18F?FDG PET/CT顯像步進(jìn)采集與連續(xù)進(jìn)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(yùn)用于臨床診療實(shí)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(píng)價(jià)中發(fā)揮著重要作用，對(duì)指導(dǎo)臨床治療方案的制訂有著重要意義［1-2］。連續(xù)進(jìn)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(yùn)動(dòng)模式，相對(duì)于常規(guī)的步進(jìn)（step and shoot，SS）式進(jìn)床模式，其進(jìn)床特點(diǎn)是通過設(shè)置掃描速度而實(shí)現(xiàn)檢查床連續(xù)移動(dòng)，數(shù)據(jù)采集同步連續(xù)進(jìn)行，總掃描時(shí)間由床移動(dòng)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(zhǔn)；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(zhǎng)掃描范圍的情況，不僅節(jié)省采集時(shí)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(jìn)床模式下18F?FDG PET/CT圖像質(zhì)量，探討CBM進(jìn)床模式下18F?FDG PET/CT圖像質(zhì)量特征。

方 法

1.研究對(duì)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(jī)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(huì)批準(zhǔn)。

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(shí)間1 h，訓(xùn)練呼吸，取常規(guī)仰臥位，頭先進(jìn)，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(jìn)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(gè)床位22.1 cm，相鄰2個(gè)床位間重疊43%，每床位采集時(shí)間1.7 min。

2.2 CBM模式掃描方法（圖1B）

圖1 不同進(jìn)床模式下掃描定位圖

選擇需要重點(diǎn)針對(duì)的部位并延長(zhǎng)其掃描時(shí)間（1.5 mm/s），縮短其他正常部位的掃描時(shí)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(shí)間及點(diǎn)擴(kuò)展技術(shù)，進(jìn)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(píng)價(jià)法

由2位有經(jīng)驗(yàn)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(duì)比度、噪聲及是否存在偽影等，對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)、良、中、差等4個(gè)等級(jí)評(píng)價(jià)。當(dāng)意見不一致時(shí)，再引入第3名醫(yī)師進(jìn)行協(xié)商評(píng)價(jià)，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(píng)價(jià)法

（1）PET代謝圖像噪聲：分別測(cè)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(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差（SD）值作為噪聲的定量指標(biāo)。

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

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。計(jì)量數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布者以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，否則以中位數(shù)（四分位間距）表示，計(jì)數(shù)資料以例數(shù)（百分比）表示。對(duì)于各種指標(biāo)的組間差異比較，當(dāng)資料符合正態(tài)分布時(shí)采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，否則用非參數(shù)Mann?WhitneyU檢驗(yàn)；率的比較采用卡方檢驗(yàn)。P<0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jì)學(xué)意義。

2.圖像采集時(shí)間和主觀評(píng)價(jià)比較

SS組和CBM組圖像采集時(shí)間分別為710（102）s和444（21）s，2組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=-8.733，P<0.001），CBM組采集時(shí)間短于SS組。SS組中，圖像質(zhì)量被評(píng)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(píng)分。2組圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=7.920，P=0.019），CBM組中圖像質(zhì)量?jī)?yōu)級(jí)高于SS組。

3.客觀評(píng)價(jià)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(jì)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(jìn)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(jì)學(xué)意義（均P>0.05）。

表2 不同進(jìn)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(jì)學(xué)意義。

表3 不同進(jìn)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(jìn)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(jìn)床模式的圖像噪聲、代謝值/噪聲比均無差異。

圖2 不同進(jìn)床模式下側(cè)腦室水平層面PET/CT融合圖像

圖3 不同進(jìn)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(dòng)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(diǎn)，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(cè)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(jìn)床模式有2種，即傳統(tǒng)的步進(jìn)采集（SS）與連續(xù)性采集（CBM）。SS采集是以床位采集，采集時(shí)床位不動(dòng)，因3D數(shù)據(jù)采集時(shí)相鄰床位需要一定的空間重疊以彌補(bǔ)計(jì)數(shù)率的軸向不均勻性，因此理想情況為重疊半個(gè)軸向視野，但這樣會(huì)顯著增加采集時(shí)間，臨床上多數(shù)廠家機(jī)器采用10%~30%重疊，這會(huì)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(gè)檢查范圍內(nèi)不間斷連續(xù)移動(dòng)，數(shù)據(jù)采集同步連續(xù)進(jìn)行，總掃描時(shí)間由床移動(dòng)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(shí)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(zhǎng)掃描范圍的情況。

在本研究中，我們對(duì)CBM組受試者，根據(jù)其病史選擇需要重點(diǎn)針對(duì)的部位并延長(zhǎng)其掃描時(shí)間（進(jìn)床速度為1.5 mm/s），同時(shí)縮短其他正常部位的掃描時(shí)間（進(jìn)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(shí)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(shí)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(jìn)一步評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方法很多，包括基于視覺感官的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)、基于算法模型的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)和基于PET性能指標(biāo)的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)，后者包括一些定量性能指標(biāo)，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(jì)數(shù)率等。在本研究中，我們采用了視覺感官的主觀評(píng)價(jià)方法和PET顯像的一些定量評(píng)價(jià)指標(biāo)來評(píng)價(jià)SS和CBM不同進(jìn)床模式下采集的PET圖像的質(zhì)量［6］。

首先，我們對(duì)2組圖像質(zhì)量由有經(jīng)驗(yàn)的核醫(yī)學(xué)科醫(yī)師通過分析圖像均勻度、對(duì)比度、噪聲及是否存在圖像偽影等對(duì)圖像進(jìn)行視覺感官的主觀評(píng)價(jià)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)、良、中、差等4個(gè)等級(jí)評(píng)價(jià)，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?jī)?yōu)等級(jí)占64%（32/50），高于SS組（36%，18/50）。

在定量指標(biāo)評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的研究中，我們分別評(píng)價(jià)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(jì)學(xué)意義（P>0.05）。Yamashita等［8］采用美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）圖像質(zhì)量模型對(duì)CBM模式與SS模式進(jìn)行測(cè)試的研究結(jié)果顯示，這2種模式中各病灶球的對(duì)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(shí)間的同時(shí)，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(gè)指標(biāo)，而在之前的一些研究中，將噪聲等效計(jì)數(shù)率（noise equivalent count rate，NECR）作為描述PET圖像噪聲的一個(gè)指標(biāo)，并由此可計(jì)算與NECR相關(guān)的另一個(gè)指標(biāo)——噪聲等效計(jì)數(shù)密度，上述這些均可作為PET圖像的基本質(zhì)量指標(biāo)［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(shí)際采集長(zhǎng)度，并根據(jù)實(shí)際采集長(zhǎng)度計(jì)算的CT輻射劑量，發(fā)現(xiàn)CBM采集模式可降低實(shí)際采集長(zhǎng)度進(jìn)而有效減少CT輻射劑量。

此外，本研究采用1︰1隨機(jī)分組的方法比較了SS和CBM這2種進(jìn)床模式下采集圖像的質(zhì)量和對(duì)不同組織器官的SUV值的影響，由于缺乏自身對(duì)照，沒有對(duì)病灶的檢出效能和不同進(jìn)床模式采集對(duì)病變SUV值的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。在黃克敏等［7］的研究中，通過對(duì)患者連續(xù)進(jìn)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(jìn)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(jìn)床模式下所采集圖像對(duì)病灶的檢出以及對(duì)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(jìn)一步加以評(píng)價(jià)。

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