PET/CT圖像偽影初探

陳澤龍，趙春雷，王志敏，錢根年，楊忠東，陳自謙

南京軍區福州總醫院　醫學影像科，福建　福州　350025

PET/CT圖像偽影初探

陳澤龍，趙春雷，王志敏，錢根年，楊忠東，陳自謙

南京軍區福州總醫院醫學影像科，福建福州350025

[摘要]PET/CT在臨床上得到了廣泛的應用和肯定，但是PET/CT圖像同樣存在一些偽影并且這些偽影很有可能影響醫師的診斷。本文從4個方面對PET/CT偽影進行闡述，從原理和技術層面分析了偽影的成因，總結了目前解決偽影的一些方法。

[關鍵詞]PET/CT；運動偽影；衰減校正偽影；圖像融合；圖像質量；容積效應

0　前言

近10年來，PET/CT（正電子發射斷層顯像/X線計算機體層成像）在臨床上得到了廣泛的應用，尤其是FDGPET/CT在腫瘤的定性、分期、定位及癲癇病灶的定位等方面，為臨床醫生的正確診斷和治療做出重要貢獻。PET/CT以其高質量的圖像為臨床提供豐富的診斷信息，但PET/CT圖像同樣也存在著一些不可克服或者說難以克服的缺陷，即偽影。PET/CT偽影有的來源于其成像原理，有的來源于設備的構造，有的來源于受檢患者自主或者不自主的運動，同時還有其他一些偽影，本文從4個方面對PET/CT偽影進行歸納綜述。

1　CT衰減校正偽影

PET成像的基本原理是晶體探測在符合時間窗內有兩個互成180°的511 keV γ光子，γ光子從人體到達探測器的過程中會發生衰減，這個衰減對圖像造成的影響不能忽略，因此需要進行衰減校正。單純PET的衰減校正采用68Ge棒源，68Ge棒源發射的也是511 keV γ光子，與PET檢查所用的正電子放射性核素衰變所發射的γ射線能量一致，因此，采用68Ge棒源進行衰減校正得到的衰減校正系數與正電子放射性核素衰變所發射的γ射線的衰減校正系數是一樣的，不會產生誤差。PET/CT采用CT的透射掃描數據計算衰減校正系數，它的好處是將整個檢查時間減少了近40%[1]，同時CT掃描數據還可以提供診斷信息，但是由于CT掃描發射的是X光子，它是能量范圍從40～140 keV的廣譜射線[2]，在人體組織中主要發生光電效應，而光電效應的發生率與原子系數相關，高原子系數材料明顯高于低原子系數材料；而γ光子在人體組織中主要發生康普頓散射，康普頓散射的發生率只與電子密度相關，因此CT透射掃描發射的X射線對高原子系數材料如骨組織的衰減明顯高于低原子系數材料如軟組織的衰減，而511 keV γ光子在軟組織和骨組織中的衰減幾乎沒有差別。因此將CT透射掃描得到的線性衰減系數轉化為γ光子的衰減系數將會產生誤差，導致過度校正而產生PET/CT偽影，需要對CT X射線衰減系數進行校正。目前CT衰減校正算法主要有5種：① 比例縮放法（Scaling）；② 分割法（Segmentation）；③ 雙值組合法（Hybrid）；④雙線性法（Bilinear）；⑤ 雙能CT法，臨床上采用比較多的是雙線性法[3]。

1.1體內金屬植入物產生的偽影

體內金屬植入物包括心臟起搏器、人工關節、義齒、外科整形材料和化療泵等，單純的PET采用68Ge棒源進行衰減校正，這些高密度材料不會造成偽影，對圖像沒有影響。PET/CT采用CT進行衰減校正，在PET/CT融合圖像上就會形成FDG高攝取的偽影，同時在CT圖像上也會形成條狀偽影。這種偽影一般對有經驗的診斷醫師不會造成困擾，通過重建非衰減校正圖像可以進行識別（圖1）。但是對于金屬植入物附近的腫瘤病灶則有可能因為偽影而造成漏診或者誤診，例如裝有義齒的頭、頸部惡性腫瘤患者。另外有學者研究指出[4]，包括體內金屬植入物等高密度材料產生偽影的原因不一定單純就是CT衰減校正造成的，在PET采集過程中高密度材料自身存在運動同時其周邊組織器官攝取放射性藥物，導致在重建的PET/CT圖像上高密度材料呈現高攝取的偽影。

圖1 體內心臟起搏器導致的偽影，A：經CT衰減校正圖像，在PET和PET、CT融合圖像上放置心臟起搏器的地方均可見示蹤劑濃聚灶；B：不帶衰減校正圖像，從圖像上可以看到在同樣的地方，濃聚灶消失了，說明是個偽影。

1.2對比劑產生的偽影

PET/CT檢查一般使用含碘的口服對比劑，這種對比劑一般濃度不高，雖然其密度比較高，CT衰減校正會有一定的誤差，但不會對PET/CT圖像質量產生明顯的不良影響。但是對于PET/CT檢查前口服鋇劑做胃腸鋇餐檢查或者鋇灌腸檢查的患者，其體內的鋇濃度很高，在CT和PET/CT圖像上會產生嚴重偽影，對于這類患者應詳細詢問病史，選擇合適的檢查時間。

PET/CT檢查中CT部分的掃描可以有3種方法：① 低劑量掃描（約40 mAs），主要用于衰減校正和定位；② 靜脈內注射對比劑或者口服對比劑正常劑量掃描（大概140 mAs）；③ 低劑量CT和正常劑量CT（靜脈內注射或者口服對比劑）兩次掃描[1]。兩次CT掃描是為了避免對比劑影響CT衰減校正，但是增加了患者的輻射劑量。靜脈內注射對比劑一般不會影響診斷醫師對PET/CT圖像的判讀，事實上考慮到PET檢查前增強CT的針對性以及受檢查患者所接受的輻射劑量，目前很少在PET檢查前做增強CT掃描。我院的做法是先口服對比劑進行CT掃描，之后進行PET掃描，如果診斷需要再進行增強CT補充掃描。

1.3淋巴結鈣化產生的偽影

淋巴結鈣化產生的偽影可能是臨床上最有意義但又少有報道的CT衰減校正偽影。有研究報道患右肺早期鱗癌的病人其對側肺門單個鈣化淋巴結對FDG表現出高攝取的假像，如果偽影沒有被察覺，就有可能得出臨床IIIB期的診斷，通過非衰減校正圖像可避免此類誤診。

2　患者運動偽影

運動偽影屬于非衰減校正偽影，主要包括患者由于體位不適改變體位的自主運動偽影和不自主運動偽影，不自主運動偽影主要包括呼吸運動偽影和胃腸道運動偽影。

2.1呼吸運動偽影

患者接受PET/CT檢查時一般采取自由呼吸，由于PET采集時間比較長（12～25 min），得到的圖像包含多個呼吸周期，CT的掃描速度很快，得到的是某個呼吸時相的圖像，而患者自由呼吸使得胸廓、膈肌及其附近的臟器（肝、肺等）位置不斷變化，造成PET和CT圖像位置匹配出現誤差，產生偽影（圖2）。

Beyer 等研究統計指出如果沒有采取任何控制呼吸的措施，那么呼吸運動偽影的發生率將達到98%[5]。呼吸運動偽影主要表現為肝臟畸形變和肝臟重疊于肺底，肝臟和肺之間出現一個放射性冷區，對于肺部病變，呼吸運動偽影對肺外周和基底部病變的影響明顯大于其對肺頂部和肺中央病變的影響[6]。

呼吸運動偽影嚴重影響了PET/CT對胸腹部腫瘤的正確診斷和放射治療計劃的制定，偽影使腫瘤邊界不清位置無法確定，影響放射治療計劃對靶區的界定，同時也影響SUV（標準攝取值）值，使測得的SUV值比真實值小。消除呼吸運動偽影的方法之一是采用呼吸門控技術，所謂PET/CT呼吸門控技術即四維PET/CT采集[7-8]，是通過特定的設備采集呼吸運動信號，在實時呼吸門控系統的指導下，將CT和PET床位采集的呼吸周期分為若干時相，再將同一時相的CT圖像和PET圖像進行配準和衰減校正，得到校正后的PET/CT圖像，一般CT的床位采集時間會略多于一個呼吸周期，PET仍然是常規的采集時間，經過呼吸門控技術校正的PET/CT圖像的呼吸運動偽影明顯減輕。呼吸運動偽影還可以通過呼吸運動補償算法進行校正，呼吸運動補償算法主要分為基于圖像配準的方法、基于圖像重建或原始數據的方法和基于反卷積的圖像恢復方法3大類[9]。

圖2　呼吸運動偽影，A：圖像上可見肝臟穹隆部深入到右肺底部；B：圖像配準不準確。

2.2胃腸道運動偽影

胃腸道內含有氣體，同時會發生蠕動，并且在呼吸運動的影響下，胃腸道內軟組織會發生位置偏移，導致圖像匹配錯誤；由于采用CT衰減校正，胃腸道運動還可以影響CT衰減校正圖，進而影響腹部及盆腔內PET/CT圖像的分析，出現假陽性或者假陰性。由于CT衰減校正引起的腹部及盆腔內的異常放射性濃聚，可通過重建非衰減校正圖像進行鑒別。

2.3患者體位移動產生的偽影

PET圖像采集時間比較長，患者由于不適而改變體位，表現為單側不適處肌肉放射性攝取；同時由于體位改變，CT位和PET位圖像不匹配造成融合偏差，出現失匹配偽影；再者用錯配的CT信息進行衰減校正，會導致對PET圖像的過高或過低校正而產生偽影（圖3）。此類偽影通過檢查前對患者的指導可盡量予以避免，但是對于PET采集時間長而使患者產生不適的問題，只能希望將來通過改善PET采集方式或者采用更高效的晶體而得到解決。

圖3　患者頭部移動產生的偽影

3　設備本身造成的偽影

由于設備本身硬件或者軟件故障影響PET/CT成像質量，例如晶體損壞，因此需要對PET/CT進行定期的校準和維護保養，及時排除故障，使設備始終處于良好的狀態。PET/CT設備上雖然PET和CT屬于同一機架，但其實PET和CT是相對獨立的兩部分，對于GE Discovery LS PET/CT，其PET和CT通過導軌連接，兩部分完全可以分開，PET和CT硬件上的配準通過執行VQC（Volumetric Calibration & Quality Control Procedure）校準程序進行檢驗。PET和CT硬件的配準影響到PET和CT圖像的融合以及CT衰減校正，配準不好不僅不能充分發揮兩種設備的優勢，還有可能導致診斷錯誤,因此需要定期進行VQC校準。

4　其他偽影

PET/CT偽影除了來源于CT衰減校正、患者運動以及設備本身性能以外，還包含以下幾種類型的偽影。

4.1部分容積效應偽影

PET有限的空間分辨率使部分容積效應（Partial Volume Effect，PVE）成為影響圖像質量的不可忽視的重要因素，PVE的成因主要是由兩個效應共同作用下形成的，即點源擴展和組織分數效應[10]。放射性核素衰變產生的正電子具有一定的動能，在發生湮滅前會有1～3 mm的射程，這個射程使點源成像后有一定程度的擴展。影響部分容積效應的因素還包括腫瘤大小和形狀、病灶周圍放射性本底、成像系統分辨率、圖像采集條件和測量方法等[10]。

PVE使圖像中的感興趣區的放射性濃度降低或者升高（濺出效應或者濺入效應），圖像邊緣模糊，對于小病灶的影響尤其嚴重。有文獻報道[11-12]，對一個接近成像系統分辨率大小的熱病灶（5 mm），圖像上測得的示蹤劑濃度值可下降到病灶真實濃度值的10%。對于大的病灶，PVE主要體現在病灶的邊緣外展且示蹤劑濃度下降。

國內外學者針對PVE提出了各種不同的校正方法[13-15]，最初是Hoffman在1979年提出的放射性計數恢復系數（recovery coefficient, RC），用以描述及校正部分容積效應，后來有學者提出了一些不同的方法校正PVE，這些方法大致可分為3類[15]，但目前為止PVE的校正方法尚處于實驗研究階段。

4.2CT射束硬化效應偽影

在PET/CT掃描中，由于患者身體不適等原因在進行CT掃描時患者雙臂置于CT掃描視野內，或者患者體內攜帶高密度金屬植入物或對比劑，會產生CT射束硬化偽影，表現為星狀或者條狀偽影，而CT用于衰減校正又會導致PET放射性計算錯誤，在PET圖像上產生偽影。圖1 CT圖像上可見條狀偽影即為射束硬化效應偽影。檢查前對患者耐心細致的指導以避免患者在檢查過程中的不自主運動以及攜帶高密度物件接受檢查可以減少不必要的射束硬化效應偽影，但是對于由于疾病而無法配合或者體內植入金屬材料的患者則射束硬化效應偽影也是不可避免的。

4.3CT截斷偽影

患者過度肥胖或接受檢查時手臂放在身體兩側，由于PET掃描視野比CT掃描視野大, 而使得患者身體可完全通過PET掃描視野卻有部分掃描部位會超出CT的掃描視野范圍, 導致CT掃描不能得到掃描部位的全部信息, 產生截斷偽影（圖4）。截斷偽影的產生主要與患者不能配合有關。

4.4顯像劑滲漏導致的偽影

顯像劑外漏表現為特定部位的“熱區”。有文獻報道[1]，FDG發生皮下滲漏可被淋巴系統吸收，最終被腋下或縱隔淋巴結攝取導致診斷困難，尤其是乳腺癌或肺癌患者，要求進行一個短期內的隨訪檢查，以排除病灶可能。患者體表放射性污染也可表現為特定部位的“熱區” （圖5）。皮下滲漏一般與FDG注射及注射后按壓方法有關，通過改善注射及注射后按壓方法可避免此類偽影的產生。

圖4　截斷偽影。A ：PET圖像上顯示靠近掃描野邊緣的雙上肢呈條紋狀“熱區”；B：PET和PET、CT融合圖像顯示手臂疊置于頭上時產生的截斷偽影。

圖5　顯像劑滲漏偽影

4.5高血糖患者注射胰島素的影響

糖尿病患者升高的血糖水平會導致體內葡萄糖與FDG發生競爭性抑制,腫瘤攝取FDG量減少，成像不清晰，因此需注射胰島素降血糖以提高圖像質量；但是胰島素又會導致FDG被脂肪和肌肉攝取，肌肉的高攝取有可能影響對病灶的觀察和判斷。因此對于高血糖患者最好提前通過藥物治療將血糖控制在允許值范圍內再接受PET/CT檢查。

生理性攝取在特定條件下出現的正常的生理性放射性攝取，常見的有卵巢、子宮內膜攝取[16]，哺乳期乳房攝取以及腫瘤患者放化療后的“超級骨顯像”等。

5　結語

正確認識PET及PET/CT顯像中的偽影對于臨床醫生對病變及正常人體生理顯像的診斷具有重要的意義。PET/ CT顯像中基于CT衰減校正的偽影是目前研究的重點，而呼吸運動偽影也是PET/CT顯像中的典型偽影。我們不僅要認識PET/CT顯像中的一些典型偽影，同時對一些不典型不常見的偽影也應有所了解，而在解讀PET/CT圖像過程中，積極參照非衰減校正圖像是認識偽影的一個重要方法。

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作者郵箱：czel@163.com

[中圖分類號]R814.14

[文獻標志碼]B

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.03.064

[文章編號]1674-1633(2014)03-0164-04

收稿日期：2013-08-08修回日期：2014-09-12

通訊作者：陳自謙，南京軍區福州總醫院醫學影像中心主任，主任醫師。

Discussion of PET/CT Artifacts

CHEN Ze-long, ZHAO Chun-lei, WANG Zhi-min, QIAN Gen-nian, YANG Zhong-dong, CHEN Zi-qian
Department of Medical Imaging, Fuzhou General Hospital of Nanjing Command, Fuzhou Fujian, 350025,China

Abstract：PET/CT imaging is widely used clinically, however, there are some artifacts in PET/CT images, which are likely to affect the physician's diagnosis. In this paper, the causes of artifacts are analyzed, and the methods for solving the artifacts are summarized.

Key words：PET/CT; motion artifacts; attenuation correction; image fusion; image quality; volume effect