體表高活性異物對PET圖像的影響分析

周錦俊，黃斌豪（通訊作者），段曉蓓

（廣東省江門市中心醫院 核醫學科，廣東 529000）

正電子發射斷層掃描（PET）/X射線計算機斷層掃描（CT）為臨床上常用的影像學檢查方法，是將PET和CT兩種影像診斷技術有機結合的新技術［1］。其中，利用PET功能與分子代謝影響能實現腫瘤良惡性鑒別、早期診斷及腫瘤分期［2］。既往研究表明，PET是目前最先進的功能顯像技術，能診斷出早期腫瘤的細微病變，但是對于病變區的生理解剖位置和形狀診斷不夠精確。而CT是解剖顯像技術，能診斷出腫瘤病變區的精確解剖位置和形狀，但是不能診斷出組織的早期病變與細微病變。PET/CT是將PET與CT兩種影像診斷技術有機結合在一起形成的一種新技術，能在一次檢查中獲得PET、CT及PET/CT三種圖像，不僅能提供解剖學信息，亦可用于PET圖像的衰減矯正。獲得高質量的PET圖像是發揮PET優勢的前提，但是由于PET探測原理及探測技術限制，導致其靈敏度和分辨率較低，且成像質量受到的影響因素較多［3］。因此，臨床上如何精準評估PET圖像質量成為當前研究的熱點。目前，臨床上PET/CT圖像質量評價包括視覺主觀評價、算法模擬主觀評價及基于物理學指標客觀評價等［4］。已有研究表明［5］，PET/CT檢查時體表高活性異物會影響PET圖像質量，導致相應層面的數據丟失，進而影響臨床診斷準確性，但是具體的影響關系研究較少。因此，本研究主要探討體表高活性異物導致PET/CT圖像計數丟失的原理及改進措施，報道如下。

1 資料與方法

1.1 儀器與設備

①設備型號：GE Discovery VCT；②實驗材料：空心圓柱模型，6個1mL注射器、同位素藥物18FFDG、不同厚度的紙皮板（5個）、活度計、綁帶。

1.2 方法

用注射器吸取活度、體積相同正電子藥物18FFDG作為放射源模擬體表高活性異物，分別固定在距離模型表面不同的5個位置進行PET采集；再將5種活度不同、體積相同的注射器固定在距離模型表面相同的位置采集；選取其中一組對圖像影響明顯的數據，借助正常校正、無死時間校正、無幾何校正、無散射校正及無衰減和散射校正等方法進行后處理。具體方法：①實驗一：向模型灌水4/5，并利用1mL注射器注入18F-FDG 150uci，然后再注滿水并排氣泡，充分混合均勻，將裝有不同活度18F-FDG（27uci、57uci、90uci、127uci、160uci） 的注射器均稀釋到1mL并分別貼在模型右側，分別完成5次數據的采集；圖像采集參數設定：3D模式單床位采集、2min/床位、矩陣 128×128、 Itality 算法［6］。 ②實驗二：將57uci的注射器固定在模型表面不同的距離，即分別用厚度為 6mm、8mm、10mm、12mm、14mm 紙皮固定于水模右側，采用與實驗一相同的參數分別完成5次采集［7］。③實驗三：選取對圖像影響明顯的一組數據即注射器活度為57uci及距離模型表面10mm的一組原始數據，運用不同的校正方法（正常校正、無死時間校正、無幾何校正、無散射校正及無衰減和散射校正）完成圖像及數據的圖像，并進行比較［8］。

1.3 統計分析

采用SPSS24.0軟件處理，計數資料行χ2檢驗，采用 n（%）表示，計量資料行 t檢驗，采用（±s）表示，P＜0.05差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同活度的注射器放在模型表面同一位置

均完成上述實驗及校正。結果表明，當注射器貼近模型表面時，其活度變化對圖像影響不大（P＞0.05），見圖 1。

圖1 不同活度的注射器放在模型表面的同一位置

2.2 相同活度的注射器放在模型表面的不同位置

為了進一步分析體表高活性異物對PET圖像的影響，本研究中分析相同活度的注射器放在模型表面的不同位置。結果表明，在一定范圍內，相同活度的注射器距離模型表面不同時對PET圖像影響較大，且距離越大，圖像影響越明顯，不同距離之間圖像影響差異具有統計學意義（P＜0.05），見圖2。

圖2 同一活度的注射器放在模型表面不同的位置

2.3 不同的校正方法重建同一組圖像

為尋找引起計數丟失原因，對受體表高活性異物影響明顯的一組圖像數據通過不同校正方法重建。結果表明，去掉散射校正時丟失的計數恢復，但是會對圖像信噪比產生影響，見圖3。

圖3 不同的校正方法重建同一組圖像比較

為進一步驗證去掉散射校正的方法對因高活性異物造成圖像計數丟失的彌補效果，對一例受手部高活性異物影響引起頸部符合計數丟失的PET圖像進行去掉散射校正重建并比較。結果表明，去掉散射校正后，頸部缺失數據恢復，病灶大小無明顯差異，但是從圖中看出去掉散射校正后圖像的清晰度、信噪比削弱，見圖4。

圖4 正常校正圖像與去掉散射校正圖像比較

3 討論

PET/CT已經成為診斷和指導治療腫瘤、冠心病和腦部疾病三大威脅人類生命疾病的最佳手段，但是PET、CT掃描速度及掃描圖像存在差異，導致臨床診斷的局限性，且主要是由于患者呼吸運動造成的圖像出現偽影（稱為呼吸運動偽影，以區別其他原因引起的偽影）。目前臨床上應用PET/CT進行18FFDG顯像大多采用3D采集模式，能有效縮短采集時間，提高靈敏度，但是散射數據的比例也大幅度提高，達到40%～50%，因此散射校正在圖像重建中有重要意義［9-10］。在PET/CT系統中，CT掃描很快（目前最快的全身掃描僅需要0.5s，普及型CT的全身掃描僅需要3-5s），獲得的圖像幾乎是某時刻的快照，基本不受呼吸運動的影響；而PET掃描速度相對較慢（2D PET采集需10-15min，而3D PET采集最快2min即可完成），能獲得經歷幾十個呼吸周期的平均圖像，引起患者心、肺、肝及胰等器官不同程度的呼吸運動。利用蒙特卡羅模擬直接估計散射分布的方法，是目前精度最高、效果最好的散射校正方法。主要的PET生產廠家GE和西門子等也是采用這種方法，其原理是利用蒙特卡羅模擬得到散射光子和非散射光子的分布，然后把其模擬得到的散射光子數與實際采集光子數進行量級統一，再將模擬得到的散射分布從實際采集到的數據中減去，實現散射校正［11-12］。

體表高活性異物如何影響蒙特卡洛模擬得到的散射分布仍需進一步驗證，而本研究實驗結果表明：①當注射器靠近模型表面時，其活度變化對圖像影響不大（P＞0.05）；②在一定范圍內，相同活度的注射器到模型表面距離越大，對PET圖像影響越明顯；③通過不同校正方法重建同一組圖像，結果表明，去掉散射校正時丟失的計數恢復，但是會對圖像信噪比產生影響。從本研究結果看出，體表高活性異物能影響PET圖像質量，其主要是引起模擬散射光子分布數據錯誤，造成散射校正過度進而導致PET圖像數據丟失。當高活性異物貼近體表時，其對圖像影響不大［13-14］；與體表距離越大，圖像影響越明顯。在實際應用中，部分高活性異物（如尿袋、糞袋、術后引流袋、注射點藥物殘留等）在檢查過程中難以除去，技術員應該把其放置在體表或視野中央，盡量減少對圖像造成的影響［15-16］。 王博等（2020）［17］研究表明，PET圖像的呼吸運動偽影嚴重影響胸腹部腫瘤的準確診斷和治療計劃的制定。在主觀視覺上，偽影使得圖像的有效分辨率降低（系統分辨率與呼吸運動幅度平方和的根），導致病灶邊界模糊，圖像的信噪比與對比度降低（蒙特卡羅仿真研究表明最多能達到80.0%），與CT圖像的融合精度變差，難以準確診斷腫瘤的位置與大小，亦影響病灶的直徑。而在定量分析上，體表高活性異物能造成病灶體積的估計值過高，導致臨床診斷精度降低［18］。針對體表高活性異物對PET的影響，呼吸門控技術能矯正PET/CT圖像體表高活性異物產生的偽影，且在部分醫院已經投入使用，并獲得良好的效果［19］。同時，為了克服呼吸門控帶來的圖像質量差的問題，在體表高活性異物補償算法上做了大量的研究，并在小波域實現PET圖像的重建。小波變換用于PET圖像去噪效果較好，借助諸多快速算法，能實現圖像的重建，有助于提高圖像質量，可為臨床診療提供參考依據。但是上述方法尚處于研究階段，需進一步研究與探討［20］。

綜上所述，體表高活性異物會引起散射分布的變化，在圖像重建過程中引起過度散射校正，表現為相應層面符合計數丟失，去掉散射校正重建能使丟失數據恢復，但圖像信噪比明顯降低。