18F-FDG PET/CT显像中连续采集和步进采集的比较

杨 森 王 玲 刘 鹏 金超岭 李红磊 富丽萍

(中日友好医院核医学科，北京 100029)

常规正电子发射型计算机断层显像/电子计算机断层显像(positron emission tomography/computed tomography,PET/CT)多采用步进采集(step and shoot，SS)的进床模式采集图像，通过设定一系列的床位重叠以弥补轴向计数率的不均匀性，但必须按照整倍床位数决定扫描范围是其明显的应用局限性。近年来，连续采集(continuous bed motion，CBM)进床模式逐渐应用于临床。CBM模式摆脱了传统的床位数限制，不再有床位重叠，可以自由设定扫描范围，通过改变进床速度来控制采集时间。Siemens Biograph mCT Flow PET/CT显像中SS和CBM采集模式对图像质量和定量分析的比较已有相关报道[1-9]，但随着技术进步和硬件提升，Siemens Biograph Vision PET/CT的分辨率和灵敏度均有大幅提高[10-13]，至今未见该设备两种采集模式比较的临床报道，本研究旨在评价Vision设备中两种采集模式对18F-脱氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose，FDG)PET/CT图像质量和定量分析的影响。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取50例2022年3月至5月在中日友好医院核医学科行18F-FDG PET/CT显像的受检者,其中男23例、女27例，平均年龄(58.0±13.6)(22～83)岁，每位患者均需接受一次CT采集和两次PET采集(CBM模式和SS模式)。研究符合《赫尔辛基宣言》原则，患者均签署知情同意书(本研究利用的研究信息不含有使受试者的身份被直接识别或通过与其相关的识别物识别的信息，免除伦理审查)。排除标准：体内有金属植入物(如：腰椎置换、髋关节置换、心脏支架等)；状态不佳，无法安静平躺约20 min。

1.2 检查方案

采用德国 Siemens Biograph Vision 600 PET/CT扫描仪，配64排螺旋CT。18F-FDG由北京原子高科同位素医药有限公司提供，放化纯大于95%。患者禁食6 h以上，血糖控制小于7.2 mmol/L，静脉注射18F-FDG，注射药量为4.07～4.44 MBq/kg，上机时间为药物注射后60～90 min(73.1±11.5) min。取常规仰卧位，双手上举，先行CT定位采集(管电流35 mA，管电压120 kV)，再自眼眶下缘至大腿中上段范围(采集范围)先后行一次CT采集和两次PET采集。CT采集使用自动管电流调节技术，管电压120 kV，层厚3.0 mm，螺距1.0。随后对50例患者采用抽签法随机选择25例先行SS后行CBM的PET采集，另25例采集顺序相反(两次扫描间隔不超过10 min)。SS模式以采集范围调整床位数，每个床位26.1 cm，相邻两个床位间重叠49.7%，每床采集时间1.5 min；CBM模式采集范围同SS模式一致，床速1.8 mm/s。SS和CBM模式均采用2次迭代、5个子集的三维有序子集最大期望值迭代算法重建图像，矩阵440×440，放大倍数1.0，无滤波，使用点扩展和飞行时间技术，共用同一个CT进行衰减校正，散射校正使用相对校正。

1.3 图像处理

将采集所得图像导入西门子数据处理工作站Syngo-via进行后处理，在PET图像上勾画容积感兴趣区(volume of interest, VOI)，分别于主动脉弓、L3水平竖脊肌、L2～L4椎体、图像末端13 cm内大腿肌肉最大截面勾画直径约1 cm的VOI，双肺支气管分叉水平、肝右叶最大横截面各勾画一个直径约2 cm的VOI。两种模式VOI位置及大小一致。记录SS和CBM模式下正常组织的SUVmean及SD。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 一般资料

50例患者均顺利完成检查,所有影像数据均用于统计分析。SS与CBM的18F-FDG PET/CT图像对比可见仅在最边缘处SS的图像质量明显较差，其他区域主观未见不同(图1)。

2.2 不同采集顺序下正常组织SUVmean比较

首次显像纵隔血池和肝的SUVmean明显高于第2次显像(2.25±0.36vs1.57±0.27和2.19±0.34vs1.49±0.25，t=5.630和4.993，P<0.05)，腰椎的SUVmean明显低于第2次显像(1.97±0.65vs2.02±0.70，t=-3.320，P<0.05)，而肺、竖脊肌和大腿肌肉的SUVmean在两次显像间差异无统计学意义(0.31±0.11、0.30±0.11及0.63±0.10和0.63±0.10、0.62±0.11及0.63±0.12，t=1.325、0.116和-1.300，P>0.05)。

图1 18F-FDG PET SS模式(A)和CBM模式(B)比较Fig.1 Comparison of SS mode (A) and CBM mode (B) on 18F-FDG PET

2.3 不同进床模式下正常组织SUVmean比较

两种进床模式下纵隔血池、肺、肝、竖脊肌、腰椎、大腿肌肉的SUVmean均差异无统计学意义(P>0.05)(详见表1)，且均存在高度相关(r=0.903～0.985，图2)。

Bland-Altman图显示纵隔血池、肺、肝、竖脊肌、腰椎、大腿肌肉各组织的均值差分别为-0.02(95%CI：-0.27 ～0.24)、-0.01(95%CI：-0.05～0.03)、0.00(95%CI：-0.19～0.18)、-0.01(95%CI：-0.08～0.06)、-0.03(95%CI：-0.28～0.22)、0.00(95%CI：-0.07～0.08)(图3)。

表1 SS和CBM模式下18F-FDG PET/CT图像正常组织SUVmean的比较Tab.1 Comparison of SUVmean of normal tissues on 18F-FDG PET/CT images under SS and CBM modes

图2 SS和CBM模式下18F-FDG PET/CT图像正常组织SUVmean的相关性分析Fig.2 Correlation analysis of SUVmean in normal tissues of 18F-FDG PET/CT images under SS and CBM modes

图3 SS和CBM模式下18F-FDG PET/CT图像正常组织SUVmean的Bland-Altman图Fig.3 Bland-Altman figure of SUVmean in normal tissues of 18F-FDG PET/CT images under SS and CBM modes

2.4 不同进床模式下SD的比较

除大腿肌肉SD差异无统计学意义[0.09(0.04)vs0.09(0.03)，Z=-1.163，P> 0.05]外，纵隔血池、肺、肝、竖脊肌、腰椎SSSD均小于CBMSD，详见表2。

表2 SS和CBM模式下18F-FDG PET/CT图像正常组织SD的比较Tab.2 Comparison of SD of normal tissues on 18F-FDG PET/CT images under SS and CBM modes M(P25，P75)

3 讨论

CBM模式作为一种可提高PET图像质量的方法最早由Dahlbom等[14]于1992年提出，并于2000年集成到临床PET系统中[15]，后于2002年在PET/CT中首次应用[16]。随着数据处理和电子元件的技术进步[17]，最终于2014年在Siemens Biograph mCT Flow平台实现CBM的商业化[1-2]。近期，Siemens Biograph Vision 600 PET/CT设备发布，将硅光电倍增管(silicon photomultiplier，SiPM)代替传统的光电倍增管(photomultiplier tube，PMT)，晶体分割更小，飞行时间更短，分辨率和灵敏度都大有提高[10-13]。另外，CBM模式不受床位数限制且满足自由分割采集范围的可变速多段式个性化设计和连续多循环采集方式是SS模式所无法完成的，既可以实现重点部位与非重点部位检查时间的合理分配[1,3-5]，又可以完成动态全身多参PET的数据采集[18]，为临床疾病的诊断提供了更多定量信息。

本研究表明，不同采集顺序对个别组织SUVmean的比较存在差异，纵隔血池和肝SUVmean显著降低，腰椎SUVmean显著升高，而肺和肌肉SUVmean差异无统计学意义，这与之前报道[19-20]的18F-FDG在正常组织中摄取和清除的动态变化规律相同，该差异进一步印证了对采集顺序随机分组的必要性。

两种进床模式下所有组织SUVmean均差异无统计学意义，且均存在高度相关，这与先前在mCT Flow设备研究[1-9]中认为CBM模式可以提供准确的定量信息结论相同。

有研究[1-5，15-18]显示，在mCT Flow设备中SS模式末端图像(SS模式没有床位重叠区域)的噪声更大，中间区域(SS模式有床位重叠区域)的噪声两种模式没有差异。本研究发现在Vision设备中两种模式末端图像的噪声无差异，仅在最边缘处SS模式噪声明显在视觉上更大，而CBM模式在中间区域的噪声更大。造成两种研究存在差异的原因可能是CBM采集使患者每个部分都被成像性能最佳的探测器环中心区域探测，可以有效地消除噪声放大和归一化不准确的影响，改善图像的轴向均匀性，尤其是末端的图像质量[1-5]。而Vision相比mCT Flow设备探测器更宽，晶体尺寸分割更小，SiPM比传统PMT排列更紧凑，灵敏度和分辨率更高[11，21]，因此末端的图像质量SS与CBM两种模拟并未表现出明显差异。为尽可能保证与SS模式相同的采集时间，本研究CBM床速设为1.8 mm/s，与以往使用mCT设备的研究[1-5]相比，采集速度更快，设备和床速的差异可能是造成两种模式中间区域噪声水平出现差异的原因。Panin等[7]提到CBM末端需要50%过扫描以改善轴向灵敏度，然而这部分过扫描数据仅改善了末端图像质量，对中间区域的图像质量并没有贡献。Yamashita等[8]表明相同采集时间内，CBM的SUV变异度(coefficient of variation，CV)和百分比差异(% Diff)大于SS，中间层面的均匀性稍差，但差异可以忽略。Siman等[9]研究显示，相同采集时间内，CBM计数率小于SS(单床位采集时CBM计数率=SS计数率的60 %，多床位采集时为80%)。上述3种解释均支持本研究在中间区域出现噪声差异的结果，表明中间区域SS模式可以提供更好的图像质量，此差异是否可以通过延长采集时间提高计数量来弥补有待进一步研究。

Sluis等[21]在mCT Flow与Vision两款设备的对比中表明，Vision设备可以提供更高的图像质量和视觉信噪比，且两款设备在正常组织和病灶中可以提供相当的定量信息，因此可进一步探寻适合于Vision设备的最佳采集时间[22]，本研究仍采用传统1.5 min/床位的SS模式作为标准探讨CBM在相同时间内获取的图像质量，发现CBM在中间区域噪声更大，该现象是否对小病灶检出率及其定量分析产生影响尚需进一步探讨评估。

本研究的局限性在于：① 样本量较小，虽然本研究中设定相同的采集范围和采集时间来比较两种进床模式的差异，但未对患者的采集进行个性化设计，希望在今后的研究中通过增大样本量进行分组研究，以期探寻出新模式的最佳适用领域；② 由于当前技术限制并不能使CBM和SS采集时间完全一致，只能保证最大限度地接近。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明杨森：提出研究思路，设计研究方案，获取研究数据，撰写论文；王玲：辅助设计研究方案，分析数据；刘鹏、金超岭、李红磊：审定论文；富丽萍：总体把关，审定论文。