18F-FDG PET/CT顯像中連續(xù)采集和步進(jìn)采集的比較

楊 森 王 玲 劉 鵬 金超嶺 李紅磊 富麗萍

(中日友好醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，北京 100029)

常規(guī)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像/電子計(jì)算機(jī)斷層顯像(positron emission tomography/computed tomography,PET/CT)多采用步進(jìn)采集(step and shoot，SS)的進(jìn)床模式采集圖像，通過設(shè)定一系列的床位重疊以彌補(bǔ)軸向計(jì)數(shù)率的不均勻性，但必須按照整倍床位數(shù)決定掃描范圍是其明顯的應(yīng)用局限性。近年來，連續(xù)采集(continuous bed motion，CBM)進(jìn)床模式逐漸應(yīng)用于臨床。CBM模式擺脫了傳統(tǒng)的床位數(shù)限制，不再有床位重疊，可以自由設(shè)定掃描范圍，通過改變進(jìn)床速度來控制采集時(shí)間。Siemens Biograph mCT Flow PET/CT顯像中SS和CBM采集模式對圖像質(zhì)量和定量分析的比較已有相關(guān)報(bào)道[1-9]，但隨著技術(shù)進(jìn)步和硬件提升，Siemens Biograph Vision PET/CT的分辨率和靈敏度均有大幅提高[10-13]，至今未見該設(shè)備兩種采集模式比較的臨床報(bào)道，本研究旨在評價(jià)Vision設(shè)備中兩種采集模式對18F-脫氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose，F(xiàn)DG)PET/CT圖像質(zhì)量和定量分析的影響。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取50例2022年3月至5月在中日友好醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科行18F-FDG PET/CT顯像的受檢者,其中男23例、女27例，平均年齡(58.0±13.6)(22～83)歲，每位患者均需接受一次CT采集和兩次PET采集(CBM模式和SS模式)。研究符合《赫爾辛基宣言》原則，患者均簽署知情同意書(本研究利用的研究信息不含有使受試者的身份被直接識別或通過與其相關(guān)的識別物識別的信息，免除倫理審查)。排除標(biāo)準(zhǔn)：體內(nèi)有金屬植入物(如：腰椎置換、髖關(guān)節(jié)置換、心臟支架等)；狀態(tài)不佳，無法安靜平躺約20 min。

1.2 檢查方案

采用德國 Siemens Biograph Vision 600 PET/CT掃描儀，配64排螺旋CT。18F-FDG由北京原子高科同位素醫(yī)藥有限公司提供，放化純大于95%?；颊呓? h以上，血糖控制小于7.2 mmol/L，靜脈注射18F-FDG，注射藥量為4.07～4.44 MBq/kg，上機(jī)時(shí)間為藥物注射后60～90 min(73.1±11.5) min。取常規(guī)仰臥位，雙手上舉，先行CT定位采集(管電流35 mA，管電壓120 kV)，再自眼眶下緣至大腿中上段范圍(采集范圍)先后行一次CT采集和兩次PET采集。CT采集使用自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)技術(shù)，管電壓120 kV，層厚3.0 mm，螺距1.0。隨后對50例患者采用抽簽法隨機(jī)選擇25例先行SS后行CBM的PET采集，另25例采集順序相反(兩次掃描間隔不超過10 min)。SS模式以采集范圍調(diào)整床位數(shù)，每個(gè)床位26.1 cm，相鄰兩個(gè)床位間重疊49.7%，每床采集時(shí)間1.5 min；CBM模式采集范圍同SS模式一致，床速1.8 mm/s。SS和CBM模式均采用2次迭代、5個(gè)子集的三維有序子集最大期望值迭代算法重建圖像，矩陣440×440，放大倍數(shù)1.0，無濾波，使用點(diǎn)擴(kuò)展和飛行時(shí)間技術(shù)，共用同一個(gè)CT進(jìn)行衰減校正，散射校正使用相對校正。

1.3 圖像處理

將采集所得圖像導(dǎo)入西門子數(shù)據(jù)處理工作站Syngo-via進(jìn)行后處理，在PET圖像上勾畫容積感興趣區(qū)(volume of interest, VOI)，分別于主動(dòng)脈弓、L3水平豎脊肌、L2～L4椎體、圖像末端13 cm內(nèi)大腿肌肉最大截面勾畫直徑約1 cm的VOI，雙肺支氣管分叉水平、肝右葉最大橫截面各勾畫一個(gè)直徑約2 cm的VOI。兩種模式VOI位置及大小一致。記錄SS和CBM模式下正常組織的SUVmean及SD。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 一般資料

50例患者均順利完成檢查,所有影像數(shù)據(jù)均用于統(tǒng)計(jì)分析。SS與CBM的18F-FDG PET/CT圖像對比可見僅在最邊緣處SS的圖像質(zhì)量明顯較差，其他區(qū)域主觀未見不同(圖1)。

2.2 不同采集順序下正常組織SUVmean比較

首次顯像縱隔血池和肝的SUVmean明顯高于第2次顯像(2.25±0.36vs1.57±0.27和2.19±0.34vs1.49±0.25，t=5.630和4.993，P<0.05)，腰椎的SUVmean明顯低于第2次顯像(1.97±0.65vs2.02±0.70，t=-3.320，P<0.05)，而肺、豎脊肌和大腿肌肉的SUVmean在兩次顯像間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(0.31±0.11、0.30±0.11及0.63±0.10和0.63±0.10、0.62±0.11及0.63±0.12，t=1.325、0.116和-1.300，P>0.05)。

圖1 18F-FDG PET SS模式(A)和CBM模式(B)比較Fig.1 Comparison of SS mode (A) and CBM mode (B) on 18F-FDG PET

2.3 不同進(jìn)床模式下正常組織SUVmean比較

兩種進(jìn)床模式下縱隔血池、肺、肝、豎脊肌、腰椎、大腿肌肉的SUVmean均差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)(詳見表1)，且均存在高度相關(guān)(r=0.903～0.985，圖2)。

Bland-Altman圖顯示縱隔血池、肺、肝、豎脊肌、腰椎、大腿肌肉各組織的均值差分別為-0.02(95%CI：-0.27 ～0.24)、-0.01(95%CI：-0.05～0.03)、0.00(95%CI：-0.19～0.18)、-0.01(95%CI：-0.08～0.06)、-0.03(95%CI：-0.28～0.22)、0.00(95%CI：-0.07～0.08)(圖3)。

表1 SS和CBM模式下18F-FDG PET/CT圖像正常組織SUVmean的比較Tab.1 Comparison of SUVmean of normal tissues on 18F-FDG PET/CT images under SS and CBM modes

圖2 SS和CBM模式下18F-FDG PET/CT圖像正常組織SUVmean的相關(guān)性分析Fig.2 Correlation analysis of SUVmean in normal tissues of 18F-FDG PET/CT images under SS and CBM modes

圖3 SS和CBM模式下18F-FDG PET/CT圖像正常組織SUVmean的Bland-Altman圖Fig.3 Bland-Altman figure of SUVmean in normal tissues of 18F-FDG PET/CT images under SS and CBM modes

2.4 不同進(jìn)床模式下SD的比較

除大腿肌肉SD差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[0.09(0.04)vs0.09(0.03)，Z=-1.163，P> 0.05]外，縱隔血池、肺、肝、豎脊肌、腰椎SSSD均小于CBMSD，詳見表2。

表2 SS和CBM模式下18F-FDG PET/CT圖像正常組織SD的比較Tab.2 Comparison of SD of normal tissues on 18F-FDG PET/CT images under SS and CBM modes M(P25，P75)

3 討論

CBM模式作為一種可提高PET圖像質(zhì)量的方法最早由Dahlbom等[14]于1992年提出，并于2000年集成到臨床PET系統(tǒng)中[15]，后于2002年在PET/CT中首次應(yīng)用[16]。隨著數(shù)據(jù)處理和電子元件的技術(shù)進(jìn)步[17]，最終于2014年在Siemens Biograph mCT Flow平臺實(shí)現(xiàn)CBM的商業(yè)化[1-2]。近期，Siemens Biograph Vision 600 PET/CT設(shè)備發(fā)布，將硅光電倍增管(silicon photomultiplier，SiPM)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光電倍增管(photomultiplier tube，PMT)，晶體分割更小，飛行時(shí)間更短，分辨率和靈敏度都大有提高[10-13]。另外，CBM模式不受床位數(shù)限制且滿足自由分割采集范圍的可變速多段式個(gè)性化設(shè)計(jì)和連續(xù)多循環(huán)采集方式是SS模式所無法完成的，既可以實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)部位與非重點(diǎn)部位檢查時(shí)間的合理分配[1,3-5]，又可以完成動(dòng)態(tài)全身多參PET的數(shù)據(jù)采集[18]，為臨床疾病的診斷提供了更多定量信息。

本研究表明，不同采集順序?qū)€(gè)別組織SUVmean的比較存在差異，縱隔血池和肝SUVmean顯著降低，腰椎SUVmean顯著升高，而肺和肌肉SUVmean差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這與之前報(bào)道[19-20]的18F-FDG在正常組織中攝取和清除的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律相同，該差異進(jìn)一步印證了對采集順序隨機(jī)分組的必要性。

兩種進(jìn)床模式下所有組織SUVmean均差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且均存在高度相關(guān)，這與先前在mCT Flow設(shè)備研究[1-9]中認(rèn)為CBM模式可以提供準(zhǔn)確的定量信息結(jié)論相同。

有研究[1-5，15-18]顯示，在mCT Flow設(shè)備中SS模式末端圖像(SS模式?jīng)]有床位重疊區(qū)域)的噪聲更大，中間區(qū)域(SS模式有床位重疊區(qū)域)的噪聲兩種模式?jīng)]有差異。本研究發(fā)現(xiàn)在Vision設(shè)備中兩種模式末端圖像的噪聲無差異，僅在最邊緣處SS模式噪聲明顯在視覺上更大，而CBM模式在中間區(qū)域的噪聲更大。造成兩種研究存在差異的原因可能是CBM采集使患者每個(gè)部分都被成像性能最佳的探測器環(huán)中心區(qū)域探測，可以有效地消除噪聲放大和歸一化不準(zhǔn)確的影響，改善圖像的軸向均勻性，尤其是末端的圖像質(zhì)量[1-5]。而Vision相比mCT Flow設(shè)備探測器更寬，晶體尺寸分割更小，SiPM比傳統(tǒng)PMT排列更緊湊，靈敏度和分辨率更高[11，21]，因此末端的圖像質(zhì)量SS與CBM兩種模擬并未表現(xiàn)出明顯差異。為盡可能保證與SS模式相同的采集時(shí)間，本研究CBM床速設(shè)為1.8 mm/s，與以往使用mCT設(shè)備的研究[1-5]相比，采集速度更快，設(shè)備和床速的差異可能是造成兩種模式中間區(qū)域噪聲水平出現(xiàn)差異的原因。Panin等[7]提到CBM末端需要50%過掃描以改善軸向靈敏度，然而這部分過掃描數(shù)據(jù)僅改善了末端圖像質(zhì)量，對中間區(qū)域的圖像質(zhì)量并沒有貢獻(xiàn)。Yamashita等[8]表明相同采集時(shí)間內(nèi)，CBM的SUV變異度(coefficient of variation，CV)和百分比差異(% Diff)大于SS，中間層面的均勻性稍差，但差異可以忽略。Siman等[9]研究顯示，相同采集時(shí)間內(nèi)，CBM計(jì)數(shù)率小于SS(單床位采集時(shí)CBM計(jì)數(shù)率=SS計(jì)數(shù)率的60 %，多床位采集時(shí)為80%)。上述3種解釋均支持本研究在中間區(qū)域出現(xiàn)噪聲差異的結(jié)果，表明中間區(qū)域SS模式可以提供更好的圖像質(zhì)量，此差異是否可以通過延長采集時(shí)間提高計(jì)數(shù)量來彌補(bǔ)有待進(jìn)一步研究。

Sluis等[21]在mCT Flow與Vision兩款設(shè)備的對比中表明，Vision設(shè)備可以提供更高的圖像質(zhì)量和視覺信噪比，且兩款設(shè)備在正常組織和病灶中可以提供相當(dāng)?shù)亩啃畔?，因此可進(jìn)一步探尋適合于Vision設(shè)備的最佳采集時(shí)間[22]，本研究仍采用傳統(tǒng)1.5 min/床位的SS模式作為標(biāo)準(zhǔn)探討CBM在相同時(shí)間內(nèi)獲取的圖像質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)CBM在中間區(qū)域噪聲更大，該現(xiàn)象是否對小病灶檢出率及其定量分析產(chǎn)生影響尚需進(jìn)一步探討評估。

本研究的局限性在于：① 樣本量較小，雖然本研究中設(shè)定相同的采集范圍和采集時(shí)間來比較兩種進(jìn)床模式的差異，但未對患者的采集進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，希望在今后的研究中通過增大樣本量進(jìn)行分組研究，以期探尋出新模式的最佳適用領(lǐng)域；② 由于當(dāng)前技術(shù)限制并不能使CBM和SS采集時(shí)間完全一致，只能保證最大限度地接近。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明楊森：提出研究思路，設(shè)計(jì)研究方案，獲取研究數(shù)據(jù)，撰寫論文；王玲：輔助設(shè)計(jì)研究方案，分析數(shù)據(jù)；劉鵬、金超嶺、李紅磊：審定論文；富麗萍：總體把關(guān)，審定論文。