體表高活性異物對(duì)PET圖像的影響分析

周錦俊，黃斌豪（通訊作者），段曉蓓

（廣東省江門(mén)市中心醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，廣東 529000）

正電子發(fā)射斷層掃描（PET）/X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）為臨床上常用的影像學(xué)檢查方法，是將PET和CT兩種影像診斷技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新技術(shù)［1］。其中，利用PET功能與分子代謝影響能實(shí)現(xiàn)腫瘤良惡性鑒別、早期診斷及腫瘤分期［2］。既往研究表明，PET是目前最先進(jìn)的功能顯像技術(shù)，能診斷出早期腫瘤的細(xì)微病變，但是對(duì)于病變區(qū)的生理解剖位置和形狀診斷不夠精確。而CT是解剖顯像技術(shù)，能診斷出腫瘤病變區(qū)的精確解剖位置和形狀，但是不能診斷出組織的早期病變與細(xì)微病變。PET/CT是將PET與CT兩種影像診斷技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起形成的一種新技術(shù)，能在一次檢查中獲得PET、CT及PET/CT三種圖像，不僅能提供解剖學(xué)信息，亦可用于PET圖像的衰減矯正。獲得高質(zhì)量的PET圖像是發(fā)揮PET優(yōu)勢(shì)的前提，但是由于PET探測(cè)原理及探測(cè)技術(shù)限制，導(dǎo)致其靈敏度和分辨率較低，且成像質(zhì)量受到的影響因素較多［3］。因此，臨床上如何精準(zhǔn)評(píng)估PET圖像質(zhì)量成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。目前，臨床上PET/CT圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)包括視覺(jué)主觀評(píng)價(jià)、算法模擬主觀評(píng)價(jià)及基于物理學(xué)指標(biāo)客觀評(píng)價(jià)等［4］。已有研究表明［5］，PET/CT檢查時(shí)體表高活性異物會(huì)影響PET圖像質(zhì)量，導(dǎo)致相應(yīng)層面的數(shù)據(jù)丟失，進(jìn)而影響臨床診斷準(zhǔn)確性，但是具體的影響關(guān)系研究較少。因此，本研究主要探討體表高活性異物導(dǎo)致PET/CT圖像計(jì)數(shù)丟失的原理及改進(jìn)措施，報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

①設(shè)備型號(hào)：GE Discovery VCT；②實(shí)驗(yàn)材料：空心圓柱模型，6個(gè)1mL注射器、同位素藥物18FFDG、不同厚度的紙皮板（5個(gè)）、活度計(jì)、綁帶。

1.2 方法

用注射器吸取活度、體積相同正電子藥物18FFDG作為放射源模擬體表高活性異物，分別固定在距離模型表面不同的5個(gè)位置進(jìn)行PET采集；再將5種活度不同、體積相同的注射器固定在距離模型表面相同的位置采集；選取其中一組對(duì)圖像影響明顯的數(shù)據(jù)，借助正常校正、無(wú)死時(shí)間校正、無(wú)幾何校正、無(wú)散射校正及無(wú)衰減和散射校正等方法進(jìn)行后處理。具體方法：①實(shí)驗(yàn)一：向模型灌水4/5，并利用1mL注射器注入18F-FDG 150uci，然后再注滿(mǎn)水并排氣泡，充分混合均勻，將裝有不同活度18F-FDG（27uci、57uci、90uci、127uci、160uci） 的注射器均稀釋到1mL并分別貼在模型右側(cè)，分別完成5次數(shù)據(jù)的采集；圖像采集參數(shù)設(shè)定：3D模式單床位采集、2min/床位、矩陣 128×128、 Itality 算法［6］。 ②實(shí)驗(yàn)二：將57uci的注射器固定在模型表面不同的距離，即分別用厚度為 6mm、8mm、10mm、12mm、14mm 紙皮固定于水模右側(cè)，采用與實(shí)驗(yàn)一相同的參數(shù)分別完成5次采集［7］。③實(shí)驗(yàn)三：選取對(duì)圖像影響明顯的一組數(shù)據(jù)即注射器活度為57uci及距離模型表面10mm的一組原始數(shù)據(jù)，運(yùn)用不同的校正方法（正常校正、無(wú)死時(shí)間校正、無(wú)幾何校正、無(wú)散射校正及無(wú)衰減和散射校正）完成圖像及數(shù)據(jù)的圖像，并進(jìn)行比較［8］。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS24.0軟件處理，計(jì)數(shù)資料行χ2檢驗(yàn)，采用 n（%）表示，計(jì)量資料行 t檢驗(yàn)，采用（±s）表示，P＜0.05差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同活度的注射器放在模型表面同一位置

均完成上述實(shí)驗(yàn)及校正。結(jié)果表明，當(dāng)注射器貼近模型表面時(shí)，其活度變化對(duì)圖像影響不大（P＞0.05），見(jiàn)圖 1。

圖1 不同活度的注射器放在模型表面的同一位置

2.2 相同活度的注射器放在模型表面的不同位置

為了進(jìn)一步分析體表高活性異物對(duì)PET圖像的影響，本研究中分析相同活度的注射器放在模型表面的不同位置。結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，相同活度的注射器距離模型表面不同時(shí)對(duì)PET圖像影響較大，且距離越大，圖像影響越明顯，不同距離之間圖像影響差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)圖2。

圖2 同一活度的注射器放在模型表面不同的位置

2.3 不同的校正方法重建同一組圖像

為尋找引起計(jì)數(shù)丟失原因，對(duì)受體表高活性異物影響明顯的一組圖像數(shù)據(jù)通過(guò)不同校正方法重建。結(jié)果表明，去掉散射校正時(shí)丟失的計(jì)數(shù)恢復(fù)，但是會(huì)對(duì)圖像信噪比產(chǎn)生影響，見(jiàn)圖3。

圖3 不同的校正方法重建同一組圖像比較

為進(jìn)一步驗(yàn)證去掉散射校正的方法對(duì)因高活性異物造成圖像計(jì)數(shù)丟失的彌補(bǔ)效果，對(duì)一例受手部高活性異物影響引起頸部符合計(jì)數(shù)丟失的PET圖像進(jìn)行去掉散射校正重建并比較。結(jié)果表明，去掉散射校正后，頸部缺失數(shù)據(jù)恢復(fù)，病灶大小無(wú)明顯差異，但是從圖中看出去掉散射校正后圖像的清晰度、信噪比削弱，見(jiàn)圖4。

圖4 正常校正圖像與去掉散射校正圖像比較

3 討論

PET/CT已經(jīng)成為診斷和指導(dǎo)治療腫瘤、冠心病和腦部疾病三大威脅人類(lèi)生命疾病的最佳手段，但是PET、CT掃描速度及掃描圖像存在差異，導(dǎo)致臨床診斷的局限性，且主要是由于患者呼吸運(yùn)動(dòng)造成的圖像出現(xiàn)偽影（稱(chēng)為呼吸運(yùn)動(dòng)偽影，以區(qū)別其他原因引起的偽影）。目前臨床上應(yīng)用PET/CT進(jìn)行18FFDG顯像大多采用3D采集模式，能有效縮短采集時(shí)間，提高靈敏度，但是散射數(shù)據(jù)的比例也大幅度提高，達(dá)到40%～50%，因此散射校正在圖像重建中有重要意義［9-10］。在PET/CT系統(tǒng)中，CT掃描很快（目前最快的全身掃描僅需要0.5s，普及型CT的全身掃描僅需要3-5s），獲得的圖像幾乎是某時(shí)刻的快照，基本不受呼吸運(yùn)動(dòng)的影響；而PET掃描速度相對(duì)較慢（2D PET采集需10-15min，而3D PET采集最快2min即可完成），能獲得經(jīng)歷幾十個(gè)呼吸周期的平均圖像，引起患者心、肺、肝及胰等器官不同程度的呼吸運(yùn)動(dòng)。利用蒙特卡羅模擬直接估計(jì)散射分布的方法，是目前精度最高、效果最好的散射校正方法。主要的PET生產(chǎn)廠家GE和西門(mén)子等也是采用這種方法，其原理是利用蒙特卡羅模擬得到散射光子和非散射光子的分布，然后把其模擬得到的散射光子數(shù)與實(shí)際采集光子數(shù)進(jìn)行量級(jí)統(tǒng)一，再將模擬得到的散射分布從實(shí)際采集到的數(shù)據(jù)中減去，實(shí)現(xiàn)散射校正［11-12］。

體表高活性異物如何影響蒙特卡洛模擬得到的散射分布仍需進(jìn)一步驗(yàn)證，而本研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：①當(dāng)注射器靠近模型表面時(shí)，其活度變化對(duì)圖像影響不大（P＞0.05）；②在一定范圍內(nèi)，相同活度的注射器到模型表面距離越大，對(duì)PET圖像影響越明顯；③通過(guò)不同校正方法重建同一組圖像，結(jié)果表明，去掉散射校正時(shí)丟失的計(jì)數(shù)恢復(fù)，但是會(huì)對(duì)圖像信噪比產(chǎn)生影響。從本研究結(jié)果看出，體表高活性異物能影響PET圖像質(zhì)量，其主要是引起模擬散射光子分布數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，造成散射校正過(guò)度進(jìn)而導(dǎo)致PET圖像數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)高活性異物貼近體表時(shí)，其對(duì)圖像影響不大［13-14］；與體表距離越大，圖像影響越明顯。在實(shí)際應(yīng)用中，部分高活性異物（如尿袋、糞袋、術(shù)后引流袋、注射點(diǎn)藥物殘留等）在檢查過(guò)程中難以除去，技術(shù)員應(yīng)該把其放置在體表或視野中央，盡量減少對(duì)圖像造成的影響［15-16］。 王博等（2020）［17］研究表明，PET圖像的呼吸運(yùn)動(dòng)偽影嚴(yán)重影響胸腹部腫瘤的準(zhǔn)確診斷和治療計(jì)劃的制定。在主觀視覺(jué)上，偽影使得圖像的有效分辨率降低（系統(tǒng)分辨率與呼吸運(yùn)動(dòng)幅度平方和的根），導(dǎo)致病灶邊界模糊，圖像的信噪比與對(duì)比度降低（蒙特卡羅仿真研究表明最多能達(dá)到80.0%），與CT圖像的融合精度變差，難以準(zhǔn)確診斷腫瘤的位置與大小，亦影響病灶的直徑。而在定量分析上，體表高活性異物能造成病灶體積的估計(jì)值過(guò)高，導(dǎo)致臨床診斷精度降低［18］。針對(duì)體表高活性異物對(duì)PET的影響，呼吸門(mén)控技術(shù)能矯正PET/CT圖像體表高活性異物產(chǎn)生的偽影，且在部分醫(yī)院已經(jīng)投入使用，并獲得良好的效果［19］。同時(shí)，為了克服呼吸門(mén)控帶來(lái)的圖像質(zhì)量差的問(wèn)題，在體表高活性異物補(bǔ)償算法上做了大量的研究，并在小波域?qū)崿F(xiàn)PET圖像的重建。小波變換用于PET圖像去噪效果較好，借助諸多快速算法，能實(shí)現(xiàn)圖像的重建，有助于提高圖像質(zhì)量，可為臨床診療提供參考依據(jù)。但是上述方法尚處于研究階段，需進(jìn)一步研究與探討［20］。

綜上所述，體表高活性異物會(huì)引起散射分布的變化，在圖像重建過(guò)程中引起過(guò)度散射校正，表現(xiàn)為相應(yīng)層面符合計(jì)數(shù)丟失，去掉散射校正重建能使丟失數(shù)據(jù)恢復(fù)，但圖像信噪比明顯降低。