PET/CT图像伪影初探

陈泽龙，赵春雷，王志敏，钱根年，杨忠东，陈自谦

南京军区福州总医院　医学影像科，福建　福州　350025

PET/CT图像伪影初探

陈泽龙，赵春雷，王志敏，钱根年，杨忠东，陈自谦

南京军区福州总医院医学影像科，福建福州350025

[摘要]PET/CT在临床上得到了广泛的应用和肯定，但是PET/CT图像同样存在一些伪影并且这些伪影很有可能影响医师的诊断。本文从4个方面对PET/CT伪影进行阐述，从原理和技术层面分析了伪影的成因，总结了目前解决伪影的一些方法。

[关键词]PET/CT；运动伪影；衰减校正伪影；图像融合；图像质量；容积效应

0　前言

近10年来，PET/CT（正电子发射断层显像/X线计算机体层成像）在临床上得到了广泛的应用，尤其是FDGPET/CT在肿瘤的定性、分期、定位及癫痫病灶的定位等方面，为临床医生的正确诊断和治疗做出重要贡献。PET/CT以其高质量的图像为临床提供丰富的诊断信息，但PET/CT图像同样也存在着一些不可克服或者说难以克服的缺陷，即伪影。PET/CT伪影有的来源于其成像原理，有的来源于设备的构造，有的来源于受检患者自主或者不自主的运动，同时还有其他一些伪影，本文从4个方面对PET/CT伪影进行归纳综述。

1　CT衰减校正伪影

PET成像的基本原理是晶体探测在符合时间窗内有两个互成180°的511 keV γ光子，γ光子从人体到达探测器的过程中会发生衰减，这个衰减对图像造成的影响不能忽略，因此需要进行衰减校正。单纯PET的衰减校正采用68Ge棒源，68Ge棒源发射的也是511 keV γ光子，与PET检查所用的正电子放射性核素衰变所发射的γ射线能量一致，因此，采用68Ge棒源进行衰减校正得到的衰减校正系数与正电子放射性核素衰变所发射的γ射线的衰减校正系数是一样的，不会产生误差。PET/CT采用CT的透射扫描数据计算衰减校正系数，它的好处是将整个检查时间减少了近40%[1]，同时CT扫描数据还可以提供诊断信息，但是由于CT扫描发射的是X光子，它是能量范围从40～140 keV的广谱射线[2]，在人体组织中主要发生光电效应，而光电效应的发生率与原子系数相关，高原子系数材料明显高于低原子系数材料；而γ光子在人体组织中主要发生康普顿散射，康普顿散射的发生率只与电子密度相关，因此CT透射扫描发射的X射线对高原子系数材料如骨组织的衰减明显高于低原子系数材料如软组织的衰减，而511 keV γ光子在软组织和骨组织中的衰减几乎没有差别。因此将CT透射扫描得到的线性衰减系数转化为γ光子的衰减系数将会产生误差，导致过度校正而产生PET/CT伪影，需要对CT X射线衰减系数进行校正。目前CT衰减校正算法主要有5种：① 比例缩放法（Scaling）；② 分割法（Segmentation）；③ 双值组合法（Hybrid）；④双线性法（Bilinear）；⑤ 双能CT法，临床上采用比较多的是双线性法[3]。

1.1体内金属植入物产生的伪影

体内金属植入物包括心脏起搏器、人工关节、义齿、外科整形材料和化疗泵等，单纯的PET采用68Ge棒源进行衰减校正，这些高密度材料不会造成伪影，对图像没有影响。PET/CT采用CT进行衰减校正，在PET/CT融合图像上就会形成FDG高摄取的伪影，同时在CT图像上也会形成条状伪影。这种伪影一般对有经验的诊断医师不会造成困扰，通过重建非衰减校正图像可以进行识别（图1）。但是对于金属植入物附近的肿瘤病灶则有可能因为伪影而造成漏诊或者误诊，例如装有义齿的头、颈部恶性肿瘤患者。另外有学者研究指出[4]，包括体内金属植入物等高密度材料产生伪影的原因不一定单纯就是CT衰减校正造成的，在PET采集过程中高密度材料自身存在运动同时其周边组织器官摄取放射性药物，导致在重建的PET/CT图像上高密度材料呈现高摄取的伪影。

图1 体内心脏起搏器导致的伪影，A：经CT衰减校正图像，在PET和PET、CT融合图像上放置心脏起搏器的地方均可见示踪剂浓聚灶；B：不带衰减校正图像，从图像上可以看到在同样的地方，浓聚灶消失了，说明是个伪影。

1.2对比剂产生的伪影

PET/CT检查一般使用含碘的口服对比剂，这种对比剂一般浓度不高，虽然其密度比较高，CT衰减校正会有一定的误差，但不会对PET/CT图像质量产生明显的不良影响。但是对于PET/CT检查前口服钡剂做胃肠钡餐检查或者钡灌肠检查的患者，其体内的钡浓度很高，在CT和PET/CT图像上会产生严重伪影，对于这类患者应详细询问病史，选择合适的检查时间。

PET/CT检查中CT部分的扫描可以有3种方法：① 低剂量扫描（约40 mAs），主要用于衰减校正和定位；② 静脉内注射对比剂或者口服对比剂正常剂量扫描（大概140 mAs）；③ 低剂量CT和正常剂量CT（静脉内注射或者口服对比剂）两次扫描[1]。两次CT扫描是为了避免对比剂影响CT衰减校正，但是增加了患者的辐射剂量。静脉内注射对比剂一般不会影响诊断医师对PET/CT图像的判读，事实上考虑到PET检查前增强CT的针对性以及受检查患者所接受的辐射剂量，目前很少在PET检查前做增强CT扫描。我院的做法是先口服对比剂进行CT扫描，之后进行PET扫描，如果诊断需要再进行增强CT补充扫描。

1.3淋巴结钙化产生的伪影

淋巴结钙化产生的伪影可能是临床上最有意义但又少有报道的CT衰减校正伪影。有研究报道患右肺早期鳞癌的病人其对侧肺门单个钙化淋巴结对FDG表现出高摄取的假像，如果伪影没有被察觉，就有可能得出临床IIIB期的诊断，通过非衰减校正图像可避免此类误诊。

2　患者运动伪影

运动伪影属于非衰减校正伪影，主要包括患者由于体位不适改变体位的自主运动伪影和不自主运动伪影，不自主运动伪影主要包括呼吸运动伪影和胃肠道运动伪影。

2.1呼吸运动伪影

患者接受PET/CT检查时一般采取自由呼吸，由于PET采集时间比较长（12～25 min），得到的图像包含多个呼吸周期，CT的扫描速度很快，得到的是某个呼吸时相的图像，而患者自由呼吸使得胸廓、膈肌及其附近的脏器（肝、肺等）位置不断变化，造成PET和CT图像位置匹配出现误差，产生伪影（图2）。

Beyer 等研究统计指出如果没有采取任何控制呼吸的措施，那么呼吸运动伪影的发生率将达到98%[5]。呼吸运动伪影主要表现为肝脏畸形变和肝脏重叠于肺底，肝脏和肺之间出现一个放射性冷区，对于肺部病变，呼吸运动伪影对肺外周和基底部病变的影响明显大于其对肺顶部和肺中央病变的影响[6]。

呼吸运动伪影严重影响了PET/CT对胸腹部肿瘤的正确诊断和放射治疗计划的制定，伪影使肿瘤边界不清位置无法确定，影响放射治疗计划对靶区的界定，同时也影响SUV（标准摄取值）值，使测得的SUV值比真实值小。消除呼吸运动伪影的方法之一是采用呼吸门控技术，所谓PET/CT呼吸门控技术即四维PET/CT采集[7-8]，是通过特定的设备采集呼吸运动信号，在实时呼吸门控系统的指导下，将CT和PET床位采集的呼吸周期分为若干时相，再将同一时相的CT图像和PET图像进行配准和衰减校正，得到校正后的PET/CT图像，一般CT的床位采集时间会略多于一个呼吸周期，PET仍然是常规的采集时间，经过呼吸门控技术校正的PET/CT图像的呼吸运动伪影明显减轻。呼吸运动伪影还可以通过呼吸运动补偿算法进行校正，呼吸运动补偿算法主要分为基于图像配准的方法、基于图像重建或原始数据的方法和基于反卷积的图像恢复方法3大类[9]。

图2　呼吸运动伪影，A：图像上可见肝脏穹隆部深入到右肺底部；B：图像配准不准确。

2.2胃肠道运动伪影

胃肠道内含有气体，同时会发生蠕动，并且在呼吸运动的影响下，胃肠道内软组织会发生位置偏移，导致图像匹配错误；由于采用CT衰减校正，胃肠道运动还可以影响CT衰减校正图，进而影响腹部及盆腔内PET/CT图像的分析，出现假阳性或者假阴性。由于CT衰减校正引起的腹部及盆腔内的异常放射性浓聚，可通过重建非衰减校正图像进行鉴别。

2.3患者体位移动产生的伪影

PET图像采集时间比较长，患者由于不适而改变体位，表现为单侧不适处肌肉放射性摄取；同时由于体位改变，CT位和PET位图像不匹配造成融合偏差，出现失匹配伪影；再者用错配的CT信息进行衰减校正，会导致对PET图像的过高或过低校正而产生伪影（图3）。此类伪影通过检查前对患者的指导可尽量予以避免，但是对于PET采集时间长而使患者产生不适的问题，只能希望将来通过改善PET采集方式或者采用更高效的晶体而得到解决。

图3　患者头部移动产生的伪影

3　设备本身造成的伪影

由于设备本身硬件或者软件故障影响PET/CT成像质量，例如晶体损坏，因此需要对PET/CT进行定期的校准和维护保养，及时排除故障，使设备始终处于良好的状态。PET/CT设备上虽然PET和CT属于同一机架，但其实PET和CT是相对独立的两部分，对于GE Discovery LS PET/CT，其PET和CT通过导轨连接，两部分完全可以分开，PET和CT硬件上的配准通过执行VQC（Volumetric Calibration & Quality Control Procedure）校准程序进行检验。PET和CT硬件的配准影响到PET和CT图像的融合以及CT衰减校正，配准不好不仅不能充分发挥两种设备的优势，还有可能导致诊断错误,因此需要定期进行VQC校准。

4　其他伪影

PET/CT伪影除了来源于CT衰减校正、患者运动以及设备本身性能以外，还包含以下几种类型的伪影。

4.1部分容积效应伪影

PET有限的空间分辨率使部分容积效应（Partial Volume Effect，PVE）成为影响图像质量的不可忽视的重要因素，PVE的成因主要是由两个效应共同作用下形成的，即点源扩展和组织分数效应[10]。放射性核素衰变产生的正电子具有一定的动能，在发生湮灭前会有1～3 mm的射程，这个射程使点源成像后有一定程度的扩展。影响部分容积效应的因素还包括肿瘤大小和形状、病灶周围放射性本底、成像系统分辨率、图像采集条件和测量方法等[10]。

PVE使图像中的感兴趣区的放射性浓度降低或者升高（溅出效应或者溅入效应），图像边缘模糊，对于小病灶的影响尤其严重。有文献报道[11-12]，对一个接近成像系统分辨率大小的热病灶（5 mm），图像上测得的示踪剂浓度值可下降到病灶真实浓度值的10%。对于大的病灶，PVE主要体现在病灶的边缘外展且示踪剂浓度下降。

国内外学者针对PVE提出了各种不同的校正方法[13-15]，最初是Hoffman在1979年提出的放射性计数恢复系数（recovery coefficient, RC），用以描述及校正部分容积效应，后来有学者提出了一些不同的方法校正PVE，这些方法大致可分为3类[15]，但目前为止PVE的校正方法尚处于实验研究阶段。

4.2CT射束硬化效应伪影

在PET/CT扫描中，由于患者身体不适等原因在进行CT扫描时患者双臂置于CT扫描视野内，或者患者体内携带高密度金属植入物或对比剂，会产生CT射束硬化伪影，表现为星状或者条状伪影，而CT用于衰减校正又会导致PET放射性计算错误，在PET图像上产生伪影。图1 CT图像上可见条状伪影即为射束硬化效应伪影。检查前对患者耐心细致的指导以避免患者在检查过程中的不自主运动以及携带高密度物件接受检查可以减少不必要的射束硬化效应伪影，但是对于由于疾病而无法配合或者体内植入金属材料的患者则射束硬化效应伪影也是不可避免的。

4.3CT截断伪影

患者过度肥胖或接受检查时手臂放在身体两侧，由于PET扫描视野比CT扫描视野大, 而使得患者身体可完全通过PET扫描视野却有部分扫描部位会超出CT的扫描视野范围, 导致CT扫描不能得到扫描部位的全部信息, 产生截断伪影（图4）。截断伪影的产生主要与患者不能配合有关。

4.4显像剂渗漏导致的伪影

显像剂外漏表现为特定部位的“热区”。有文献报道[1]，FDG发生皮下渗漏可被淋巴系统吸收，最终被腋下或纵隔淋巴结摄取导致诊断困难，尤其是乳腺癌或肺癌患者，要求进行一个短期内的随访检查，以排除病灶可能。患者体表放射性污染也可表现为特定部位的“热区” （图5）。皮下渗漏一般与FDG注射及注射后按压方法有关，通过改善注射及注射后按压方法可避免此类伪影的产生。

图4　截断伪影。A ：PET图像上显示靠近扫描野边缘的双上肢呈条纹状“热区”；B：PET和PET、CT融合图像显示手臂叠置于头上时产生的截断伪影。

图5　显像剂渗漏伪影

4.5高血糖患者注射胰岛素的影响

糖尿病患者升高的血糖水平会导致体内葡萄糖与FDG发生竞争性抑制,肿瘤摄取FDG量减少，成像不清晰，因此需注射胰岛素降血糖以提高图像质量；但是胰岛素又会导致FDG被脂肪和肌肉摄取，肌肉的高摄取有可能影响对病灶的观察和判断。因此对于高血糖患者最好提前通过药物治疗将血糖控制在允许值范围内再接受PET/CT检查。

生理性摄取在特定条件下出现的正常的生理性放射性摄取，常见的有卵巢、子宫内膜摄取[16]，哺乳期乳房摄取以及肿瘤患者放化疗后的“超级骨显像”等。

5　结语

正确认识PET及PET/CT显像中的伪影对于临床医生对病变及正常人体生理显像的诊断具有重要的意义。PET/ CT显像中基于CT衰减校正的伪影是目前研究的重点，而呼吸运动伪影也是PET/CT显像中的典型伪影。我们不仅要认识PET/CT显像中的一些典型伪影，同时对一些不典型不常见的伪影也应有所了解，而在解读PET/CT图像过程中，积极参照非衰减校正图像是认识伪影的一个重要方法。

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作者邮箱：czel@163.com

[中图分类号]R814.14

[文献标志码]B

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.03.064

[文章编号]1674-1633(2014)03-0164-04

收稿日期：2013-08-08修回日期：2014-09-12

通讯作者：陈自谦，南京军区福州总医院医学影像中心主任，主任医师。

Discussion of PET/CT Artifacts

CHEN Ze-long, ZHAO Chun-lei, WANG Zhi-min, QIAN Gen-nian, YANG Zhong-dong, CHEN Zi-qian
Department of Medical Imaging, Fuzhou General Hospital of Nanjing Command, Fuzhou Fujian, 350025,China

Abstract：PET/CT imaging is widely used clinically, however, there are some artifacts in PET/CT images, which are likely to affect the physician's diagnosis. In this paper, the causes of artifacts are analyzed, and the methods for solving the artifacts are summarized.

Key words：PET/CT; motion artifacts; attenuation correction; image fusion; image quality; volume effect