正则化重建算法对恶性肿瘤病灶18F-FDG PET/CT半定量参数的影响及其影响因素分析

高美佳，刘 瑶，周 洁，杜 凡，楼 岑（通信作者），黄中柯，胡吉波

（浙江大学医学院附属邵逸夫医院核医学科 浙江 杭州 310016）

随着18F-FDG PET/CT 成像技术在临床的广泛使用，精确半定量分析病灶对临床诊疗极其重要[1]。而病灶的大小、体积和对比度恢复主要受重建算法的影响[2]。与传统的OSEM重建算法不同，贝叶斯正则化似然（Bayesian penalized likelihood，BPL）重建算法作为新兴的重建技术不牺牲优质的图像质量[3-4]。然而，BPL 对肿瘤病灶的18F-FDG 摄取的改变可能受病灶大小以及18F-FDG 摄取程度的影响[5-6]。因此，本研究的目的是分析BPL 重建技术对18F-FDG PET/CT 扫描的恶性肿瘤病灶18F-FDG标准摄取参数和体积代谢参数的影响，及其与病灶大小和病灶摄取程度的关系。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2019 年5 月—10 月于浙江大学医学院附属邵逸夫医院核医学科，因可疑或确诊恶性肿瘤而行全身18F-FDGPET/CT 检查的患者53 例，共86 个病灶。53 例 患 者 中 男30 例，女23 例；年 龄23 ～87 岁，平均（61.40±12.71）岁；体重41 ～85.8 kg，平均（59.15±9.61）kg；病灶长径0.32 ～9.15 cm，平均（2.28±1.65）cm。恶性肿瘤来源为头颈部、胸部、消化道、骨骼及淋巴系统及其他部位，分别为14、9、13、4、9、11例。

纳入标准：PET/CT 扫描18F-FDG 高代谢病灶，同时经影像学检查或临床随访证实为原发性恶性肿瘤或转移病灶，获得所有患者PET/CT 扫描和匿名发表数据的知情同意。排除标准：非PET/CT 扫描18F-FDG 高代谢病灶，经影像学检查或临床随访证实为非原发性恶性肿瘤或转移病灶。

1.2 方法

扫描仪器为Discovery MI PET/CT（GE Healthcare，Milwaukee，USA）。18F-FDG 由上海原子科兴药业有限公司提供，放化纯大于95%。检查前患者至少空腹6 h，血糖≤200 mg/dL，安静状态下注射18F-FDG，注射剂量3.70 MBq/kg，安静休息约60 min 后进行图像采集。将PET数据按照四种重建技术进行重建，包括：①OSEM 组，OSEM 采用2 interation/24subsets、6.4 mm Gaussian filter。②TOF 组，采用OSEM（3 interation/ 24 subsets，6.4 mm Gaussian filter）+TOF。③TOF+PSF组，即②+PSF。④BPL组，即③+BPL（β 值=400），β 为正则化因子。其中①、②和③为非BPL 组，④为BPL 组。重建后的PET/CT 图像由3 位核医学主治及以上医师使用AW4.7 工作站进行处理。

1.3 统计学方法

采用SPSS 22.0 统计软件分析数据，所有数据均为非正态分布，以中位数（四分位间距）[M（P25，P75）]表示。不同重建组间半定量参数比较采用Kruskal WallisH检验；半定量参数变化率与病灶大小、病灶摄取程度的相关分析采用Spearman 相关分析。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同重建方法对半定量参数的影响

表2 中显示肿瘤病灶的18F-FDG 标准摄取参数（SUVmax、SUVmean 及SBR） 由OSEM、TOF、TOF+PSF 至BPL 组逐渐提高（P＜0.001），而体积代谢参数MTV 则逐渐降低（P＜0.01），以BPL 组降低最明显。OSEM 组（vs.BPL）%△SUVmax、%△SUVmean、%△SBR 和%△MTV 明显高于TOF 组（vs.BPL）和TOF+PSF 组（vs.BPL）（P＜0.05），见表1、表2。

表1 不同重建方法恶性肿瘤病灶18F-FDG 半定量参数的比较[M（P25，P75）]

表2 OSEM、TOF 和TOF+PSF 组（vs. BPL）半定量参数变化率%的比较[M（P25，P75）]

2.2 半定量参数的变化率（%△）与病灶大小、病灶摄取程度的关系

OSEM、TOF 和TOF+PSF 组 的% △SUVmax、%△SUVmean 和%△SBR 与病灶大小、病灶摄取程度SUVmax 和SUVmean 呈显著负相关（P＜0.05），而%△MTV 和%△TLG 均与病灶大小、病灶摄取程度呈显著正相关（P＜0.05），见表3 ～表5。

表3 OSEM、TOF 和TOF+PSF 组半定量参数变化率%与病灶大小的相关性（P 值/r 值）

表4 OSEM、TOF 和TOF+PSF 组半定量参数变化率%与病灶SUVmean 的相关性（P 值/r 值）

表5 OSEM、TOF 和TOF+PSF 组代谢参数变化率与病灶摄取程度SUVmax 的相关性（P 值/r 值）

3 讨论

18F-FDG PET/CT 在临床中常应用于恶性肿瘤病灶的半定量分析，而信号采集和技术因素（例如所使用的图像重建方法）对半定量参数的准确性的影响最大。目前临床上主要采用OSEM 迭代算法，在此基础上采用TOF 和PSF 重建技术与OSEM 联合应用，一定程度上提高了肿瘤病灶18F-FDG 半定量参数的准确性[7-8]。而BPL 在保证图像质量的同时提供更加准确的18F-FDG 半定量参数。与OSEM+TOF 和OSEM+PSF 比较，BPL 重建后得到了更高的放射性恢复系数，即提高了半定量参数的准确性[9-10]。

本研究结果显示BPL 重建技术在TOF 和PSF 技术的基础上显著提高肿瘤病灶的18F-FDG 的标准摄取参数SUVmax、SUVmean 和SBR，而降低肿瘤病灶的MTV。对比了PSF 和BPL 重建后肿瘤病灶的18F-FDG 代谢参数SUVmax 和SUVmean，与研究报道一致[12]，但代谢体积变化不明显，其原因可能是研究对象是肺小结节，而本研究中的病灶大小范围较宽，BPL 对不同大小的病灶收敛程度不同。当已知病灶低SUV，18F-FDG PET/CT 往往不能准确评估其真实代谢活性；或者非恶性亲18F-FDG的结核与恶性肿瘤病灶均具有交叉的病灶显示和SUV升高的可能性时，提示18F-FDG 对该类结节病灶无特异性，因此采用BPL 的价值主要在于为临床提供更好的病灶可见性和更准确的半定量参数。本研究提示已知肿瘤病灶为恶性的情况下，BPL 重建技术对于小病灶、轻度18F-FDG 摄取病灶的收敛作用更明显，显著提高小肿瘤病灶的代谢参数及提高检出率，为恶性肿瘤的准确分期、疗效评估及治疗决策提供精确半定量的前提。

本研究也证实BPL 减小肿瘤病灶的MTV，一方面原因是BPL 有效收敛作用，另一方面可能是病灶分割方法[5]。有模型研究证实BPL 重建技术能显著抑制热球的边缘伪影，达到有效收敛的效果，同时也提出BPL对噪声的抑制作用也受到SBR 和病灶大小的影响，10 mm 病灶在SBR 的情况下边缘抑制最明显，显示最清晰[11]。而本研究进一步明确了%△MTV 与病灶大小、病灶摄取程度呈显著正相关的结果，提示BPL 是抑制小病灶边缘伪影，改善稍低18F-FDG 代谢病灶对比度的可行性方法。