不同重建方式在18F-AV 1451 PET/MR圖像重建中應用價值

阮 超, 王明麗, 陸國秀, 石慶學, 龐艷波, 王治國

1.大連醫科大學 北部戰區總醫院 研究生培養基地,遼寧 大連 116000;北部戰區總醫院 2.核醫學科;3.干部病房三科,遼寧 沈陽 110016

阿爾茨海默癥(Alzheimer′s disease,AD)是一種神經退行性類疾病,由大腦中的神經細胞受損引起,其主要病理變化之一是神經元纖維纏結[1-3]。近年來,PET/MR已經成功應用于臨床。PET可以提供人體代謝水平的相關信息,MR可以獲得良好的解剖結構和細節。PET與MR的結合在AD診斷中展現出巨大的潛力和作用[4-5]。因技術有限,PET圖像始終存在靈敏度及分辨率較低的問題。飛行時間技術(time of flight,TOF)可改善PET的圖像質量,通過測量一對湮滅光子到達探測器的時間差,從而確定連接兩個探測器晶體的響應線,可以通過識別沿著響應線發生的重合事件來改善定位的準確性[6-7]。點擴散函數(point spread function,PSF)可以在有限的計數率掃描中提高圖像的分辨率與對比度。TOF與PSF均已被證實可以提高圖像的信噪比[8]。在診斷AD時,標準化攝取值比率(standardized uptake value ratio,SUVr)作為一個半定量指標具有重要參考價值,應用不同的重建方式會對SUVr值產生影響。本研究旨在探討不同重建方式在18F-AV 1451 PET/MR圖像重建中的應用價值。現報道如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取北部戰區總醫院自2021年3月至2022年8月收治的22例行18F-AV 1451 PET/MR檢查的AD患者為研究對象。納入標準:簡單精神狀態檢查量表評分≤26分;臨床癡呆定量表評分≥1分;蒙特利爾認知評估量表評分>24分;符合《2018中國癡呆與認知障礙診斷指南》[9]中AD診斷標準;圖像質量合格。排除標準:既往有其他精神類或神經類疾病;因頭動等偽影導致圖像模糊。其中,男性8例,女性14例;年齡53～84歲,平均年齡(69.41±7.83)歲。本研究經過醫院倫理委員會批準。所有患者均簽署知情同意書。

1.2 研究方法 所有患者靜脈注射8～10 mCi18F-AV 1451,休息80 min后進行PET掃描,掃描時間20 min。掃描時,患者取仰臥位,頭部正中矢狀面垂直于臺面并使用頭部專用線圈進行成像。PET的掃描范圍包括顱頂至顱底,視野為25.6 cm×25.6 cm,矩陣256×256。MR采集時使用3D T1加權成像序列,重復時間8.5 ms,回波時間3.2 ms,視野為25.6 cm×25.6 cm,矩陣256×256,采集層厚1 mm。掃描獲得的PET圖像應用以下方式進行重建:有序子集最大期望值法(ordered subset expectation maximization,OSEM);OSEM+TOF;OSEM+PSF;OSEM+TOF+PSF。重建后的圖像均采用Matlab R2018b中的SPM12進行處理。根據蒙特利爾神經病學研究所提供的解剖自動標記模板進行腦區分割并提取標準化攝取值(standardized uptake value,SUV)。通過腦區體積的權重計算整合成額葉、頂葉、顳葉、枕葉及扣帶區等多個腦區,同時選擇小腦區域為參考區域,計算各個腦區的SUVr值。SUVregion為所選腦區SUV值,SUVbackground為小腦區域SUV值,σ為小腦區域的標準差值,SUVmean為腦區平均值,SD為小腦區域標準差值。對比度、信噪比、SUVr值計算公式如下:

1.3 觀察指標 記錄并比較應用OSEM、OSEM+TOF、OSEM+PSF、OSEM+TOF+PSF 4種重建方式重建腦部PET圖像的對比度、信噪比、SUVr值。

2 結果

2.1 不同重建方式所得PET圖像比較 1例66歲女性AD患者應用不同重建方式得到的PET圖像見圖1。OSEM+TOF+PSF重建方式增加了腦PET圖像的對比度,灰質結構更加清晰。

2.2 不同重建方式下各腦區對比度比較 與OSEM比較,OSEM+TOF、OSEM+PSF、OSEM+TOF+PSF在額葉、頂葉、顳葉、枕葉、扣帶區的對比度均增加,差異均有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 不同重建方式下各腦區對比度比較[M(Q1,Q3)]

2.3 不同重建方式下各腦區信噪比比較 與OSEM比較,OSEM+TOF、OSEM+PSF、OSEM+TOF+PSF在額葉、頂葉、顳葉、枕葉、扣帶區的信噪比均增加,差異均有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 不同重建方式下各腦區信噪比比較[M(Q1,Q3)]

2.4 不同重建方式下各腦區SUVr值比較 與OSEM比較,OSEM+TOF、OSEM+PSF、OSEM+TOF+PSF在額葉、頂葉、顳葉、枕葉、扣帶區的SUVr值均增加,差異均有統計學意義(P<0.05)。見表3。

表3 不同重建方式下各腦區SUVr值比較[M(Q1,Q3)]

3 討論

18F-AV 1451 PET/MR在診斷AD時具有重要臨床價值[10]。18F-AV 1451作為一種應用于PET成像的放射性示蹤劑,對Tau蛋白沉積具有高親和力,可以特異性顯示Tau蛋白病變的腦區[11-13]。PET成像因其技術的限制,圖像分辨率始終無法滿足臨床需要。為解決此類問題,在圖像采集和重建時,在原有OSEM基礎上,加入TOF與PSF以改善PET圖像的質量。TOF與PSF可以改善PET圖像的對比度和信噪比,提高SUVr值準確性,均衡圖像質量[14-16]。

本研究結果顯示,與OSEM比較,OSEM+TOF、OSEM+PSF、OSEM+TOF+PSF在額葉、頂葉、顳葉、枕葉、扣帶區的對比度均增加,差異均有統計學意義(P<0.05)。這表明,應用TOF和PSF可以提高圖像的對比度,與Shang等[14]研究結果一致。本研究結果顯示,與OSEM比較,OSEM+TOF、OSEM+PSF、OSEM+TOF+PSF在額葉、頂葉、顳葉、枕葉、扣帶區的信噪比均增加,差異均有統計學意義(P<0.05)。這提示,應用TOF和PSF可以提高圖像的信噪比。Huang等[17]研究發現,TOF和PSF可以顯著提高小病變和低對比病變的SUVr值,獲得更佳的圖像質量,提高病灶的檢出率。本研究結果還顯示,與OSEM比較,OSEM+TOF、OSEM+PSF、OSEM+TOF+PSF在額葉、頂葉、顳葉、枕葉、扣帶區的SUVr值均增加,差異均有統計學意義(P<0.05)。這提示,應用OSEM+TOF+PSF在不同腦區中均能顯著提高SUVr值,更清晰地顯示出病變的異常高攝取。

綜上所述,應用TOF和PSF可以提高腦PET圖像的對比度和信噪比,使SUVr更準確,聯合應用OSEM+TOF+PSF的圖像質量更佳。