PET飞行时间技术对标准摄取值的增益影响

邵晓梁 SHAO Xiaoliang

邵小南 SHAO Xiaonan

徐 梅 XU Mei

王小松 WANG Xiaosong

王跃涛 WANG Yuetao

PET飞行时间技术对标准摄取值的增益影响

邵晓梁 SHAO Xiaoliang

邵小南 SHAO Xiaonan

徐 梅 XU Mei

王小松 WANG Xiaosong

王跃涛 WANG Yuetao

目的 在临床病例中验证PET飞行时间技术（TOF）对标准摄取值（SUV）的增益作用，并探讨其相关影响因素。资料与方法61例受检者共136处病灶分别采用TOF和非TOF重建图像，比较两组最大SUV（SUVmax）和平均SUV（SUVmean）的差异；将TOF组较非TOF组SUV升高的百分比定义为ΔSUV，ΔSUV＞0视为存在增益作用；分析TOF技术对病灶ΔSUV的影响因素，以及其对小病灶及高体重指数（BMI）者SUV的增益价值。结果①TOF组SUVmax和SUVmean分别为10.02±7.40、6.89±4.95，均显著高于非TOF组的9.17±7.50、6.32±5.02，差异有统计学意义（t=9.972、10.136, P＜0.01）。②136处病灶中，ΔSUVmax＞0共117处（0.21%～82.86%），ΔSUVmean＞0共119处（0.18%～93.46%）。③多元线性回归分析结果显示，受检者的BMI与ΔSUVmax、ΔSUVmean呈正相关（r=0.312、0.272, P＜0.01），病灶直径与ΔSUVmax、ΔSUVmean呈负相关（r=－0.426、－0.411, P＜0.01）。④TOF技术对直径＜1.5 cm的病灶及BMI≥25 kg/m2的SUV增益更显著（P＜0.05）。结论PET图像通过TOF重建后，可以显著提高SUV，其中高BMI受检者图像质量及小病灶的探测能力明显提高。

正电子发射断层显像术；飞行时间技术；标准摄取值；肿瘤

标准摄取值（standard uptake value, SUV）是PET肿瘤显像中最为常用的半定量指标，已经广泛用于肿瘤良恶性的鉴别诊断、治疗效果的评价及预后评估，其操作简便、快捷，但影响因素很多[1]。飞行时间技术（time of fight, TOF）是一项颇具前景的PET图像采集和重建技术，其对PET检测信噪比及空间分辨率的提升正逐步得到公认[2,3]。目前有研究发现TOF技术可以明显提高“热区模型”的SUV[1]，本研究拟通过对常州市第一人民医院PET/CT中心临床受检者的PET图像以TOF技术重建并进行对比分析，探讨其对SUV的影响及相关影响因素，为肿瘤代谢的精确定量及个体化诊疗提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2012-05～11于常州市第一人民医院PET/CT中心行全身PET/CT显像的61例受检者共136处病灶，一般资料见表1。所有受检者通过视觉分析均至少存在1处以上热区病灶，直径0.60～5.21 cm，平均（1.88±0.98）cm，其中头颈部（不包含脑组织）19处（14.0%），胸1椎体水平至膈肌平面59处（43.4%），腹部40处（29.4%），盆腔18处（13.2%）。

表1 61例患者的一般资料

1.2 仪器与方法 采用Siemens Biograph mCT-s（64）型PET/CT成像仪，有52个硅酸镥（LSO）晶体环共32 448块晶体，每块晶体大小为4 mm×4 mm×20 mm，探测器环直径842 mm，横向及轴向视野分别为700 mm、216 mm，机架孔径780 mm，符合时间窗4.1 ns，TOF系统的时间分辨率540 ps。

所有受检者均禁食6 h以上，测定空腹血糖水平，确定血糖低于10 mmol/L。受检者于安静状态下经静脉注射18F-FDG（南京江原安迪科正电子研究发展有限公司），剂量3.70～7.77 MBq/kg，平均（5.18±1.11）MBq/kg，注射后静卧，注射结束至扫描开始平均间隔（76.75±18.28）min。扫描前嘱患者排空膀胱，饮水400～500 ml后进行图像采集，嘱受检者保持仰卧位并平静呼吸，先行CT扫描，管电流170 mA，管电压120 kV，准直0.6 mm或1.2 mm，扫描时间根据选取范围长度、螺距及床进速自动生成；再行PET图像采集，1.5 min/床位，扫描范围自颅顶至股骨中上段。采用Syngo TureD图像后处理软件进行图像重建、融合显示及半定量分析。

1.3 图像重建与分析 所有受检者的PET图像均采用Ultra HD（HD+TOF）和HD两种方法进行重建，分别记为TOF组和非TOF组。HD重建技术是利用不同的重建算法对PET图像进行深度效应较正的高清图像技术，Ultra HD重建技术则是在HD技术的基础上引入了TOF技术。由1名核医学医师和1名放射科医师共同阅片，对PET/CT图像进行视觉判断和半定量分析，融合图像中PET图像为热区病灶及相应部位CT图像显示为解剖异常定义为病变部位，确定病灶的数量及位置，视觉分析选择病灶直径最大的横断面层面并测量直径，测量两种方法重建后的最大标准摄取值（SUVmax）和平均标准摄取值（SUVmean），TOF组较非TOF组SUV升高的平均百分比记录为ΔSUV：ΔSUV=（TOF组SUV－非TOF组SUV）/非TOF组SUV。根据病灶直径将病灶分为直径＜1.5 cm组及直径≥1.5 cm组；根据2002年中国肥胖问题工作组数据汇总分析[4]，将体重指数（BMI）≥25 kg/m2视为超重及肥胖，分析受检者年龄、性别、BMI、血糖水平、18F-FDG的注射剂量、注射结束至显像开始间隔的时间、病灶部位及病灶直径对病灶ΔSUV的影响。

1.4 统计学方法 采用SPSS 21.0软件，TOF组与非TOF组SUV比较采用配对t检验，TOF技术对ΔSUV的影响因素采用多元线性回归分析，TOF技术重建后不同大小病灶及不同BMI受检者间ΔSUV比较采用成组t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 TOF技术对SUV的影响 TOF组重建后SUVmax和SUVmean均显著高于非TOF组，差异有统计学意义（t=9.972、10.136, P＜0.01），见表2及图1。

表2 TOF组与非TOF组SUVmax和SUVmean比较

图1 女，65岁，左下肺炎。十字交叉处示气管右旁高代谢淋巴结，直径为0.9 cm，TOF重建后，病灶SUVmax及SUVmean分别为4.1和3.1（A）；非TOF重建后，病灶SUVmax及SUVmean分别为2.6和1.8（B）

2.2 TOF技术对病灶SUV的增益作用 通过TOF技术重建后，将TOF组病灶的SUVmax与SUVmean较非TOF组升高的百分比分别定义ΔSUVmax和ΔSUVmean，将ΔSUV＞0视为存在增益作用，136处病 灶 中 ΔSUVmax＞0共 117处（0.21%～82.86%），ΔSUVmean＞0共119处（0.18%～93.46%）。

2.3 TOF技术对病灶ΔSUV的影响因素分析 通过对受检者年龄、性别、BMI、血糖水平、18F-FDG注射剂量、注射结束至显像开始间隔的时间、病灶部位及病灶直径等影响TOF技术对病灶ΔSUV的可能因素进行多元线性回归分析结果显示，受检者的BMI与ΔSUVmax、ΔSUVmean呈正相关（r=0.312、0.272, P＜0.01），病灶直径与ΔSUVmax、ΔSUVmean呈负相关（r=－0.426、－0.411, P＜0.01）（图2）。受检者的年龄、性别、血糖水平、18F-FDG注射剂量、注射结束至显像开始间隔的时间、病灶部位与ΔSUVmax（r=0.167、0.160、－0.148、－0.046、－0.105、0.009, P＞0.05）和ΔSUVmean（r=0.119、0.193、－0.129、－0.064、－0.085、－0.004, P＞0.05）均无显著相关性。

图2 BMI及病灶直径与ΔSUVmax、ΔSUVmean的相关性

2.4 TOF技术对小病灶SUV的增益价值 直径＜1.5 cm的病灶ΔSUVmax及ΔSUVmean均显著高于直径≥1.5 cm的病灶，差异有统计学意义（t=－4.471、－4.458, P＜0.001），提示TOF技术对小病灶SUV的增益更为显著，见表3。

2.5 TOF技术对高BMI受检者SUV的增益价值BMI≥25 kg/m2的受检者ΔSUVmax及ΔSUVmean均显著高于BMI＜25 kg/m2者，差异有统计学意义（t=3.266、2.171, P＜0.05），提示TOF技术对高BMI受检者病灶SUV的增益更为显著。见表3。

表3 不同病灶大小及BMI受检者ΔSUV比较（%）

3 讨论

氟脱氧葡萄糖代谢显像是目前最为成熟和常用的分子影像技术，已经广泛用于肿瘤的诊断与鉴别诊断、分期与再分期、治疗效果的评估及预后的预测。SUV是反映组织葡萄糖代谢率最常使用的半定量指标，具有客观、易应用、与葡萄糖代谢率相关性好等优点，但容易受诸多因素的干扰，如受检者的体重、血糖水平、注射18F-FDG到开始显像的时间、部分容积效应、采集模式、图像的重建参数及阳性对比剂的使用等[5,6]。TOF技术是一种通过探测湮灭辐射后2个γ光子到达晶体的时间差来确定正电子符合时间发生区域的方法[7]，理论上系统的时间分辨率越高，其对探测符合事件的定位精度越高，TOF PET图像的空间分辨率和信噪比提升越明显[2,8]。因此，当应用TOF重建后，图像的信噪比显著提升，病灶的靶组织与本底比值即显著提高，理论上病灶SUV值亦可以明显提高。近来有研究[1,9]通过模型试验证实了应用TOF技术后模型内阳性球状体SUV显著升高，但模型试验结果能否应用于临床实际工作尚需探讨。本研究通过对临床受检者的PET图像以两种方法重建后进行对比发现，经TOF重建后病灶的SUV显著高于非TOF组，且SUVmax及SUVmean升高的平均百分比分别为（15.32±16.98）%、（14.64±17.03）%，与理论推断和模型试验结果基本吻合。

在肿瘤显像中，病灶的检测能力对于受检者的早期诊断、分期及预后判断至关重要，因此对于小体积、低放射性摄取病灶的检出能力尤为重要。本研究发现，直径＜1.5 cm的病灶通过TOF重建后SUV的增益更为显著，使得PET图像中原本无法探测到的或较难探测到的病灶变得清晰可见，因而TOF PET的探测效率明显提高，此研究结果与国外模型及临床研究结果基本一致[10,11]。

受检者的BMI能够严重影响PET的图像质量，传统的非TOF PET对肥胖患者进行成像时，由于严重的衰减和散射导致图像质量下降，病灶检出率降低。应用TOF技术后，在三维采集模式下能够提高真符合计数率，并降低随机计数率和散射计数率，大大改善了体重较大的受检者的PET图像质量[12,13]。本研究通过多元线性回归分析发现，BMI与SUV增益呈显著正相关，BMI越大，SUV增益越明显，特别是对于BMI≥25 kg/m2者，TOF技术对于病灶SUV的增益价值更明显。Surti等[14]研究发现TOF技术可以明显提高大体重（BMI≥26 kg/m2）受检者的病灶检出率，与本研究结果基本一致。

总之，TOF是PET的一种颇具前景的图像采集和重建技术，改善了传统PET扫描时间长、注射放射性药物剂量大及显像质量差的缺点，可以显著提高病灶SUV，改善大体重受检者的图像质量，并提高小病灶的探测效率。然而随着TOF PET临床应用的日益广泛，TOF技术对SUV的影响日益明显，既往研究中PET判断肿瘤良恶性的界值以及进行预后判断的相关定量指标是否仍然适用均有待深入研究。

[1] Adams MC, Turkington TG, Wilson JM, et al. A systematic review of the factors affecting accuracy of SUV measurements. Am J Roentgenol, 2010, 195(2): 310-320.

[2] 吴文凯, 赵周社. PET飞行时间技术的现状和再认识. 中华核医学杂志, 2011, 31(5): 354-356.

[3] Karp JS, Surti S, Daube-Witherspoon ME, et al. Benefit of time-of-fight in PET: experimental and clinical results. J Nucl Med, 2008, 49(3): 462-470.

[4] 中国肥胖问题工作组数据汇总分析协作组. 我国成人体重指数和腰围对相关疾病危险因素异常的预测价值:适宜体重指数和腰围切点的研究. 中华流行病学杂志, 2002, 23(1): 10-15.

[5] Boellaard R. Need for standardization of 18F-FDG PET/CT for treatment response assessments. J Nucl Med, 2011, 52(Suppl 2): 93S-100S.

[6] 黄克敏, 冯彦林, 温广华, 等. 不同浓度泛影葡胺及不同CT扫描条件对PET/CT图像质量和标准摄取值的影响. 中国医学影像学杂志, 2012, 20(7): 551-554.

[7] Wong WH, Mullani NA, Philippe EA, et al. Image improvement and design optimization of the time-of-flight PET. J Nucl Med, 1983, 24(1): 52-60.

[8] 贠明凯, 李婷, 章志明, 等. 基于飞行时间技术的PET发展历史与现状. 原子核物理评论, 2012, 29(2): 162-168.

[9] 邢海群, 罗亚平, 巴建涛, 等. 飞行时间技术和高清重建对PET/CT图像质量和定量分析的影响. 现代仪器, 2012, 18(4): 31-35.

[10] Lois C, Jakoby BW, Long MJ, et al. An assessment of the impact of incorporating time-of-fight information into clinical PET/CT imaging. J Nucl Med, 2010, 51(2): 237-245.

[11] Murray I, Kalemis A, Glennon J, et al. Time-of-fight PET/CT using low-activity protocols: potential implications for cancer therapy monitoring. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2010, 37(9): 1643-1653.

[12] Mullani NA. Additional gains with time-of-fight PET at high counting rates: lessons learned from early time-of-fight PET systems. J Nucl Med, 2010, 51(9): 1491-1493.

[13] Akamatsu G, Mitsumoto K, Ishikawa K, et al. Benefits of point-spread function and time of flight for PET/CT image quality in relation to the body mass index and injected dose. Clin Nucl Med, 2013, 38(6): 407-412.

[14] Surti S, Scheuermann J, El Fakhri G, et al. Impact of time-offight PET on whole-body oncologic studies: a human observer lesion detection and localization study. J Nucl Med, 2011, 52(5): 712-719.

（责任编辑 张春辉）

Signal Gains of Standard Uptake Value of PET Using Time of Flight Technique

PurposeTo verify the effect of PET time of fight (TOF) on additional gains in standard uptake value (SUV), and to discuss the related infuential factors through the study of clinical cases.Materials and Methods The images of 136 lesions in 61 patients were reconstructed respectively by two methods (TOF group and non-TOF group), and differences of SUVmax and SUVmean in the two groups were further compared. The higher percentage of SUV in TOF group than that in non-TOF group was defined as ΔSUV, and ΔSUV＞0 meant that additional gains existed. The related influential factors of TOF upon ΔSUV were analyzed, and the effect upon additional gains of SUV in patients with small lesions and high body mass index (BMI) was studied.Results① SUVmax and SUVmean in TOF group were both higher than those in non-TOF group (TOF group: 10.02±7.40, 6.89±4.95, respectively; non-TOF group: 9.17±7.50, 6.32±5.02, respectively; differences with statistic significance, t=9.972 and 10.136, P＜0.01). ②There were 117 out of 136 lesions with ΔSUVmax＞0 (0.21%-82.86%) and 119 lesions with ΔSUVmean＞0 (0.18%-93.46%).③ The multiple linear regression analysis showed that BMI was positively correlated with ΔSUVmax and ΔSUVmean (r=0.312 and 0.272, P＜0.01) and that diameter of lesion was negatively related with ΔSUVmax and ΔSUVmean (r=－0.426 and －0.411, P＜0.01). ④TOF had signifcant effect upon additional gains of SUV when the diameter of lesion was less than 1.5 cm and BMI was more than 25 kg/m2(P＜0.05).ConclusionTOF reconstruction can signifcantly increase the SUV of PET images, improve the image quality of high BMI subjects and detection capability of small lesions.

Positron-emission tomography; Time of fight; Standard uptake value; Neoplasms

常州市第一人民医院核医学科 江苏常州213003

王跃涛

Department of Nuclear Medicine, the First People's Hospital of Changzhou, Changzhou 213003, China

Address Correspondence to: WANG Yuetao

E-mail: yuetao-w@163.com

R445.6

2013-11-21

修回日期：2014-02-19

中国医学影像学杂志

2014年 第22卷 第3期：217-220，224

Chinese Journal of Medical Imaging

2014 Volume 22(3): 217-220, 224

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.03.015