4D PET/CT對肺部結節呼吸偽影糾正及SUV值影響的初步探討

李超敏，趙艷玲，李思進，劉建忠，武志芳，武 萍，張艷蘭，郝新忠(山西醫科大學醫學影像學系，太原 03000;山西醫科大學第一臨床醫學院核醫學科;通訊作者，E-mail:wuzhifang0@sina.com)

PET/CT(positron emission tomography/computed tomography，PET/CT)氟去氧葡萄糖(fluoredeoxy-glucose，FDG)顯像已廣泛用于腫瘤的診斷、鑒別診斷及病情評估［1］。但在 PET/CT系統中，CT掃描很快，獲得的圖像幾乎是某時刻的快照，因此基本不受呼吸運動影響;而PET掃描速度較慢，每個體位3D PET采集要2 min，獲得的是經歷幾十個呼吸周期的平均圖像，期間患者的呼吸引起胸部及上腹部器官不同程度的運動，使注入到其中的放射性輻射源也跟隨運動，所以PET圖像不可避免要產生運動模糊［2，3］。目前臨床嘗試用4D PET/CT的呼吸門控采集，即呼吸門控的 PET/CT顯像(respiratory-gated PET/CT，RG PET/CT)進行呼吸偽影的糾正［4］。本研究通過對肺部結節患者應用4DPET/CT顯像技術與常規3D采集比較，觀察4D PET/CT對呼吸偽影糾正的情況及及肺部結節標準攝取值(standardized uptake value，SUV)的變化，以期為臨床診斷提供有價值的證據。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

研究對象:選取2010-10～2011-3在山西醫科大學第一臨床醫學院核醫學科進行PET/CT顯像的患者，發現有多個肺部結節，并同意進行呼吸門控顯像的患者共14例，簽署知情同意書。入選患者中有6例肺癌，7例為肺部轉移癌，1例患者臨床考慮結節病可能。

病例收集標準:①常規全身PET/CT顯像患者;②經檢查發現肺部有多個結節;③PET顯像中肺部結節有FDG攝取;④患者同意進行4D PET/CT檢查。

1.2 圖像采集與處理

選擇使用的圖像采集儀器為美國GE Discovery VCT PET/CT;呼吸運動實時監測系統為Varian公司實時跟蹤系統(real-time position management，RPM)。

1.2.1 3D采集及處理18F-FDG注射劑量按5.55-7.40 MBq/kg計算，顯像前排空膀胱，掃描范圍為胸部。注射18F-FDG靜臥休息40-65 min后進行檢查。CT掃描條件:120 kV，120 mA，層厚3.75 mm。PET圖像用3維模式采集，2 min/床位，掃描完成后用CT數據對PET數據進行非均勻衰減校正。掃描過程中無明顯身體移動造成的偽影。掃描完成后進行常規圖像處理。

1.2.2 4D PET/CT采集及處理 掃描前對患者進行呼吸訓練，保證在4D掃描過程中呼吸平穩、均勻。

4D CT掃描條件:120 kV，30 mA，層厚2.5 mm。CT圖像的“后門控”處理在后臺工作站上進行。先對呼吸曲線設置不同的相位值，本研究共設定6個時相:0，16%，33%，50%，66%，83%，吸氣末為 0，呼氣末為50%，下一個吸氣末為100%(即0時相)，不斷循環;再對不同相位設置運動幅度可接受的相位范圍。

4D PET掃描條件:6 min/床位。PET掃描時在接收到呼吸信號的觸發后進行，由于呼吸周期分成6個時相因而預置每個床位分為6 bins。通常把1個周期分成6個時相，呼吸控制系統則連續記錄CT曝光的時相信息，并同時記錄呼吸節律信號。4D PET圖像在后處理工作站自動劃分為6個時相的呼吸門控系列圖像。重建時采用其對應時相的CT圖像作衰減校正，從而可以實現考慮了呼吸運動后的PET衰減校正。

1.3 圖像分析

所有感興趣區的勾畫選擇PET和CT圖像上肺部病灶形態一致的一個層面，在6個時相(phase 1-6)的PET圖像上分別勾畫感興趣區(region of interest，ROI)，并記錄 ROI的計數、SUV 值和 ROI體積。SUV由AW系統全自動分析獲得，每個肺部結節的每個指標均要進行非門控圖像、門控顯像的6個時相共7次測量。

1.3.1 腫瘤標準攝取比值(SUV)的獲得 由AW工作站半自動處理得到肺部結節最大SUV(maximum standardized uptake value，SUVmax)和平均 SUV(mean standardized uptake value，SUVmean)。呼吸門控SUV值取自6個時相SUV的平均值。

1.3.2 PET信噪比(signal-to-noise ratio，SNR) 取面積為100 mm2的圓形ROI，測量SUV平均值及標準差(SUVmean、SUVsd)。

SNR=SUVmean/SUVsd［5］

1.3.3 CT圖像質量的評估 由2名高年資放射人員對CT圖像進行視覺評價，評價內容包括支氣管血管束、肺野清晰度、肺結節形態、大小及結節周邊特性。

1.3.4 呼吸偽影糾正的評價 由2名高年資放射人員對呼吸偽影進行視覺評價。評定標準:在3D和4D PET/CT融合圖像中，觀察肺部結節的PET與CT圖像是否有明顯位移，評定為呼吸偽影陽性與陰性。

1.4 統計學分析

2 結果

經過對RG PET/CT圖像的處理，呼吸門控圖像質量清晰，共得到37個可測量的肺部結節SUV＞2.5，其中21個結節位于肺下葉，5個結節位于肺門，11個結節位于肺部中上葉。另有4個肺部結節SUV＜2.5，未進行統計分析。

2.1 4D PET/CT圖像質量的評定

2.1.1 4D PET圖像質量的評定 通過公式計算，得到3D與4D不同時相的SNR，phase 2與phase 6信噪比略高于其他時相(見圖1)。4D圖像SNR(4.00±0.35)略高于3D顯像(3.98±0.55)，二者之間差異并沒有統計學意義(Z=-1.109，P=0.267)，4D PET圖像質量可滿足臨床的診斷要求。

圖1 3D與4D PET/CT不同時相的SNR值比較Figure 1 Comparison of the SNR values between 3D and different phases of 4D PET/CT

2.1.2 4D CT圖像質量的評定 對37個結節CT圖像視覺評價，4D CT圖像的噪聲略高于3D CT，所觀察視野內支氣管血管束邊緣毛糙，走形及分支可辨，肺野清晰、透光尚均勻，肺結節形態(分葉、大小及邊緣情況(毛刺、胸膜牽拉征等)容易觀測，特別是某些時相更易觀測，分葉及毛刺觀察優于常規CT。

2.2 呼吸偽影的糾正

37個結節中，3D PET/CT觀察到產生呼吸偽影的結節33個，呼吸偽影陽性率達到89.2%，4D PET/CT糾正偽影31個(93.9%)，未產生呼吸偽影的結節中有3個位于肺門，1個位于肺上葉。4D PET/CT觀察到產生呼吸偽影的結節僅有2例(見表1)，均位于肺下葉，并且較3D采集產生的偽影小。圖2(見第754頁)顯示的是一名肺癌患者的3D及4D PET/CT圖像，3DPET/CT中可見明顯的呼吸運動偽影，而4D PET/CT中呼吸運動偽影得到有效糾正。

圖2 男性肺癌患者同一肺部結節偽影校正4D與3D圖像比較Figure 2 Comparison of respiratory artifact correction of the same lung nodules in 4D and 3D acquisition technology of a male patient with lung cancer

表1 4D與3D采集PET呼吸偽影的比較 (個)Table 1 Comparison of respiratory artifact in 4D PET/CT and 3D PET/CT

2.3 3D與4D PET/CT顯像技術SUV的比較

2.3.1 3D與4D PET/CT顯像技術SUVmax的比較4D PET/CT技術顯像質量清晰，FDG攝取明顯增高，SUVmax值可以達到13.69±6.70，明顯高于3D PET/CT(12.76±6.74)，表明4D PET/CT技術能更加容易區別病灶(t=3.475，P=0.001)。經比較，發現4D顯像中37個結節中有30個結節SUV值明顯高于3D顯像，SUVmax值增加率甚至可達39.99%。但仍有7個結節SUVmax值低于3D顯像，觀察圖像發現其中有5個結節合并炎癥，結節體積也較小，最大直徑(CT圖像)小于4 mm。

2.3.2 兩組顯像技術SUVmax相關性分析 SUVmax在3D與4D PET/CT中有差異，但相關性非常好(r=0.971)，相關方程為y=1.384+0.964x(見圖3)。

圖3 3D與4D PET采集技術中SUVmax相關性散點圖Figure 3 Correlation scatter diagram of SUVmaxin 3D PET and 4D PET

3 討論

由于人體的呼吸節律受植物神經系統和大腦中樞神經系統的雙重控制，因此呼吸節律比心臟搏動更加多變和不規則，對肺部PET/CT顯像產生了一定不可避免的影響。臨床常用自我呼吸限制和外源性呼吸限制(如呼吸機的強制通氣)來減少呼吸運動的影響［6］，前者由于要求患者主動改變呼吸運動幅度和頻率，許多患者不能耐受;目前多采用呼吸運動監測設備進行呼吸門控顯像，其臨床價值正逐步受到重視。

呼吸門控技術能夠校正偽影，但導致圖像質量下降，圖像的信噪比大大低于平均PET圖像。這是因為每個時相獲取的γ光子數相應減少，統計漲落加大，相同掃描時間里每個時相的圖像只有平均圖像的10%-15%的統計計數。為獲得與平均PET圖像同樣的計數，掃描時間必須加大到非門控采集時的5-10倍，或者成比例地增加放射性示蹤劑的含量［7］。由于增加放射性示蹤劑劑量會直接導致患者所受輻射劑量增加，因此本研究中采用了延長PET采集時間6 min/床位來避免圖像質量的降低。Chang等［5］對26個結節進行了對比研究發現，與非門控 PET/CT相比，門控技術可以提高 SNR(-3.4%～81%，平均提高26.3%)，圖像質量明顯提高。而另一些研究卻發現門控與非門控PET/CT顯像中SNR變化并沒有統計學差異(P＞0.2)。本文研究顯示在現有的采集條件下，4D采集得到的CT與PET的圖像質量與3D采集并沒有明顯差異，并且呼吸偽影得到很好的校正，這與部分學者研究是一致的［8，9］。

標準攝取比值即SUV在臨床已經成為PET/CT常規半定量診斷指標。呼吸運動偽影使肺結節發散出來的符合光子事件發生在一個較大的感興趣區內，從而導致SUV值的減低。而4D采集技術有效糾正了呼吸運動偽影，故而SUV值得到提升。國外學者Werner等［9］對18名患者23個肺部結節進行4D與3D PET/CT采集，結果表明:與常規3D PET/CT顯像比較，4D顯像技術可以顯著提高SUVmax和SUVmean(兩者 P＜0.01)，但二者之間的 SUVmax和SUVmean有顯著相關性(r分別為0.972和0.965 6)。本研究經過對37個肺部結節進行4D PET/CT檢查，結果發現SUVmax值可以達到13.69±6.70，明顯高于3D PET/CT，表明4D PET/CT技術能更加容易區別病灶，而且門控4D技術中SUVmax可以較3D技術提高39.99%，因此門控4D技術可明顯提高SUV，進而影響臨床判斷。這與國外學者的近期研究一致［9，10］。

本研究中4D PET/CT尚有兩個位于肺下葉結節呼吸偽影未完全糾正，可能與結節位置不同呼吸運動幅度亦不同密切相關，需要擴大樣本進一步研究證實。另外，本研究有4個結節常規顯像中SUV＜2.5，RG PET/CT后有3個結節SUV值增高，1個結節無明顯變化。由于入選結節數太少，未作統計分析，但仍然可以看出對于輕度攝取FDG結節，經過RG PET/CT后SUV也有所提高，有可能影響臨床診斷和分期［11］。

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