每床位采集时间对18F-FDG PET图像质量和SUV值的影响

徐磊，孟庆乐，杨瑞，钱鑫宇，周蕾蕾，蒋红兵,

1. 南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院）a. 核医学科；b. 医疗设备处，江苏 南京 210006；2. 南京市卫生信息中心，江苏 南京 210003

引言

18F-FDG PET是恶性肿瘤的早期诊断、临床分期和预后评价的重要手段[1-3]。精确诊断肿瘤需要高质量的PET图像，而PET图像质量主要由注射剂量、采集时间、病人体格、探测器性能等因素决定[4-5]。若患者接注射剂量较低和采集时间不足，PET图像会伴随着较高噪声，病灶容易模糊或未显现[6]。一般而言，商业配置的18F-FDG剂量较为固定，不易根据病人体重进行调整，此时延长采集时间可作为提高PET图像质量的一个重要补偿手段，但同时也增加患者的身体负担。因此根据患者体重和注射剂量调节采集时间对持续获得高质量PET图像至关重要。

国内外对18F-FDG PET/CT显像研究多集中于临床诊断价值[7-9]，而忽略不同采集协议对PET图像质量影响研究，主要由于各家单位采用PET/CT机型不同，采集和重建参数设置差异较大，无法形成统一的指导标准。本研究主要针对上海联影112环数字光导PET/CT，探讨每床位不同采集时间对18F-FDG PET图像和SUV值的影响。

1 材料与方法

1.1 模体和病人资料

体模实验采用美国国家电气制造者协会标准的国际电工委员会模体，简称体模，内含10、13、17、22、28和37 mm 5个热球，本研究仅在37 mm热球内注射18F-FDG，体模腔体内放射性活度为5.31 kBq/mL，热球与腔体放射性活度比值为4:1[10]。临床实验选取2017年5月至2018年6月于南京市第一医院核医学科行18F-FDG PET/CT显像的23例患者进行回顾性分析，其中男18例，女5例，年龄33～79岁，平均年龄（60.09±1.81）岁，患者体重为43～80 kg，均值为（64.35±9.20）kg，身高为 1.51～1.81 m，均值为（1.69±0.08）m，体质量为15.24～27.36 kg/m2，均值为（22.59±2.71）kg/m2。排除肝转移患者，所有患者均经手术或活检明确病理，包括肺癌10例、鼻咽癌2例，甲状腺癌2例，胃癌4例，胰腺癌1例，乳腺癌4例。本研究获本院伦理委员会批准，患者签署知情同意书。

1.2 图像采集与重建

患者检查前需禁食6 h以上，常规血糖维持在6.6 mmol/L，18F-FDG（南京江原安迪科正电子研究发展有限公司）注射剂量为197.65～420.62 MBq，均值为（294.71±46.72）MBq，休息45～60 min后行PET/CT全身扫描。患者每公斤体重注射的18F-FDG剂量为3.09～6.66 MBq/kg，均值为（4.64±0.83）MBq/kg。采用112环数字光导PET/CT（上海联影科技公司uM780）进行数据采集，该款PET/CT包含101920块晶体，轴向视野为30 cm，孔径为70 cm，时间符合窗为4 ns，系统灵敏度为16 cps/kBq，时间分辨率为520 ps。64排128层螺旋CT提供衰减校正：管电压为120 kV，管电流为100 mA，层厚3 mm，螺距为0.5 s。NEMA模体采集视野为1个床位，时间为10 min。临床患者每床位采集时间为5 min，所需扫描时常17～22 min（3～4床位），并重建为4、3、2和1 min，床位重叠率为30%，扫描范围为颅骨至股骨中段，PET图像重建算法采用OSEM迭代（2次迭代，子集数20）+TOF技术和PSF技术，高斯滤波函数的半高全宽为3 mm。

1.3 图像分析

体模PET图像质量采用变异系数（CV值），对比度（Contrast）和信噪比（SNR）评估[11]，如公式(1)～(3)所示，其中BG代表9个背景ROI（直径3 mm）的平均放射性计数率，SD代表9个背景ROI放射性计数率标准差的平均值，Signal代表热球ROI内最大计数率。

临床PET图像质量采用肝脏SUVmax、SUVmean、CVliver和病灶SUVmax评估[12]，前三个指标由肝脏最大层面选取3个直径3 mm的感兴趣区ROI计算所得，病灶SUVmax由工作站自动勾画获取，计算公式如(4)和(5)所示。

1.4 统计学分析

体模PET图像的CV值、对比度和信噪比与每床位采集时间采用折线图分析，临床PET图像中每床位不同采集时间的肝脏SUVmean、SUVsd、CVliver和病灶SUVmax得分比较采用单因素方差分析和多样本t检验。P＜0.05时差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 每床位不同采集时间对体模PET图像质量的影响。

每床位不同采集时间的体模PET图像，见图1。

图1 每床位不同采集时间对应的体模PET图像

可以看出每床位采集时间为10 min时，体模PET图像质量最佳，随着采集时间缩短，PET图像质量逐渐降低，采集时间降为1 min时，PET图像噪点显著，图像质量最差。不同采集时间与体模PET图像CV值、对比度和信噪比关系，见图2。可以看出每床位采集时间从1 min增加至10 min时，CV值和信噪比均整体呈下降趋势，从最大值11.84%降至4.02%，其中4 min所得CV值（5.62%）略高于5 min（5.64%）；对比度在1 min到4 min时呈上升趋势，5 min到10 min趋于稳定，总体处于47左右，浮动范围为46.39～47.44，最大值由4 min每床位采集时间得到；信噪比呈现上升趋势，从最小值383.25升至1136.45，但出现5 min每床位采集时间的对比度（810.40）略低于4 min所得（826.60）。

图2 每床位不同采集时间对应的CV值、对比度和信噪比

2.2 每床位不同采集时间对临床PET图像质量和SUV值影响。

不同采集时间对应的临床PET图像，见图3。容易看出每床位采集时间为3 min至5 min时，全身PET图像和肝脏层面图像质量肉眼判读无明显差别；采集时间为2 min时PET图像开始模糊；采集时间降为1 min每床位时，肝脏层面噪点明显增多，但肺部2个病灶（1.9 cm3和6.0 cm3）均清晰可见。

定量分析结果显示：① 临床PET图像的肝脏SUVmean随着采集时间增加而降低，每床位采集时间1 min钟至5 min对 应 的 SUVmean分 别 为：2.03±0.33，2.00±0.33，2.00±0.32，1.98±0.31，1.96±0.32，单因素方差分析显示，不同采集时间组SUVmean得分差异具有统计学意义（F=497.1，P＜0.0001），多样本t检验显示1 min组、2 min组和3 min组、4 min组与5 min组之间得分差异均无统计学意义（P＞0.05）；② 肝脏SUVsd随着采集时间增加而显著降低，每床位采集时间1 min至5 min的SUVsd分别 为 ：0.33±0.08，0.23±0.05，0.19±0.04，0.17±0.04，0.15±0.05，单因素方差显示5组之间得分差异具有统计学意义（F=14.59，P＜0.0001），仅4 min组与5 min组之间得分差异无统计学意义（P＞0.05）；③ 肝脏CVliver值随着采集时间增加而降低，每床位采集时间1 min至5 min的CVliver分别为：16.16±2.94，11.53±2.26，9.36±1.77，8.52±1.77，7.96±2.48，单因素方差显示5组之间得分差异具有统计学意义（F=46.80，P＜0.0001），多样本t检验显示3 min组、4 min组和5 min组之间得分差异均无统计学意义（P＞0.05）；④ 每床位采集时间1 min至5 min的病灶SUVmax分别为：9.57±3.61，9.05±3.50，8.99±3.42，8.81±3.39，9.14±3.83，单因素方差显示5组之间得分差异无统计学意义（F=0.30，P=0.879），其中每床位采集时间1 min时最大，其5 min时次之。结果见图4。

2.3 采集时间对不同体格患者和不同剂量患者病灶SUVmax的影响

按照中国体重标准将患者分为三组：＜18.5 kg/m2（偏瘦组），18.5～23.9 kg/m2(正常组)，≥24.0 kg/ m2(超重组)，每床位不同采集时间对应不同体质量患者病灶SUVmax，见表1。3个体质量组均在每床位采集时间为1 min时获得最大病灶SUVmax，采集时间为5 min时，偏瘦组SUVmax排第三位，正常组排第四位，超重组排二位；偏瘦组不同采集时间所得病灶SUVmax差异无统计学意义（F=0.014，P=1.000），正常组和超重组同样无统计学意义（F=0.15，P=0.964；F=0.24，P=0.915）。

图3 肺癌患者（男，57岁）每床位不同采集时间对应的18F-FDG PET图像

图4 每床位不同采集时间对应的肝SUVmean、肝SUVsd、肝CV值和病灶SUVmax比较

根据每公斤体重18F-FDG注射剂量将患者分为三组：＜3.70 MBq/kg（低剂量组），3.70～5.55 MBq/kg（中等剂量组），＞5.55 MBq/kg（高剂量组），每床位不同采集时间对应不同注射剂量的患者病灶SUVmax，见表2。3个注射剂量组均在每床位采集时间为1 min时获得最大病灶SUVmax，采集时间为5 min时，低剂量组和中等剂量组SUVmax均排第二位，高剂量组排第二位；且低剂量组不同采集时间所得病灶SUVmax差异无统计学意义（F=0.05，P=0.995），中等剂量组和高剂量组病灶SUVmax差异同样无统计学意义（F=0.19，P=0.942；F=0.16，P=0.958）。

表1 不同组体质量患者每床位不同采集时间的病灶SUVmax对比

表2 不同组每公斤注射剂量患者每床位不同采集时间的病灶SUVmax对比

3 讨论

随着医学影像设备学、生物医学工程和计算机技术的发展，PET/CT探测器性能不断提升，在精准医疗方面发挥至关重要的作用[13]。高质量PET图像是精确诊断疾病的基础，而不同采集时间对PET图像质量影响较大。基于患者体重的18F-FDG PET/CT最佳采集协议研究已有报道[14]，但尚无可供参考的每床位采集时间，尤其对于国产PET/CT。本研究探索每床位不同采集时间对PET图像质量和SUV值的影响，以期在不影响诊断的前提下缩短采集时间。

从视觉上看，体模PET图像质量随着每床位采集时间缩短而降低，当每床位采集时间从10 min降为4 min时，PET图像质量肉眼难以分辨差别；当采集时间为3 min时，体模PET图像上噪点开始增多；降到1 min时，PET图像噪声显著。定量分析显示，每床位采集时间越长，体模PET图像CV值越低，图像信噪比越高，表明PET图像越佳；同时PET图像对比度先升高后平稳，表明延长采集时间，图像质量趋于稳定，这与Akamatsu等[15]研究结果一致。

当采集时间每床位为3 min时，延长采集时间，临床实例PET图像质量提升较小，视觉上看不出差别；采集时间每床位为1 min时，病灶依然清晰可见，满足临床诊断需求。定量分析可知，肝脏SUVmean随着每床位采集时间增加而降低，表明采集时间较短时，图像噪声信号强度大于肝脏信号，导致SUVmean变大，延长采集时间可抑制噪声，使得SUVmean显著降低接近真实值，这与陈香等[16]的研究结果一致。同时，肝脏SUVsd和CVliver值随着采集时间增加而显著降低，且SUVsd和CVliver值均在采集时间大于等于2 min时降幅微小，临床上常以CVliver值为10%作为参考标准[17-18]，此时每床位采集时间3 min的CVliver值（9.36±1.77）略低于10%，2 min的CV值（11.53±2.26）略高于10%。每床位采集时间为1 min时对应的病灶SUVmax最大，表明1 min的PET图像受噪声影响最大；随着采集时间从2 min延长至5 min，SUVmax先降低后上升，总体在9.0上下浮动，主要由于病灶均匀度欠佳，易受噪声影响。以SUVmax取9.0为基准，则每床位采集时间设置为2 min或3 min均可。

将患者按照体重标准和每公斤体重注射剂量分别分组，发现每床位不同采集时间对应病灶SUVmax无显著差异，当采集时间为1 min时受噪声影响最大，对应的SUVmax最大，其次是采集时间为5 min时SUVmax最大，符合临床PET显像特性。对于正常体重组和中等剂量组，每床位时间2 min和3 min大致相等；超重组和低剂量组均需延长采集时间；偏瘦和高剂量组与正常组采集时间一致即可。

综上，每床位采集时间2 min即可获得满足临床诊断需求的PET图像（总采集时间8～10 min），3 min每床位可获得高质量的PET图像（总采集时间11～13 min），表明18F-FDG PET快速扫描具有可行性，且延长采集时间可有效抑制低剂量和超重患者的图像噪声，为建立和推广国产PET最佳采集协议提供参考依据。