体表高活性异物对PET图像的影响分析

周锦俊，黄斌豪（通讯作者），段晓蓓

（广东省江门市中心医院 核医学科，广东 529000）

正电子发射断层扫描（PET）/X射线计算机断层扫描（CT）为临床上常用的影像学检查方法，是将PET和CT两种影像诊断技术有机结合的新技术［1］。其中，利用PET功能与分子代谢影响能实现肿瘤良恶性鉴别、早期诊断及肿瘤分期［2］。既往研究表明，PET是目前最先进的功能显像技术，能诊断出早期肿瘤的细微病变，但是对于病变区的生理解剖位置和形状诊断不够精确。而CT是解剖显像技术，能诊断出肿瘤病变区的精确解剖位置和形状，但是不能诊断出组织的早期病变与细微病变。PET/CT是将PET与CT两种影像诊断技术有机结合在一起形成的一种新技术，能在一次检查中获得PET、CT及PET/CT三种图像，不仅能提供解剖学信息，亦可用于PET图像的衰减矫正。获得高质量的PET图像是发挥PET优势的前提，但是由于PET探测原理及探测技术限制，导致其灵敏度和分辨率较低，且成像质量受到的影响因素较多［3］。因此，临床上如何精准评估PET图像质量成为当前研究的热点。目前，临床上PET/CT图像质量评价包括视觉主观评价、算法模拟主观评价及基于物理学指标客观评价等［4］。已有研究表明［5］，PET/CT检查时体表高活性异物会影响PET图像质量，导致相应层面的数据丢失，进而影响临床诊断准确性，但是具体的影响关系研究较少。因此，本研究主要探讨体表高活性异物导致PET/CT图像计数丢失的原理及改进措施，报道如下。

1 资料与方法

1.1 仪器与设备

①设备型号：GE Discovery VCT；②实验材料：空心圆柱模型，6个1mL注射器、同位素药物18FFDG、不同厚度的纸皮板（5个）、活度计、绑带。

1.2 方法

用注射器吸取活度、体积相同正电子药物18FFDG作为放射源模拟体表高活性异物，分别固定在距离模型表面不同的5个位置进行PET采集；再将5种活度不同、体积相同的注射器固定在距离模型表面相同的位置采集；选取其中一组对图像影响明显的数据，借助正常校正、无死时间校正、无几何校正、无散射校正及无衰减和散射校正等方法进行后处理。具体方法：①实验一：向模型灌水4/5，并利用1mL注射器注入18F-FDG 150uci，然后再注满水并排气泡，充分混合均匀，将装有不同活度18F-FDG（27uci、57uci、90uci、127uci、160uci） 的注射器均稀释到1mL并分别贴在模型右侧，分别完成5次数据的采集；图像采集参数设定：3D模式单床位采集、2min/床位、矩阵 128×128、 Itality 算法［6］。 ②实验二：将57uci的注射器固定在模型表面不同的距离，即分别用厚度为 6mm、8mm、10mm、12mm、14mm 纸皮固定于水模右侧，采用与实验一相同的参数分别完成5次采集［7］。③实验三：选取对图像影响明显的一组数据即注射器活度为57uci及距离模型表面10mm的一组原始数据，运用不同的校正方法（正常校正、无死时间校正、无几何校正、无散射校正及无衰减和散射校正）完成图像及数据的图像，并进行比较［8］。

1.3 统计分析

采用SPSS24.0软件处理，计数资料行χ2检验，采用 n（%）表示，计量资料行 t检验，采用（±s）表示，P＜0.05差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同活度的注射器放在模型表面同一位置

均完成上述实验及校正。结果表明，当注射器贴近模型表面时，其活度变化对图像影响不大（P＞0.05），见图 1。

图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

为了进一步分析体表高活性异物对PET图像的影响，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。结果表明，在一定范围内，相同活度的注射器距离模型表面不同时对PET图像影响较大，且距离越大，图像影响越明显，不同距离之间图像影响差异具有统计学意义（P＜0.05），见图2。

图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组图像

为寻找引起计数丢失原因，对受体表高活性异物影响明显的一组图像数据通过不同校正方法重建。结果表明，去掉散射校正时丢失的计数恢复，但是会对图像信噪比产生影响，见图3。

图3 不同的校正方法重建同一组图像比较

为进一步验证去掉散射校正的方法对因高活性异物造成图像计数丢失的弥补效果，对一例受手部高活性异物影响引起颈部符合计数丢失的PET图像进行去掉散射校正重建并比较。结果表明，去掉散射校正后，颈部缺失数据恢复，病灶大小无明显差异，但是从图中看出去掉散射校正后图像的清晰度、信噪比削弱，见图4。

图4 正常校正图像与去掉散射校正图像比较

3 讨论

PET/CT已经成为诊断和指导治疗肿瘤、冠心病和脑部疾病三大威胁人类生命疾病的最佳手段，但是PET、CT扫描速度及扫描图像存在差异，导致临床诊断的局限性，且主要是由于患者呼吸运动造成的图像出现伪影（称为呼吸运动伪影，以区别其他原因引起的伪影）。目前临床上应用PET/CT进行18FFDG显像大多采用3D采集模式，能有效缩短采集时间，提高灵敏度，但是散射数据的比例也大幅度提高，达到40%～50%，因此散射校正在图像重建中有重要意义［9-10］。在PET/CT系统中，CT扫描很快（目前最快的全身扫描仅需要0.5s，普及型CT的全身扫描仅需要3-5s），获得的图像几乎是某时刻的快照，基本不受呼吸运动的影响；而PET扫描速度相对较慢（2D PET采集需10-15min，而3D PET采集最快2min即可完成），能获得经历几十个呼吸周期的平均图像，引起患者心、肺、肝及胰等器官不同程度的呼吸运动。利用蒙特卡罗模拟直接估计散射分布的方法，是目前精度最高、效果最好的散射校正方法。主要的PET生产厂家GE和西门子等也是采用这种方法，其原理是利用蒙特卡罗模拟得到散射光子和非散射光子的分布，然后把其模拟得到的散射光子数与实际采集光子数进行量级统一，再将模拟得到的散射分布从实际采集到的数据中减去，实现散射校正［11-12］。

体表高活性异物如何影响蒙特卡洛模拟得到的散射分布仍需进一步验证，而本研究实验结果表明：①当注射器靠近模型表面时，其活度变化对图像影响不大（P＞0.05）；②在一定范围内，相同活度的注射器到模型表面距离越大，对PET图像影响越明显；③通过不同校正方法重建同一组图像，结果表明，去掉散射校正时丢失的计数恢复，但是会对图像信噪比产生影响。从本研究结果看出，体表高活性异物能影响PET图像质量，其主要是引起模拟散射光子分布数据错误，造成散射校正过度进而导致PET图像数据丢失。当高活性异物贴近体表时，其对图像影响不大［13-14］；与体表距离越大，图像影响越明显。在实际应用中，部分高活性异物（如尿袋、粪袋、术后引流袋、注射点药物残留等）在检查过程中难以除去，技术员应该把其放置在体表或视野中央，尽量减少对图像造成的影响［15-16］。 王博等（2020）［17］研究表明，PET图像的呼吸运动伪影严重影响胸腹部肿瘤的准确诊断和治疗计划的制定。在主观视觉上，伪影使得图像的有效分辨率降低（系统分辨率与呼吸运动幅度平方和的根），导致病灶边界模糊，图像的信噪比与对比度降低（蒙特卡罗仿真研究表明最多能达到80.0%），与CT图像的融合精度变差，难以准确诊断肿瘤的位置与大小，亦影响病灶的直径。而在定量分析上，体表高活性异物能造成病灶体积的估计值过高，导致临床诊断精度降低［18］。针对体表高活性异物对PET的影响，呼吸门控技术能矫正PET/CT图像体表高活性异物产生的伪影，且在部分医院已经投入使用，并获得良好的效果［19］。同时，为了克服呼吸门控带来的图像质量差的问题，在体表高活性异物补偿算法上做了大量的研究，并在小波域实现PET图像的重建。小波变换用于PET图像去噪效果较好，借助诸多快速算法，能实现图像的重建，有助于提高图像质量，可为临床诊疗提供参考依据。但是上述方法尚处于研究阶段，需进一步研究与探讨［20］。

综上所述，体表高活性异物会引起散射分布的变化，在图像重建过程中引起过度散射校正，表现为相应层面符合计数丢失，去掉散射校正重建能使丢失数据恢复，但图像信噪比明显降低。