Q.Freeze呼吸门控PET/CT在肺结节图像质量中的价值

崔兰兰 耿建华 刘 明 肖 哲 李 占 梁 颖

呼吸运动是影响PET/CT诊断性能的重要因素之一，PET和CT不匹配导致衰减校正不准确，肿瘤的检测效能减低［1］。呼吸门控 （respiratory gated imaging，RG）可以创建一个无运动的PET图像，近年来呼吸门控技术发展很快，门控采集时扫描时间和CT有效剂量均明显缩短［2］，且与非门控（ungated imaging，UG）PET/CT相比，RG可以改善PET/CT的定量参数准确性，提高恶性病变检出率［3］。本研究通过对比分析Q.Freeze呼吸门控（QFRG）和UG之间定量代谢参数、信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）以及有效剂量的差异，评估呼吸门控技术在肺结节中的临床应用价值。

方 法

1.临床资料

2019年11月至2020年4月因可疑肺结节在本院行PET/CT，41例同意行呼吸门控显像：35例（60个肺结节：22个经手术和/或穿刺证实肺癌，38个临床诊断肺转移瘤）UG或QFRG扫描发现孤立异常放射性摄取增高灶入组，4例患者因呼吸波形差未完成门控检查和2例患者肺结节无摄取未入组。其中男20例，女15例，年龄38～86（58.35±12.19）岁，均签署知情同意书。

2.检查方法

图像采集仪器为美国GE公司的Discovery MI PET/CT；呼吸运动实时监测系统为美国Varian公司实时跟踪系统 （real-time position management，RPM）。18F-氟去氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG）放射化学纯度＞95%。患者检查前空腹时间≥6 h，口服含碘量为0.8 g（100 ml）的对比剂1 500 ml充盈胃肠道。检查前使用血糖仪指尖采血测血糖，确认患者血糖水平控制在正常水平后注射显像剂。18F-FDG注射剂量按4.44 MBq/kg计算，患者显像前排空膀胱，扫描范围为头部至大腿上段。注射18FFDG静卧休息55～60 min后进行检查。CT扫描条件：120 kV，10～300 mA，层厚3.75 mm。PET图像用三维模式采集，2 min/床位，用CT数据对PET数据进行非均匀衰减校正。扫描完成后进行常规图像处理。

QFRG采集在靶病变区域使用单个床位进行门控模式采集。QFRG CT扫描条件：100 kV，15 mA，层厚2.5 mm。PET扫描时在接收到呼吸信号的触发后进行，5 min/床位。呼吸控制系统则连续记录CT曝光的时相信息，并同时记录呼吸节律信号。PET图像在后处理工作站自动划分为6个时相的呼吸门控系列图像。重建时采用其对应时相的CT图像作衰减校正，从而实现考虑了呼吸运动后的PET衰减校正。

3.图像分析

由2位具有10年以上PET/CT经验的副高及副高以上职称医师对60个孤立异常的高摄取结节进行QFRG和UG代谢参数测量。在后处理工作站用42%的SUVmax阈值法半自动处理得到最大标准化摄取值（maximum standardized uptake value，SUVmax）、平均标准化摄取值（mean standardized uptake value，SUVmean）和肿瘤代谢体积（metabolic tumor volume，MTV）。PET SNR是测量血池中18F-FDG的摄取并作为背景估计，在左心房上方放置直径为20 mm的三维感兴趣体积（VOI），测量标准差（standard deviation，SD），用公式计算获得：SNR=SUVmean/SD（SUVmean为病灶SUVmean，SD为纵隔血池SD）。

评估病变部位对ΔSUVmax、ΔSUVmean及ΔMTV变化的影响：将病灶分为上野（肺尖-隆突上缘）、中野（隆突上缘-右肺下叶支气管分叉水平）和下野（右肺下叶支气管分叉以下水平）3个部位，计算3个定量代谢参数变化值［ΔSUV=（SUVQFRG-SUVUG）/SUVUG×100， ΔMTV=（MTVQFRG-MTVUG）/MTVUG×100］，分析不同部位间的差异。评估病变直径对Δ SUVmax、ΔSUVmean及ΔMTV变化的影响，在诊断性CT图像上测量结节最大径，按病变直径分为3组（直径＜10 mm组、11～20 mm和＞20 mm组），分别计算UG和QFRG的有效剂量。

4.统计学分析

使用SPSS 20.0软件包进行统计学分析。2种方法间差异比较采用单因素方差分析（one-way ANOVA），不同病变部位及直径组间数据资料采用配对秩和检验（Wilcoxon）进行差异性检验。P＜0.05为差异具有统计学意义。

2结 果

60个QFRG和UG上显示孤立异常放射性摄取增高肺结节，CT最大径为（2.07±1.6）cm。QFRG的SUVmax、SUVmean均显著高于UG，差异有统计学意义（P＜0.05），QFRG的MTV、SNR与UG相仿，差异无统计学意义（P＞0.05）。详见表1、图1。PET/CT受检者的有效剂量包括PET所致和CT所致。QFRG的有效剂量远低于UG，仅占UG+QFRG总有效剂量的（7.90±2.39）%，且扫描时间也短于UG（表1）。

表1 UG与QFRG定量代谢参数、信噪比（SNR）、有效剂量及扫描时间的比较

图1 典型病例影像学表现

肺上野和肺下野肺结节ΔSUVmax、ΔSUVmean分别为4.53%和24.37%（P=0.01）、3.07%和25.77%（P=0.004），上/中野、上/下野和中/下野ΔMTV各组间差异均无统计学意义（P值分别为0.337、0.087、0.693）；结节＜10 mm组、11～20 mm和 ＞20 mm组间ΔSUVmax、ΔSUVmean及ΔMTV差异均无统计学意义，详见表2。

表2 病变部位、大小与ΔSUVmax、ΔSUVmean及ΔMTV值的关系M（P25，P75）

讨 论

PET／CT扫描中，由于CT扫描速度明显快于PET，呼吸运动对二者影响不同，导致PET／CT图像和CT图像在位置及相位上存在一定程度的不匹配，定量不准确［4］。目前常用的呼吸门控有2种方法：第一种方法，提取呼吸周期中呼吸振幅范围中运动量最少的PET数据。为了保持图像质量，该门控技术需要更长的扫描时间和/或更高的注射活性，主要应用于制订放射治疗计划［3，5］。第二种方法，是一种基于相位的门控方法，结合了其他相位的非刚性平移，所有收集到的数据都用于最终的RG图像［2］，该技术主要以诊断为目的。我们使用的RG系统采用第二种方法，把每个呼吸周期分成6个相等的时相（8%，25%，42%，58%，75%，92%），将PET数据按照相应的时间阶段分布到每个时相中。本研究中QFRG显像的SNR（34.45±21.00） 与UG显像SNR（35.53±21.15）相仿，也就是说QFRG PET图像质量可满足临床的诊断要求。与武志芳［6］等的结论相仿，RG、UG图像的SNR分别为4.0±0.4、4.0±0.6（P＞0.05）。但本研究中SNR明显高于前者，可能与前者SUVmean和SD选取部位有关，本研究采用病灶SUVmean和主动脉血池SD，与前者不同。另外，扫描设备类型和重建方式不同，也会对SNR产生影响。

病灶无论是静止的还是运动的，一段时间内的计数是相同的。因此，引起病灶大小明显变化的任何运动都将减弱病灶内每个像素的活性浓度。呼吸运动使得肺部结节尤其是活动度较大、肺下野近膈顶的结节真实的SUV降低［7-8］。Robin等［9］采用基于振幅的呼吸门控技术对183个肺部和肝脏病变进行检查，与UG比较，RG的SUVmax升高了18%。与本研究结果一致，SUVmax升高了9.22%，SUVmean升高了9.19%，QFRG与UG SUV值变化有统计学差异。本研究结果中，SUVmax升高程度不同，可能与所采有的呼吸门控方法不同有关。

关于呼吸门控对病变MTV的影响有争议，文献报道的差异比较大。Frood［10］系统性回顾分析了13篇呼吸门控文献，8篇报道呼吸门控MTV有统计学差异（6.9%～44.5%，P＜0.05），3篇变大（16%～50%，P＞0.05），3篇无差异。本研究60个肺结节，QFRG无统计学差异。与以往文献报道MTV的这种差异，可能与不同的RG方法、MTV测量方法、患者呼吸周期、病变的大小以及在构建4D PET/CT时所使用的数据量有关［10-11］。

本研究结果显示肺下野结节ΔSUVmax，Δ SUVmean及ΔMTV变化最明显，分别为24.37%，25.77%及-19.53%，即QFRG对于肺下野结节应用价值更高。研究显示在正常呼吸时肺结节在Z轴方向上的运动幅度可达到3 cm，而其他部位肿瘤仅运动几毫米或根本不运动［12］。Grootjans等［3］采用呼吸门控研究不同解剖部位对病变体积和SUV的影响程度，发现中、下叶肺结节SUV和MTV变化明显，SUVmean增 加15.5%±17.7%、MTV减 少17.7%±21.0%。Robin等［9］基于振幅门控对140个肺部结节研究认为肺下叶病变SUVmax和MTV变化最大，分别为SUVmax增加30%（14%～57%），MTV减少28%（-52%～14%）。

有研究［13-14］显示，肺结节越小，尤其是在常规PET/CT中摄取较低的结节，采用RG后其SUV增加越多，从而提高肿瘤诊断准确度并有利于早期诊断。Robin等［9］也对结节大小进行了分析，当结节直径≤10 mm时ΔSUVmax及ΔMTV变化最大，分别为31%和-22%。而本研究不同直径的3组肺结节间Δ SUVmax、ΔSUVmean及ΔMTV差异相仿（P＞0.05），可能与本组病例数比较少有关，后续有待进一步增加病例后再讨论。

以往文献［15］中认为呼吸门控扫描时间长约6～10 min。QFRG通过将100%的采集计数重新组合成单个3D运动校正图像，使采集时间明显缩短。Ryogo等［2］对比分析QF技术3、5、10 min图像质量与常规静态PET图像质量，认为QF技术5 min PET采集图像清晰，与常规扫描2 min图像质量相当。本文在采集靶病灶区域时采用了5 min/床位。另外，本研究采用低剂量15 mA CT电影模式扫描，患者额外增加的辐射剂量为（1.23±0.25）mSv，仅占全身PET/CT扫描剂量的（7.90±2.39）%。

综上所述，QFRG明显改善了肺结节的SUV定量分析的准确度，特别是针对两肺下野结节，且图像质量清晰，有效剂量稍有增加。