基于PET/CT后處理工作站行SPECT/CT骨定量分析的可行性

余浩軍， 張一秋*， 李蓓蕾， 石洪成

1. 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，上海 200032 2. 復(fù)旦大學(xué)核醫(yī)學(xué)研究所，上海 200032 3. 上海市影像醫(yī)學(xué)研究所，上海 200032

骨顯像在臨床上被廣泛地應(yīng)用于腫瘤骨轉(zhuǎn)移、創(chuàng)傷、感染等骨骼系統(tǒng)疾病的診斷[1]。單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(SPECT)/診斷CT既利用了SPECT圖像反映骨骼的功能和代謝的特點(diǎn)，又能獲得病變部位的診斷CT圖像及精確的解剖定位，有效地提高診斷的準(zhǔn)確性，在骨骼系統(tǒng)疾病的診斷方面應(yīng)用更加廣泛[2-6]。在SPECT/診斷CT的基礎(chǔ)上，隨著定量SPECT/CT的面世及逐步臨床應(yīng)用，不僅可以通過(guò)其診斷CT測(cè)定病灶的大小，觀察溶骨性及成骨性骨質(zhì)破壞的變化，定量分析骨質(zhì)密度的改變，而且可以通過(guò)定量SPECT測(cè)定病灶的標(biāo)準(zhǔn)攝取值(standardized uptake value，SUV)，反映骨骼的功能和代謝的變化程度[7-12]。本研究將探討SPECT/CT和PET/CT后處理工作站對(duì)SPECT/CT骨定量分析數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析結(jié)果的一致性，對(duì)比不同工作站測(cè)量病灶的最大標(biāo)準(zhǔn)攝取值(the maximum standardized uptake value，SUVmax)、平均標(biāo)準(zhǔn)攝取值(the average standardized uptake value，SUVave)、病灶體積和平均CT值的異同，評(píng)估PET/CT后處理工作站用于定量SPECT/CT骨顯像后處理分析的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧分析行全身骨顯像及定量SPECT/CT顯像且在SPECT/CT顯像范圍內(nèi)目測(cè)不超過(guò)2個(gè)顯像劑濃聚病灶的患者40例。男性23例，女性17例，年齡37～88歲，平均年齡(60.3±10.2)歲。共獲得50個(gè)病灶：脊柱(頸椎、胸椎和腰椎)18處，胸廓(包括肋骨、鎖骨、胸骨和肩胛骨)15處，骨盆(包括髖骨、骶骨和骶髂區(qū))12處，四肢4處，顱骨1處。

1.2 檢查方法與儀器 靜脈注射99mTc-MDP(上海欣科醫(yī)藥有限公司)，(900.5±44.9)MBq，(744～932)MBq后(298.1±54.6)min，(220～402)min，采用低能高分辨率準(zhǔn)直器，按照常規(guī)方法行全身骨顯像。由核醫(yī)學(xué)醫(yī)師閱片后，對(duì)無(wú)法明確診斷的病灶行定量SPECT/CT顯像，以病灶部位為中心，分別采集SPECT和CT圖像。CT采集條件是130 kV、160 mAs，視野 500 mm，層厚3 mm，層間距2 mm。SPECT圖像采集的條件是雙探頭平行采集，分別旋轉(zhuǎn)180°，共采集60幀，每幀采集10 s，矩陣256×256。采用OSCG+enhanced算法重建，24次迭代，2個(gè)子集，采用CT進(jìn)行衰減校正和散射校正。顯像儀器為德國(guó)西門子公司定量SPECT/CT(Siemens Intevo 16)。

1.3 圖像分析與處理 首先，將經(jīng)過(guò)重建得到的圖像在德國(guó)西門子公司推薦的“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”處理，采用三維(three-dimensional，3D)等高線容積感興趣區(qū)(volume of interest，VOI)測(cè)量法，在橫斷面熱區(qū)病灶上放置3D橢圓球體VOI，結(jié)合矢狀位和冠狀位圖像，根據(jù)病灶在SPECT圖像和CT圖像上的形態(tài)和邊界，手動(dòng)調(diào)整VOI的大小、位置及SUV閾值，確保整個(gè)熱區(qū)病灶能被完整包括。計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成根據(jù)SUV閾值進(jìn)行分割的等高線VOI，獲得SUVmax、SUVave、病灶體積和平均CT值。然后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入由上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司研發(fā)的PET后處理工作站“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件，采用自帶的3種方法進(jìn)行上述指標(biāo)的測(cè)量。包括(1)3D橢球體VOI測(cè)量法。(2)自適應(yīng)閾值分割測(cè)量法：開(kāi)啟系統(tǒng)懸停屬性，懸停類型選擇VOI，選擇自適應(yīng)閾值分割方法，自適應(yīng)比重默認(rèn)選擇0.5，在橫斷面病灶區(qū)域繪制橢球體，程序以橢球的中心為初始閾值開(kāi)始迭代，迭代算法收斂，得到分割閾值；系統(tǒng)按照此閾值分割病灶，得到病灶的輪廓，必要時(shí)調(diào)整自適應(yīng)比重，使得病灶被完全包括。(3)固定閾值分割測(cè)量法：軟件默認(rèn)設(shè)置的分割閾值為2.5，在橫斷面病灶區(qū)域繪制橢圓球體VOI，結(jié)合矢狀位和冠狀位圖像，調(diào)整分割閾值的大小，使得病灶被完整包括在VOI內(nèi)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，分別比較“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件3D橢球體VOI測(cè)量法、自適應(yīng)閾值分割測(cè)量法、固定閾值分割測(cè)量法與“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高線VOI測(cè)量法測(cè)得的SUVmax、SUVave、病灶體積和平均CT值的差異是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

PET/CT后處理工作站“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件3D橢球體VOI測(cè)量法與“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高線VOI測(cè)量法比較，40例患者50處病灶的2組SUVmax完全一致，但2組病灶的SUVave(t=9.841，P<0.001)、病灶體積(t=-4.314，P<0.001)和平均CT值(t=12.554，P<0.001)比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件自適應(yīng)閾值分割測(cè)量法和固定閾值分割測(cè)量法對(duì)其中1例患者的毗鄰腰椎和骶骨2處退行性病變的病灶無(wú)法準(zhǔn)確分割，只能作為一個(gè)整體獲得相應(yīng)參數(shù)(圖1)，其他39例患者的48處病灶與“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高線VOI測(cè)量法比較，SUVmax完全一致。“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件自適應(yīng)閾值分割測(cè)量法與“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高線VOI測(cè)量法比較，48處病灶的2組SUVave(t=-0.723，P=0.473)、病灶體積(t=-1.407，P=0.166)和平均CT值(t=-0.735，P=0.466)的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。固定閾值分割測(cè)量法與“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高線VOI測(cè)量法比較，48處病灶的兩組SUVave(t=2.947，P=0.473)、病灶體積(t=-2.003，P=0.051)的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而平均CT值(t=-4.71，P<0.001)的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 討 論

全身骨顯像因具有高靈敏性而被廣泛應(yīng)用于骨骼疾病的診斷。當(dāng)骨骼局部的血流異常或骨礦物質(zhì)代謝改變時(shí)，導(dǎo)致顯像劑攝取異常，長(zhǎng)期以來(lái)判斷骨顯像顯像劑攝取異常的程度差別是通過(guò)視覺(jué)觀察，缺乏客觀的定量指標(biāo)。尤其當(dāng)同一患者前后2次顯像對(duì)比時(shí)，即使在前后2次顯像使用顯像劑的劑量、顯像條件等都相同的條件下，2次顯像圖像的閱讀還受到圖像本身灰階調(diào)節(jié)及其與本底對(duì)比差異的影響。單純通過(guò)視覺(jué)觀察辨別顯像劑攝取增強(qiáng)或減淡，尤其對(duì)于前后2次差異不甚明顯的情況下，很容易出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤，缺乏對(duì)顯像劑攝取程度判斷客觀的定量評(píng)價(jià)依據(jù)。

SUV是PET顯像中最常用的半定量指標(biāo)，它是指局部組織攝取的顯像劑的放射性活度與全身平均放射性活度的比值[13-14]。隨著定量SPECT/CT在臨床上逐步應(yīng)用，將SUV引入SPECT/CT顯像處理中，使得反映骨骼的功能和代謝的顯像劑濃聚程度有了客觀的半定量分析的指標(biāo)。SUV除了與受檢者病灶本身、患者體質(zhì)量、成像設(shè)備及采集條件、顯像劑注射劑量、注射后顯像時(shí)間有關(guān)外，還與軟件后處理的重建算法、后處理操作人員對(duì)VOI輪廓勾畫方法的差異相關(guān)[15-16]。PET/CT后處理工作站“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)符合DICOM 3.0標(biāo)準(zhǔn)的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理及圖像融合。本研究中，將定量SPECT/CT骨顯像得到的 DICOM格式的SPECT與CT圖像數(shù)據(jù)能直接導(dǎo)入“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件系統(tǒng)，說(shuō)明該系統(tǒng)具有良好的兼容性。“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高線VOI測(cè)量法的橫斷位、冠狀位和矢狀位圖像可同時(shí)顯示，而且可手動(dòng)調(diào)整默認(rèn)感興趣的范圍，使其盡可能地包括目標(biāo)病灶，軟件根據(jù)設(shè)定的SUV閾值對(duì)病灶進(jìn)行分割，得到反映病灶輪廓的VOI。“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件3D橢球體VOI測(cè)量法，是在橫斷面熱區(qū)病灶上放置3D橢圓球體VOI，結(jié)合矢狀位和冠狀位圖像，根據(jù)病灶在SPECT圖像和CT圖像上的形態(tài)和邊界，手動(dòng)調(diào)整VOI的大小及位置，確保整個(gè)熱區(qū)病灶能被完整包括。本研究結(jié)果顯示，“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件3D橢球體VOI測(cè)量法能勾畫所有目標(biāo)病灶，并獲得與“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高線VOI測(cè)量法相同的SUVmax，但是兩者勾畫的范圍不一致，導(dǎo)致SUVave、病灶體積和平均CT值有顯著差異。“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件自適應(yīng)閾值分割測(cè)量法和固定閾值分割測(cè)量法對(duì)其中1例患者的毗鄰腰椎和骶骨2處病灶無(wú)法準(zhǔn)確分割，即使通過(guò)調(diào)整自適應(yīng)比重或SUV閾值的方法仍然只能作為一個(gè)整體獲得相應(yīng)參數(shù)，因此，對(duì)于毗鄰病灶的分割提取相應(yīng)參數(shù)有一定的局限性。

本研究結(jié)果顯示，“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件自適應(yīng)閾值分割測(cè)量法與“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高線VOI測(cè)量法比較，48處病灶的2組SUVave、病灶體積和平均CT值的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明2種測(cè)量方法勾畫得到的病灶范圍的一致性較好。固定閾值分割測(cè)量法與“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高線VOI測(cè)量法比較，48處病灶的2組SUVave、病灶體積的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而平均CT值的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明2種方法勾畫得到的病灶范圍仍存在差異。

綜上所述，PET/CT后處理工作站“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件對(duì)于定量SPECT/CT骨顯像數(shù)據(jù)具有良好的兼容性，其自帶的3種方法對(duì)于SUVmax的測(cè)量均能獲得一致的結(jié)果。但“uWS-MI醫(yī)學(xué)影像處理軟件”自適應(yīng)閾值分割測(cè)量法和固定閾值分割測(cè)量法對(duì)于毗鄰病灶的分割提取相應(yīng)參數(shù)有一定的局限性，SUVave、病灶體積和平均CT值會(huì)受不同測(cè)量方法的影響而不同，其中，“uWS-MI”醫(yī)學(xué)影像處理軟件自適應(yīng)閾值分割測(cè)量法與“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高線VOI測(cè)量法的測(cè)量結(jié)果差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。