18F-FDG PET/CT顯像中連續采集和步進采集的比較

楊 森 王 玲 劉 鵬 金超嶺 李紅磊 富麗萍

(中日友好醫院核醫學科，北京 100029)

常規正電子發射型計算機斷層顯像/電子計算機斷層顯像(positron emission tomography/computed tomography,PET/CT)多采用步進采集(step and shoot，SS)的進床模式采集圖像，通過設定一系列的床位重疊以彌補軸向計數率的不均勻性，但必須按照整倍床位數決定掃描范圍是其明顯的應用局限性。近年來，連續采集(continuous bed motion，CBM)進床模式逐漸應用于臨床。CBM模式擺脫了傳統的床位數限制，不再有床位重疊，可以自由設定掃描范圍，通過改變進床速度來控制采集時間。Siemens Biograph mCT Flow PET/CT顯像中SS和CBM采集模式對圖像質量和定量分析的比較已有相關報道[1-9]，但隨著技術進步和硬件提升，Siemens Biograph Vision PET/CT的分辨率和靈敏度均有大幅提高[10-13]，至今未見該設備兩種采集模式比較的臨床報道，本研究旨在評價Vision設備中兩種采集模式對18F-脫氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose，FDG)PET/CT圖像質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月在中日友好醫院核醫學科行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的識別物識別的信息，免除倫理審查)。排除標準：體內有金屬植入物(如：腰椎置換、髖關節置換、心臟支架等)；狀態不佳，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藥有限公司提供，放化純大于95%。患者禁食6 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，上機時間為藥物注射后60～90 min(73.1±11.5) min。取常規仰臥位，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采集使用自動管電流調節技術，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模式以采集范圍調整床位數，每個床位26.1 cm，相鄰兩個床位間重疊49.7%，每床采集時間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1.0，無濾波，使用點擴展和飛行時間技術，共用同一個CT進行衰減校正，散射校正使用相對校正。

1.3 圖像處理

將采集所得圖像導入西門子數據處理工作站Syngo-via進行后處理，在PET圖像上勾畫容積感興趣區(volume of interest, VOI)，分別于主動脈弓、L3水平豎脊肌、L2～L4椎體、圖像末端13 cm內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 統計學方法

2 結果

2.1 一般資料

50例患者均順利完成檢查,所有影像數據均用于統計分析。SS與CBM的18F-FDG PET/CT圖像對比可見僅在最邊緣處SS的圖像質量明顯較差，其他區域主觀未見不同(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計學意義(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 不同進床模式下正常組織SUVmean比較

兩種進床模式下縱隔血池、肺、肝、豎脊肌、腰椎、大腿肌肉的SUVmean均差異無統計學意義(P>0.05)(詳見表1)，且均存在高度相關(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 不同進床模式下SD的比較

除大腿肌肉SD差異無統計學意義[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系統中[15]，后于2002年在PET/CT中首次應用[16]。隨著數據處理和電子元件的技術進步[17]，最終于2014年在Siemens Biograph mCT Flow平臺實現CBM的商業化[1-2]。近期，Siemens Biograph Vision 600 PET/CT設備發布，將硅光電倍增管(silicon photomultiplier，SiPM)代替傳統的光電倍增管(photomultiplier tube，PMT)，晶體分割更小，飛行時間更短，分辨率和靈敏度都大有提高[10-13]。另外，CBM模式不受床位數限制且滿足自由分割采集范圍的可變速多段式個性化設計和連續多循環采集方式是SS模式所無法完成的，既可以實現重點部位與非重點部位檢查時間的合理分配[1,3-5]，又可以完成動態全身多參PET的數據采集[18]，為臨床疾病的診斷提供了更多定量信息。

本研究表明，不同采集順序對個別組織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差異無統計學意義，這與之前報道[19-20]的18F-FDG在正常組織中攝取和清除的動態變化規律相同，該差異進一步印證了對采集順序隨機分組的必要性。

兩種進床模式下所有組織SUVmean均差異無統計學意義，且均存在高度相關，這與先前在mCT Flow設備研究[1-9]中認為CBM模式可以提供準確的定量信息結論相同。

有研究[1-5，15-18]顯示，在mCT Flow設備中SS模式末端圖像(SS模式沒有床位重疊區域)的噪聲更大，中間區域(SS模式有床位重疊區域)的噪聲兩種模式沒有差異。本研究發現在Vision設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采集使患者每個部分都被成像性能最佳的探測器環中心區域探測，可以有效地消除噪聲放大和歸一化不準確的影響，改善圖像的軸向均勻性，尤其是末端的圖像質量[1-5]。而Vision相比mCT Flow設備探測器更寬，晶體尺寸分割更小，SiPM比傳統PMT排列更緊湊，靈敏度和分辨率更高[11，21]，因此末端的圖像質量SS與CBM兩種模擬并未表現出明顯差異。為盡可能保證與SS模式相同的采集時間，本研究CBM床速設為1.8 mm/s，與以往使用mCT設備的研究[1-5]相比，采集速度更快，設備和床速的差異可能是造成兩種模式中間區域噪聲水平出現差異的原因。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據僅改善了末端圖像質量，對中間區域的圖像質量并沒有貢獻。Yamashita等[8]表明相同采集時間內，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，相同采集時間內，CBM計數率小于SS(單床位采集時CBM計數率=SS計數率的60 %，多床位采集時為80%)。上述3種解釋均支持本研究在中間區域出現噪聲差異的結果，表明中間區域SS模式可以提供更好的圖像質量，此差異是否可以通過延長采集時間提高計數量來彌補有待進一步研究。

Sluis等[21]在mCT Flow與Vision兩款設備的對比中表明，Vision設備可以提供更高的圖像質量和視覺信噪比，且兩款設備在正常組織和病灶中可以提供相當的定量信息，因此可進一步探尋適合于Vision設備的最佳采集時間[22]，本研究仍采用傳統1.5 min/床位的SS模式作為標準探討CBM在相同時間內獲取的圖像質量，發現CBM在中間區域噪聲更大，該現象是否對小病灶檢出率及其定量分析產生影響尚需進一步探討評估。

本研究的局限性在于：① 樣本量較小，雖然本研究中設定相同的采集范圍和采集時間來比較兩種進床模式的差異，但未對患者的采集進行個性化設計，希望在今后的研究中通過增大樣本量進行分組研究，以期探尋出新模式的最佳適用領域；② 由于當前技術限制并不能使CBM和SS采集時間完全一致，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。

作者貢獻聲明楊森：提出研究思路，設計研究方案，獲取研究數據，撰寫論文；王玲：輔助設計研究方案，分析數據；劉鵬、金超嶺、李紅磊：審定論文；富麗萍：總體把關，審定論文。