Q.STATIC呼吸门控与非门控扫描肺结节的临床价值：65例前瞻性研究

谢万明，黄升云，肖 哲，陈 炜，刘 明，杜 芬，梁 颖

1国家癌症中心/国家肿瘤临床医学研究中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院深圳医院核医学科，广东 深圳518116；2国家癌症中心/国家肿瘤临床医学研究中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院PET/CT中心，北京 100021

PET/CT用于多种疾病的准确分期和诊断，在早期评估和预测癌症的治疗反应方面具有重要价值[1-2]。但在PET/CT系统中因CT扫描是在单个状态下捕获患者的呼吸周期，而PET扫描由于较长的采集时间而需要多个呼吸周期时间，并且PET图像需经CT进行衰减校正。这种差异导致CT和PET图像之间的定位不匹配，从而导致小病变定位不正确以及病变的标准摄取值（SUV）量化不准确[3-4]。有学者研究了不同的呼吸运动伪影校正方法，虽然能改善运动伪影，但存在着高剂量的CT、患者依从性低、采集时间长和复杂的工作流程等问题，这严重限制着呼吸门控PET/CT在临床中的推广应用[5-6]。Q.STATIC呼吸门控（QSRG）完全集成到临床全身PET协议中，具有临床工作流程简单、不增加CT剂量和采集时间短等特点，且本研究是第一个评估QSRG方法在分析肺结节中价值的报告。本研究目的是比较QSRG与UG扫描对胸部肺结节定量分析、图像质量的影响以及QSRG临床应用价值，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究为前瞻性研究，招募2019年11月～2020年5月于中国医学科学院肿瘤医院深圳医院行屏气胸部CT发现肺结节且同意行QSRG采集的患者共69例，所有患者均签署知情同意书，该研究符合《赫尔辛基宣言》原则。纳入标准：QSRG或UG扫描上发现局灶性代谢增高肺结节；排除标准：呼吸不规律未能完成呼吸门控检查者。最终共纳入65例患者（295个肺结节），其中男性35例，女性30例，年龄58.9±14.0岁。37例经病理诊断为肺癌，22例影像学诊断为肺部转移癌，6例临床考虑良性病变。

1.2 PET/CT检查方法

采用Discovery MI PET/CT扫描仪（GE），CT部分为revolution evo 64层螺旋CT，配置4环探测器，呼吸门控实时监测系统为美国Varian实时跟踪系统，呼吸门控采集方案采用Q.STATIC呼吸门控技术（GE）。使用的18F-FDG来源于广州市原子高科同位素医药有限公司，放射化学纯度皆＞95%，患者检查前禁食6 h以上，口服浓度300 g/L的对比剂1.5 L充盈胃肠道。确认血糖水平控制在正常水平后注射显像剂。18F-FDG药物注射剂量按4.44 mBq/kg计算，通过留置导管在前臂前肘静脉内进行注射，在暗光、安静、温暖的房间静卧休息60min，显像前排空膀胱。扫描范围从颅顶到股骨近端。CT扫描条件：管电压120 keV、自动管电流10～220 mA，ASIR-V为40%，螺距1.375，球管旋转时间0.6 s/r，层厚3.75 mm。PET扫描条件：层厚2.78 mm，头部FOV 30 cm，头部2.5 min/床位，体部FOV 50 cm。体部用Whole Body+指定QSRG床位的集成协议采集，其中采用QSRG技术1个床位进行门控采集，包全所有肺结节，5 min/床位，其他床位2 min/床位。CT数据用于衰减校正，图像重建采用Q.clear算法，将PET和CT图像传到AW工作站进行图像融合显示。

1.3 图像处理

在GE AW工作站用融合软件分别对校正后的QSRG图像和UG图像进行CT融合处理，所有图像经两位高年资核医学专业医师审阅。孤立异常摄取增高且可测量最大标准摄取值（SUVmax）、平均标准摄取值（SUVmean）和肿瘤代谢体积（MTV）值的肺结节定义为可测量肺结节。记录QSRG与UG PET下孤立异常摄取肺结节数和可测量肺结节的肺结节数、SUVmax、MTV、SUVmean、主动脉弓标准差（SD）值和临床扫描时间。信噪比（SNR）由下式：SNR=SUVmean/SD计算得出。定量分析采用SUVmax、MTV评估，图像质量采用SNR评价。

1.4 统计学分析

采用SPSS22.0软件进行统计分析，统计描述以均数±标准差表示，采用Wilcoxon符号秩检验进行差异性检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

在QSRG或UG图像上检出的肺结节总共295个，其中QSRG和UG图像上分别检出295个和275个肺结节（表1），在UG图像上的所有肺结节在QSRG上均能被检出。QSRG和UG可测量肺结节分别为196个和182个，可以同时在QSRG和UG图像上测量的有178个肺结节。

QSRG和UG的SUVmax分别为6.90±4.40 g/mL、6.64±4.28 g/mL，SUVmax平均增加6.42%，两者差异有统计学意义（P＜0.05，表1），其中有4.74%（14/295）的肺结节QSRG的SUVmax低于UG。QSRG和UG的MTV分别为3.23±8.01 cm3、3.44±8.66 cm3，两者差异具有统计学意义（P＜0.05），QSRG肺结节平均MTV更小，更接近真实体积（图1），MTV平均降低2.37%，其中有5.45%（15/275）的肺结节QSRG的MTV高于UG。QSRG和UG图像的平均SNR分别为30.30±20.91、30.22±21.97，两者差异无统计学意义（P＞0.05），QSRG与UG相比图像质量相仿。QSRG和UG的临床采集时间分别为16.45±3.74 min、13.21±3.98 min，两者差异有统计学意义（P＜0.05）。与UG相比，单个床位QSRG额外增加全身的扫描时间3min。

表1 不同采集方式的参数比较Tab.1 Parameters comparison of different collection methodsMean±SD)

图1 UG和QSRG图像比较Fig.1 Comparison of UG and QSRG images.

3 讨论

近年来尽管呼吸门控技术取得很大进步，但高辐射剂量、患者依从性低和复杂临床工作流程等主要问题依然限制着呼吸门控PET/CT的临床应用。因此，不增加辐射剂量和简单临床工作流程的呼吸门控技术方案的临床价值逐步得到重视。常见的有两种门控技术方案，一种是基于振幅的门控方法，这种方法要求患者依从性高，不适用于呼吸波形基线漂移的患者；另一种是基于相位的门控方法，对患者依从性要求低，对呼吸波形基线漂移不敏感，并且通过拒绝触发机制可过滤频率过高或过低的信号，减少呼吸运动伪影。研究发现相位门控比振幅门控更有效地测量自由呼吸条件下肺部病变的FDG积累[7]。本研究使用的QSRG是基于相位门控方法采集的，只在一个呼吸周期的呼气末静止期触发采集[8-9]，呼气末涉及较少的运动，同时仍保留大部分的PET数据。虽然能够校正运动伪影，但会导致部分数据丢失，因此，为了避免图像质量的降低，本研究中延长呼吸门控PET采集时间为5 min/床位[10]。与本研究对比，以往呼吸门控采集方案RG和UG分开采集，没有做到同步采集，放射性药物衰变等因素使得采集条件很难保持一致，采集条件的差异可能使得两者之间的数据没有可比性；同时，分开采集会额外增加一次CT剂量。本研究创新之处在于QSRG技术完全集成到临床全身PET协议中，QSRG和UG图像同步采集，使用相同的重建参数对其进行重建，除了扫描时间，保证了两者采集条件一致，使得两者之间的数据更具有可比性。QSRG图像采集时间只比UG多3 min，相比于以往的呼吸门控，采集时间大幅缩短；另外，QSRG和UG PET图像使用同一套CT数据进行衰减校正，没有额外增加辐射剂量。

本研究显示，QSRG与UG相比可提高肺结节的检出率，UG PET的所有肺结节均能被QSRG检出；此外，QSRG额外检出了20个肺结节（分别为295个、275个）。65例患者的295个肺结节在QSRG和UG PET图像上定义的可测量肺结节分别为196个和182个，表明QSRG比UG图像更容易测量提取肺结节。根据我们的初步研究结果，QSRG的SUVmax有高于UG的趋势，QSRG的SUVmax平均提高6.42%。有学者报道RG比UG的SUVmax升高了18%[11]，这与本研究结果类似。QSRG门控改善了呼吸运动造成的运动模糊，从而降低了伪影引起SUV低估的影响，同时QSRG的MTV更接近真实体积，MTV降低，使得局部放射性浓度最大值增高，从而使SUVmax增加。本研究中，UG图像中有25个肺结节SUVmax＜2.5，而这25个肺结节在QSRG图像中有11个肺结节SUVmax＞2.5，有研究发现UG中42个肺结节SUVmax＜2.5，加上RG后有24个肺结节的SUVmax＞2.5[12]，与本研究结果相符，说明加了QSRG可能会影响临床诊断。Martin等[13]对8例患者10肺结节进行QSRG和UG PET/CT采集，结果发现相比UG图像，QSRG的MTV比UG降低了（7.8±4.9）%，与本研究结果类似，本研究QSRG和UG的MTV分别为3.23±8.01 cm3和3.44±8.66 cm3，QSRG对比UG平均病变体积降低（2.63±4.4）%，QSRG图像肺结节平均MTV更小，MTV更接近肺结节的真实体积。有研究结果显示RG、UG图像的SNR相仿[14]，本研究中QSRG和UG图像的SNR分别为30.30±20.91、30.22±21.97，差异无统计学意义（P＞0.05），QSRG与UG相比图像质量相仿。所有肺结节中有14个肺部结节QSRG的SUVmax低于UG，15个肺部结节QSRG的MTV高于UG。有学者认为可能是由于PET图像是计数的累积，在肺结节随呼吸移动的范围内都有放射性计数，根据PET图像勾画肺结节的体积会比实际体积大，造成体积误差[15]。QSRG与UG中勾画肺部结节ROI大小是不同的，SUV大小受ROI的大小、形状及位置的影响，此外由于部分容积效应等因素，可能会导致少数QSRG的SUVmax值比UG低[16]。另有研究总结了以往几大厂商主要的呼吸门控技术特点[17-18]，大多存在着高辐射剂量和采集时间过长的缺点，而QSRG技术没有额外增加辐射剂量，一个床位只需采集5 min，仅比UG额外增加扫描时间3 min，不会影响临床检查量。

近年来，尽管数据驱动软件门控的研究结果越来越多[19-20]，但因其算法复杂，还仅在研究阶段，临床效果未知，尚未能应用于临床。QSRG技术的缺点在于，它属于硬件门控，需要外部设备在记录呼吸曲线的同时以列表模式获取PET数据，只有在呼气末静止期收集的计数对图像重建有用，所有其他计数将被丢弃；QSRG没有对CT采集做呼吸监控，在CT对PET做衰减校正时，可能会产生衰减校正伪影。尽管QSRG技术有以上的缺点，但因具有临床工作流程简单、不增加CT剂量、采集时间短和患者依从性高等特点，适合用于临床推广。

综上所述，使用QSRG技术不增加辐射剂量，可以提高肺结节检出率和测量提取能力，有助于改善PET/CT对肿瘤SUVmax和代谢体积的定量分析。