基于PET/CT后处理工作站行SPECT/CT骨定量分析的可行性

余浩军， 张一秋*， 李蓓蕾， 石洪成

1. 复旦大学附属中山医院核医学科，上海 200032 2. 复旦大学核医学研究所，上海 200032 3. 上海市影像医学研究所，上海 200032

骨显像在临床上被广泛地应用于肿瘤骨转移、创伤、感染等骨骼系统疾病的诊断[1]。单光子发射计算机断层成像术(SPECT)/诊断CT既利用了SPECT图像反映骨骼的功能和代谢的特点，又能获得病变部位的诊断CT图像及精确的解剖定位，有效地提高诊断的准确性，在骨骼系统疾病的诊断方面应用更加广泛[2-6]。在SPECT/诊断CT的基础上，随着定量SPECT/CT的面世及逐步临床应用，不仅可以通过其诊断CT测定病灶的大小，观察溶骨性及成骨性骨质破坏的变化，定量分析骨质密度的改变，而且可以通过定量SPECT测定病灶的标准摄取值(standardized uptake value，SUV)，反映骨骼的功能和代谢的变化程度[7-12]。本研究将探讨SPECT/CT和PET/CT后处理工作站对SPECT/CT骨定量分析数据进行定量分析结果的一致性，对比不同工作站测量病灶的最大标准摄取值(the maximum standardized uptake value，SUVmax)、平均标准摄取值(the average standardized uptake value，SUVave)、病灶体积和平均CT值的异同，评估PET/CT后处理工作站用于定量SPECT/CT骨显像后处理分析的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾分析行全身骨显像及定量SPECT/CT显像且在SPECT/CT显像范围内目测不超过2个显像剂浓聚病灶的患者40例。男性23例，女性17例，年龄37～88岁，平均年龄(60.3±10.2)岁。共获得50个病灶：脊柱(颈椎、胸椎和腰椎)18处，胸廓(包括肋骨、锁骨、胸骨和肩胛骨)15处，骨盆(包括髋骨、骶骨和骶髂区)12处，四肢4处，颅骨1处。

1.2 检查方法与仪器 静脉注射99mTc-MDP(上海欣科医药有限公司)，(900.5±44.9)MBq，(744～932)MBq后(298.1±54.6)min，(220～402)min，采用低能高分辨率准直器，按照常规方法行全身骨显像。由核医学医师阅片后，对无法明确诊断的病灶行定量SPECT/CT显像，以病灶部位为中心，分别采集SPECT和CT图像。CT采集条件是130 kV、160 mAs，视野 500 mm，层厚3 mm，层间距2 mm。SPECT图像采集的条件是双探头平行采集，分别旋转180°，共采集60帧，每帧采集10 s，矩阵256×256。采用OSCG+enhanced算法重建，24次迭代，2个子集，采用CT进行衰减校正和散射校正。显像仪器为德国西门子公司定量SPECT/CT(Siemens Intevo 16)。

1.3 图像分析与处理 首先，将经过重建得到的图像在德国西门子公司推荐的“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”处理，采用三维(three-dimensional，3D)等高线容积感兴趣区(volume of interest，VOI)测量法，在横断面热区病灶上放置3D椭圆球体VOI，结合矢状位和冠状位图像，根据病灶在SPECT图像和CT图像上的形态和边界，手动调整VOI的大小、位置及SUV阈值，确保整个热区病灶能被完整包括。计算机自动生成根据SUV阈值进行分割的等高线VOI，获得SUVmax、SUVave、病灶体积和平均CT值。然后，将数据导入由上海联影医疗科技有限公司研发的PET后处理工作站“uWS-MI”医学影像处理软件，采用自带的3种方法进行上述指标的测量。包括(1)3D椭球体VOI测量法。(2)自适应阈值分割测量法：开启系统悬停属性，悬停类型选择VOI，选择自适应阈值分割方法，自适应比重默认选择0.5，在横断面病灶区域绘制椭球体，程序以椭球的中心为初始阈值开始迭代，迭代算法收敛，得到分割阈值；系统按照此阈值分割病灶，得到病灶的轮廓，必要时调整自适应比重，使得病灶被完全包括。(3)固定阈值分割测量法：软件默认设置的分割阈值为2.5，在横断面病灶区域绘制椭圆球体VOI，结合矢状位和冠状位图像，调整分割阈值的大小，使得病灶被完整包括在VOI内。

1.4 统计学处理 采用SPSS 22.0进行统计学分析，分别比较“uWS-MI”医学影像处理软件3D椭球体VOI测量法、自适应阈值分割测量法、固定阈值分割测量法与“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高线VOI测量法测得的SUVmax、SUVave、病灶体积和平均CT值的差异是否有统计学意义。

2 结 果

PET/CT后处理工作站“uWS-MI”医学影像处理软件3D椭球体VOI测量法与“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高线VOI测量法比较，40例患者50处病灶的2组SUVmax完全一致，但2组病灶的SUVave(t=9.841，P<0.001)、病灶体积(t=-4.314，P<0.001)和平均CT值(t=12.554，P<0.001)比较差异有统计学意义。

“uWS-MI”医学影像处理软件自适应阈值分割测量法和固定阈值分割测量法对其中1例患者的毗邻腰椎和骶骨2处退行性病变的病灶无法准确分割，只能作为一个整体获得相应参数(图1)，其他39例患者的48处病灶与“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高线VOI测量法比较，SUVmax完全一致。“uWS-MI”医学影像处理软件自适应阈值分割测量法与“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高线VOI测量法比较，48处病灶的2组SUVave(t=-0.723，P=0.473)、病灶体积(t=-1.407，P=0.166)和平均CT值(t=-0.735，P=0.466)的差异无统计学意义。固定阈值分割测量法与“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高线VOI测量法比较，48处病灶的两组SUVave(t=2.947，P=0.473)、病灶体积(t=-2.003，P=0.051)的差异无统计学意义，而平均CT值(t=-4.71，P<0.001)的差异有统计学意义。

3 讨 论

全身骨显像因具有高灵敏性而被广泛应用于骨骼疾病的诊断。当骨骼局部的血流异常或骨矿物质代谢改变时，导致显像剂摄取异常，长期以来判断骨显像显像剂摄取异常的程度差别是通过视觉观察，缺乏客观的定量指标。尤其当同一患者前后2次显像对比时，即使在前后2次显像使用显像剂的剂量、显像条件等都相同的条件下，2次显像图像的阅读还受到图像本身灰阶调节及其与本底对比差异的影响。单纯通过视觉观察辨别显像剂摄取增强或减淡，尤其对于前后2次差异不甚明显的情况下，很容易出现判断错误，缺乏对显像剂摄取程度判断客观的定量评价依据。

SUV是PET显像中最常用的半定量指标，它是指局部组织摄取的显像剂的放射性活度与全身平均放射性活度的比值[13-14]。随着定量SPECT/CT在临床上逐步应用，将SUV引入SPECT/CT显像处理中，使得反映骨骼的功能和代谢的显像剂浓聚程度有了客观的半定量分析的指标。SUV除了与受检者病灶本身、患者体质量、成像设备及采集条件、显像剂注射剂量、注射后显像时间有关外，还与软件后处理的重建算法、后处理操作人员对VOI轮廓勾画方法的差异相关[15-16]。PET/CT后处理工作站“uWS-MI”医学影像处理软件通过计算机数字图像处理技术，对符合DICOM 3.0标准的影像数据进行后处理及图像融合。本研究中，将定量SPECT/CT骨显像得到的 DICOM格式的SPECT与CT图像数据能直接导入“uWS-MI”医学影像处理软件系统，说明该系统具有良好的兼容性。“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高线VOI测量法的横断位、冠状位和矢状位图像可同时显示，而且可手动调整默认感兴趣的范围，使其尽可能地包括目标病灶，软件根据设定的SUV阈值对病灶进行分割，得到反映病灶轮廓的VOI。“uWS-MI”医学影像处理软件3D椭球体VOI测量法，是在横断面热区病灶上放置3D椭圆球体VOI，结合矢状位和冠状位图像，根据病灶在SPECT图像和CT图像上的形态和边界，手动调整VOI的大小及位置，确保整个热区病灶能被完整包括。本研究结果显示，“uWS-MI”医学影像处理软件3D椭球体VOI测量法能勾画所有目标病灶，并获得与“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高线VOI测量法相同的SUVmax，但是两者勾画的范围不一致，导致SUVave、病灶体积和平均CT值有显著差异。“uWS-MI”医学影像处理软件自适应阈值分割测量法和固定阈值分割测量法对其中1例患者的毗邻腰椎和骶骨2处病灶无法准确分割，即使通过调整自适应比重或SUV阈值的方法仍然只能作为一个整体获得相应参数，因此，对于毗邻病灶的分割提取相应参数有一定的局限性。

本研究结果显示，“uWS-MI”医学影像处理软件自适应阈值分割测量法与“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高线VOI测量法比较，48处病灶的2组SUVave、病灶体积和平均CT值的差异均无统计学意义，说明2种测量方法勾画得到的病灶范围的一致性较好。固定阈值分割测量法与“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高线VOI测量法比较，48处病灶的2组SUVave、病灶体积的差异无统计学意义，而平均CT值的差异有统计学意义，说明2种方法勾画得到的病灶范围仍存在差异。

综上所述，PET/CT后处理工作站“uWS-MI”医学影像处理软件对于定量SPECT/CT骨显像数据具有良好的兼容性，其自带的3种方法对于SUVmax的测量均能获得一致的结果。但“uWS-MI医学影像处理软件”自适应阈值分割测量法和固定阈值分割测量法对于毗邻病灶的分割提取相应参数有一定的局限性，SUVave、病灶体积和平均CT值会受不同测量方法的影响而不同，其中，“uWS-MI”医学影像处理软件自适应阈值分割测量法与“SyngoMI VB10B SPECT/CT工作站”3D等高线VOI测量法的测量结果差异无统计学意义。