采集時間，軸向均勻性也得到保證，改善了軸向圖像質(zhì)量；因其允許靈活精確設(shè)置軸向檢查范圍，無須考慮整倍數(shù)床位設(shè)置，避免了非整倍數(shù)床位需要延長掃描范圍的情況。

在本研究中，我們對CBM組受試者，根據(jù)其病史選擇需要重點針對的部位并延長其掃描時間（進床速度為1.5 mm/s），同時縮短其他正常部位的掃描時間（進床速度為2.0 mm/s），與采用傳統(tǒng)采集模式的SS組相比，圖像采集時間顯著縮短［444（21）s比710（102）s，P<0.001］，明顯提高了檢查效率。

臨床影像診斷工作實踐中，要求提高檢查效率不能以犧牲圖像質(zhì)量來換取。因此，本研究進一步評價了2組不同采集方法重建的PET圖像的質(zhì)量。PET圖像質(zhì)量的評價方法很多，包括基于視覺感官的圖像質(zhì)量評價、基于算法模型的圖像質(zhì)量評價和基于PET性能指標的圖像質(zhì)量評價，后者包括一些定量性能指標，如空間分辨率、圖像質(zhì)量、衰減校正和散射校正精度及噪聲等效計數(shù)率等。在本研究中，我們采用了視覺感官的主觀評價方法和PET顯像的一些定量評價指標來評價SS和CBM不同進床模式下采集的PET圖像的質(zhì)量［6］。

首先，我們對2組圖像質(zhì)量由有經(jīng)驗的核醫(yī)學(xué)科醫(yī)師通過分析圖像均勻度、對比度、噪聲及是否存在圖像偽影等對圖像進行視覺感官的主觀評價，對其進行優(yōu)、良、中、差等4個等級評價，發(fā)現(xiàn)2組圖像質(zhì)量在視覺感官上存在差異（χ2=7.920，P=0.019），CBM組中圖像質(zhì)量優(yōu)等級占64%（32/50），高于SS組（36%，18/50）。

在定量指標評價圖像質(zhì)量的研究中，我們分別評價了2組圖像中不同部位圖像噪聲、不同組織的SUVmean及不同組織SUVmean/噪聲比值。在噪聲的比較中，腦組織噪聲CBM組小于SS組（0.48±0.20比0.63±0.21，P=0.001），腿部肌肉噪聲CBM組大于SS組［0.10（0.05）比0.08（0.07），P=0.007］；其余各部位的噪聲在各組中均沒有差異。在不同組織的SUVmean比較中，發(fā)現(xiàn)CBM及SS組中，腦、肝、脾SUVmean均沒有差異，這與之前的研究［7］結(jié)果是相一致的。而在不同組別的各組織SUVmean/噪聲比值比較中，除腦組織SUVmean/噪聲比值CBM組高于SS組（45.23±22.83比32.71±22.22，P=0.007）外，其余2種組織（肝臟和脾臟）在CBM組和SS組中差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。Yamashita等［8］采用美國電氣制造商協(xié)會（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）圖像質(zhì)量模型對CBM模式與SS模式進行測試的研究結(jié)果顯示，這2種模式中各病灶球的對比度恢復(fù)系數(shù)值無顯著性差異，但CBM模式的背景變異度系數(shù)明顯高于SS模式，Rausch等［9］的研究也得到相似的結(jié)果。我們的研究結(jié)果也表明，CBM模式在顯著縮短圖像采集時間的同時，并沒有影響到圖像質(zhì)量，甚至在某些組織器官（腦組織）顯像中還降低了圖像噪聲，提高了代謝值/噪聲比值。在本研究中，將圖像背景SD值作為噪聲的一個指標，而在之前的一些研究中，將噪聲等效計數(shù)率（noise equivalent count rate，NECR）作為描述PET圖像噪聲的一個指標，并由此可計算與NECR相關(guān)的另一個指標——噪聲等效計數(shù)密度，上述這些均可作為PET圖像的基本質(zhì)量指標［10-11］。在黃克敏等［7］的研究中，還比較了CBM模式和SS模式下所需實際采集長度，并根據(jù)實際采集長度計算的CT輻射劑量，發(fā)現(xiàn)CBM采集模式可降低實際采集長度進而有效減少CT輻射劑量。

此外，本研究采用1︰1隨機分組的方法比較了SS和CBM這2種進床模式下采集圖像的質(zhì)量和對不同組織器官的SUV值的影響，由于缺乏自身對照，沒有對病灶的檢出效能和不同進床模式采集對病變SUV值的影響進行評價。在黃克敏等［7］的研究中，通過對患者連續(xù)進行SS模式和CBM模式的PET/CT數(shù)據(jù)采集，比較發(fā)現(xiàn)2種進床模式下采集的圖像均能檢出所有高代謝病灶。因此，有關(guān)SS和CBM這2種進床模式下所采集圖像對病灶的檢出以及對病灶代謝相關(guān)參數(shù)，如SUV、腫瘤代謝容積（MTV）、糖酵解總量（TLG）等的影響還需要在后續(xù)研究中進一步加以評價。

總之，本研究結(jié)果表明，通過設(shè)定個體化的連續(xù)進床速率（主要根據(jù)臨床病史，將重點觀察部位適當延長采集時間，適當減少非重點部分采集時間），CBM采集模式可以實現(xiàn)在不影響圖像質(zhì)量的前提下明顯縮短圖像采集時間，提高臨床檢查效率，但其對高代謝病變的檢出和對病灶相關(guān)代謝參數(shù)的影響還有待臨床進一步研究。