18F‑FDG PET/CT显像步进采集与连续进床采集模式图像质量分析研究

杨 波 刘春利 温德媛 刘 璐 石华铮 张江峰 曹建峰 苏 芸朱毕华 应坷均

18F‑脱氧葡萄糖（FDG）PET/CT显像已被越来越广泛地运用于临床诊疗实践，尤其是肿瘤的临床诊疗中，其PET功能和分子代谢成像在肿瘤诊断、分期、疗效评价中发挥着重要作用，对指导临床治疗方案的制订有着重要意义［1-2］。连续进床（continuous bed motion，CBM）是近年来发展起来的一种新型成像数据采集过程中的检查床运动模式，相对于常规的步进（step and shoot，SS）式进床模式，其进床特点是通过设置扫描速度而实现检查床连续移动，数据采集同步连续进行，总扫描时间由床移动速度与检查范围决定。CBM采集技术不需要床位重叠、定位精准；无须考虑整倍数床位设置，避免了非整倍数床位需要延长扫描范围的情况，不仅节省采集时间，也使轴向均匀性得到保证，改善轴向图像质量［3-5］。本研究通过比较CBM和SS进床模式下18F‑FDG PET/CT图像质量，探讨CBM进床模式下18F‑FDG PET/CT图像质量特征。

方 法

1.研究对象

2020年6月至9月在本中心接受18F‑FDG PET/CT检查的受检者，按1︰1随机分组，分别纳入SS模式组（SS组）和CBM模式组（CBM组），每组各50例。本研究为前瞻性研究，经全景上海影像诊断中心伦理委员会批准。

2.检查方法

检查设备为SIEMENS Biograph mCT Flow PET/CT，配64排螺旋CT。2组受检者禁食6 h以上，血糖控制不高于7.2 mmol/L，先经静脉（手背静脉或肘静脉）注射18F‑FGD，注射药量为0.12~0.1 mCi/kg（1 Ci=3.7×1010Bq），代谢时间1 h，训练呼吸，取常规仰卧位，头先进，双手上举，先行CT定位扫描（管电流35 mA、管电压120 kV），再根据CT定位片进行自颅顶上缘至大腿中上段范围的SS和CBM模式采集方案。

2.1 SS模式扫描方法（图1A）

根据每位受检者的特定采集范围具体确定床位数，每个床位22.1 cm，相邻2个床位间重叠43%，每床位采集时间1.7 min。

2.2 CBM模式扫描方法（图1B）

图1 不同进床模式下扫描定位图

选择需要重点针对的部位并延长其扫描时间（1.5 mm/s），缩短其他正常部位的扫描时间（2.0 mm/s）。采用2次迭代、21子集的有序子集最大期望值迭代算法重建图像。使用飞行时间及点扩展技术，进行CT衰减校正和散射校正，获得2种模式的CT、PET及PET‑CT融合图像。

3.图像分析方法

3.1 主观评价法

由2位有经验的核医学科医师共同阅片，根据PET代谢图像及PET/CT融合图像的均匀度、对比度、噪声及是否存在伪影等，对图像质量进行优、良、中、差等4个等级评价。当意见不一致时，再引入第3名医师进行协商评价，以至少2位医师取得一致意见为最终结果。

3.2 客观评价法

（1）PET代谢图像噪声：分别测量SS组和CBM组受试者侧脑室水平、肩关节水平、胸椎（胸4椎体水平）、肝门部水平、脾门水平和大腿上段水平的图像噪声，以感兴趣区（ROI）测量结果的标准差（SD）值作为噪声的定量指标。

（2）不同组织代谢值/噪声比：分别测量SS组和CBM组受试者侧脑室水平脑实质、肝门部水平肝右叶肝实质、脾门水平脾脏组织的标准摄取值（SUV）平均值（SUVmean）并记录；同时分别计算侧脑室水平和肝门部水平背景噪声SD值。脑实质代谢值/噪声比=侧脑室水平脑实质SUVmean/同水平背景噪声SD值；肝实质代谢值/噪声比=肝门部水平肝右叶肝实质SUVmean/同水平背景噪声SD值；脾实质代谢值/噪声比=脾门水平脾实质SUVmean/同水平背景噪声SD值。

4.统计学分析

采用SPSS 22.0软件进行数据处理。计量数据呈正态分布者以均数±标准差表示，否则以中位数（四分位间距）表示，计数资料以例数（百分比）表示。对于各种指标的组间差异比较，当资料符合正态分布时采用独立样本t检验，否则用非参数Mann‑WhitneyU检验；率的比较采用卡方检验。P<0.05认为差异有统计学意义。

结 果

1.一般资料和比较

SS组50例受检者中，男性32例，女性18例，年龄27~84岁，平均（56.6±12.7）岁；CBM组50例受检者中，男性31例，女性19例，年龄29~80岁，平均（59.0±11.9）岁。经统计学分析，2组间年龄（t=0.974，P=0.333）和性别构成（χ2=0.043，P=0.836）差异均没有统计学意义。

2.图像采集时间和主观评价比较

SS组和CBM组图像采集时间分别为710（102）s和444（21）s，2组间差异有统计学意义（Z=-8.733，P<0.001），CBM组采集时间短于SS组。SS组中，图像质量被评为优18例、良20例、中12例、差0例；CBM组中，优32例、良12例、中6例，没有差评分。2组图像质量主观评价差异有统计学意义（χ2=7.920，P=0.019），CBM组中图像质量优级高于SS组。

3.客观评价结果比较

3.1 PET代谢图像噪声

SS组和CBM组受检者各种组织18F‑FDG PET代谢图像噪声比较结果（表1）显示，CBM组脑代谢图像噪声低于SS组（P<0.05），而肩部肌肉、肝、脾及胸椎噪声在2组间的差异均无统计学意义（均P>0.05），CBM组腿部肌肉代谢图像噪声则高于SS组（P<0.05）。

表1 不同进床模式下采集各种组织18F⁃FDG代谢图像噪声比较

3.2 不同组织代谢值和代谢值/噪声比

SS组和CBM组受检者18F‑FDG PET图像中各组织代谢值（SUVmean）比较结果（表2）显示，2组脑、肝及脾组织SUVmean的组间差异均无统计学意义（均P>0.05）。

表2 不同进床模式下采集各种组织18F⁃FDG PET/CT成像代谢值比较

SS组和CBM组18F‑FDG PET图像中各组织代谢值/噪声比（SUVmean/SD）比较结果（表3）显示，CBM组脑组织SUVmean/SD（45.23±22.83）高于SS组（32.71±22.22，P=0.007），CBM组肝及脾组织SUVmean/SD与SS组间差异均无统计学意义。

表3 不同进床模式下采集各种组织18F⁃FDG PET/CT成像代谢值/噪声比比较

图2和图3分别为不同进床模式下侧脑室和肝门部水平层面的PET/CT融合图像，可见CBM模式在特定组织器官（脑组织）显像中，其图像噪声较SS模式降低，代谢值/噪声比值较SS模式升高；但在肝脏组织显像中，2种进床模式的图像噪声、代谢值/噪声比均无差异。

图2 不同进床模式下侧脑室水平层面PET/CT融合图像

图3 不同进床模式下肝门部水平层面PET/CT融合图像

讨 论

18F‑FDG PET/CT显像在临床诊疗活动中发挥着越来越重要的作用，其图像质量也一直是临床关注的重点，获得良好质量的PET图像是其发挥重要作用的先决条件。临床上影响PET图像质量的因素很多，既有如PET探测器种类、具体尺寸等在内的硬件方面的因素，也有采集方式、图像重建算法及校正算法等在内的软件方面的因素。

PET显像采集进床模式有2种，即传统的步进采集（SS）与连续性采集（CBM）。SS采集是以床位采集，采集时床位不动，因3D数据采集时相邻床位需要一定的空间重叠以弥补计数率的轴向不均匀性，因此理想情况为重叠半个轴向视野，但这样会显著增加采集时间，临床上多数厂家机器采用10%~30%重叠，这会导致轴向均匀性退化，容易在床位连接处出现连接伪影。CBM采集即床在整个检查范围内不间断连续移动，数据采集同步连续进行，总扫描时间由床移动速度与检查范围决定。CBM采集技术不需要床位重叠，节省采集时间，轴向均匀性也得到保证，改善了轴向图像质量；因其允许灵活精确设置轴向检查范围，无须考虑整倍数床位设置，避免了非整倍数床位需要延长扫描范围的情况。

在本研究中，我们对CBM组受试者，根据其病史选择需要重点针对的部位并延长其扫描时间（进床速度为1.5 mm/s），同时缩短其他正常部位的扫描时间（进床速度为2.0 mm/s），与采用传统采集模式的SS组相比，图像采集时间显著缩短［444（21）s比710（102）s，P<0.001］，明显提高了检查效率。

临床影像诊断工作实践中，要求提高检查效率不能以牺牲图像质量来换取。因此，本研究进一步评价了2组不同采集方法重建的PET图像的质量。PET图像质量的评价方法很多，包括基于视觉感官的图像质量评价、基于算法模型的图像质量评价和基于PET性能指标的图像质量评价，后者包括一些定量性能指标，如空间分辨率、图像质量、衰减校正和散射校正精度及噪声等效计数率等。在本研究中，我们采用了视觉感官的主观评价方法和PET显像的一些定量评价指标来评价SS和CBM不同进床模式下采集的PET图像的质量［6］。

首先，我们对2组图像质量由有经验的核医学科医师通过分析图像均匀度、对比度、噪声及是否存在图像伪影等对图像进行视觉感官的主观评价，对其进行优、良、中、差等4个等级评价，发现2组图像质量在视觉感官上存在差异（χ2=7.920，P=0.019），CBM组中图像质量优等级占64%（32/50），高于SS组（36%，18/50）。

在定量指标评价图像质量的研究中，我们分别评价了2组图像中不同部位图像噪声、不同组织的SUVmean及不同组织SUVmean/噪声比值。在噪声的比较中，脑组织噪声CBM组小于SS组（0.48±0.20比0.63±0.21，P=0.001），腿部肌肉噪声CBM组大于SS组［0.10（0.05）比0.08（0.07），P=0.007］；其余各部位的噪声在各组中均没有差异。在不同组织的SUVmean比较中，发现CBM及SS组中，脑、肝、脾SUVmean均没有差异，这与之前的研究［7］结果是相一致的。而在不同组别的各组织SUVmean/噪声比值比较中，除脑组织SUVmean/噪声比值CBM组高于SS组（45.23±22.83比32.71±22.22，P=0.007）外，其余2种组织（肝脏和脾脏）在CBM组和SS组中差异均无统计学意义（P>0.05）。Yamashita等［8］采用美国电气制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）图像质量模型对CBM模式与SS模式进行测试的研究结果显示，这2种模式中各病灶球的对比度恢复系数值无显著性差异，但CBM模式的背景变异度系数明显高于SS模式，Rausch等［9］的研究也得到相似的结果。我们的研究结果也表明，CBM模式在显著缩短图像采集时间的同时，并没有影响到图像质量，甚至在某些组织器官（脑组织）显像中还降低了图像噪声，提高了代谢值/噪声比值。在本研究中，将图像背景SD值作为噪声的一个指标，而在之前的一些研究中，将噪声等效计数率（noise equivalent count rate，NECR）作为描述PET图像噪声的一个指标，并由此可计算与NECR相关的另一个指标——噪声等效计数密度，上述这些均可作为PET图像的基本质量指标［10-11］。在黄克敏等［7］的研究中，还比较了CBM模式和SS模式下所需实际采集长度，并根据实际采集长度计算的CT辐射剂量，发现CBM采集模式可降低实际采集长度进而有效减少CT辐射剂量。

此外，本研究采用1︰1随机分组的方法比较了SS和CBM这2种进床模式下采集图像的质量和对不同组织器官的SUV值的影响，由于缺乏自身对照，没有对病灶的检出效能和不同进床模式采集对病变SUV值的影响进行评价。在黄克敏等［7］的研究中，通过对患者连续进行SS模式和CBM模式的PET/CT数据采集，比较发现2种进床模式下采集的图像均能检出所有高代谢病灶。因此，有关SS和CBM这2种进床模式下所采集图像对病灶的检出以及对病灶代谢相关参数，如SUV、肿瘤代谢容积（MTV）、糖酵解总量（TLG）等的影响还需要在后续研究中进一步加以评价。

总之，本研究结果表明，通过设定个体化的连续进床速率（主要根据临床病史，将重点观察部位适当延长采集时间，适当减少非重点部分采集时间），CBM采集模式可以实现在不影响图像质量的前提下明显缩短图像采集时间，提高临床检查效率，但其对高代谢病变的检出和对病灶相关代谢参数的影响还有待临床进一步研究。