每床位采集時間對18F-FDG PET圖像質量和SUV值的影響

徐磊，孟慶樂，楊瑞，錢鑫宇，周蕾蕾，蔣紅兵,

1. 南京醫科大學附屬南京醫院（南京市第一醫院）a. 核醫學科；b. 醫療設備處，江蘇 南京 210006；2. 南京市衛生信息中心，江蘇 南京 210003

引言

18F-FDG PET是惡性腫瘤的早期診斷、臨床分期和預后評價的重要手段[1-3]。精確診斷腫瘤需要高質量的PET圖像，而PET圖像質量主要由注射劑量、采集時間、病人體格、探測器性能等因素決定[4-5]。若患者接注射劑量較低和采集時間不足，PET圖像會伴隨著較高噪聲，病灶容易模糊或未顯現[6]。一般而言，商業配置的18F-FDG劑量較為固定，不易根據病人體重進行調整，此時延長采集時間可作為提高PET圖像質量的一個重要補償手段，但同時也增加患者的身體負擔。因此根據患者體重和注射劑量調節采集時間對持續獲得高質量PET圖像至關重要。

國內外對18F-FDG PET/CT顯像研究多集中于臨床診斷價值[7-9]，而忽略不同采集協議對PET圖像質量影響研究，主要由于各家單位采用PET/CT機型不同，采集和重建參數設置差異較大，無法形成統一的指導標準。本研究主要針對上海聯影112環數字光導PET/CT，探討每床位不同采集時間對18F-FDG PET圖像和SUV值的影響。

1 材料與方法

1.1 模體和病人資料

體模實驗采用美國國家電氣制造者協會標準的國際電工委員會模體，簡稱體模，內含10、13、17、22、28和37 mm 5個熱球，本研究僅在37 mm熱球內注射18F-FDG，體模腔體內放射性活度為5.31 kBq/mL，熱球與腔體放射性活度比值為4:1[10]。臨床實驗選取2017年5月至2018年6月于南京市第一醫院核醫學科行18F-FDG PET/CT顯像的23例患者進行回顧性分析，其中男18例，女5例，年齡33～79歲，平均年齡（60.09±1.81）歲，患者體重為43～80 kg，均值為（64.35±9.20）kg，身高為 1.51～1.81 m，均值為（1.69±0.08）m，體質量為15.24～27.36 kg/m2，均值為（22.59±2.71）kg/m2。排除肝轉移患者，所有患者均經手術或活檢明確病理，包括肺癌10例、鼻咽癌2例，甲狀腺癌2例，胃癌4例，胰腺癌1例，乳腺癌4例。本研究獲本院倫理委員會批準，患者簽署知情同意書。

1.2 圖像采集與重建

患者檢查前需禁食6 h以上，常規血糖維持在6.6 mmol/L，18F-FDG（南京江原安迪科正電子研究發展有限公司）注射劑量為197.65～420.62 MBq，均值為（294.71±46.72）MBq，休息45～60 min后行PET/CT全身掃描?；颊呙抗矬w重注射的18F-FDG劑量為3.09～6.66 MBq/kg，均值為（4.64±0.83）MBq/kg。采用112環數字光導PET/CT（上海聯影科技公司uM780）進行數據采集，該款PET/CT包含101920塊晶體，軸向視野為30 cm，孔徑為70 cm，時間符合窗為4 ns，系統靈敏度為16 cps/kBq，時間分辨率為520 ps。64排128層螺旋CT提供衰減校正：管電壓為120 kV，管電流為100 mA，層厚3 mm，螺距為0.5 s。NEMA模體采集視野為1個床位，時間為10 min。臨床患者每床位采集時間為5 min，所需掃描時常17～22 min（3～4床位），并重建為4、3、2和1 min，床位重疊率為30%，掃描范圍為顱骨至股骨中段，PET圖像重建算法采用OSEM迭代（2次迭代，子集數20）+TOF技術和PSF技術，高斯濾波函數的半高全寬為3 mm。

1.3 圖像分析

體模PET圖像質量采用變異系數（CV值），對比度（Contrast）和信噪比（SNR）評估[11]，如公式(1)～(3)所示，其中BG代表9個背景ROI（直徑3 mm）的平均放射性計數率，SD代表9個背景ROI放射性計數率標準差的平均值，Signal代表熱球ROI內最大計數率。

臨床PET圖像質量采用肝臟SUVmax、SUVmean、CVliver和病灶SUVmax評估[12]，前三個指標由肝臟最大層面選取3個直徑3 mm的感興趣區ROI計算所得，病灶SUVmax由工作站自動勾畫獲取，計算公式如(4)和(5)所示。

1.4 統計學分析

體模PET圖像的CV值、對比度和信噪比與每床位采集時間采用折線圖分析，臨床PET圖像中每床位不同采集時間的肝臟SUVmean、SUVsd、CVliver和病灶SUVmax得分比較采用單因素方差分析和多樣本t檢驗。P＜0.05時差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 每床位不同采集時間對體模PET圖像質量的影響。

每床位不同采集時間的體模PET圖像，見圖1。

圖1 每床位不同采集時間對應的體模PET圖像

可以看出每床位采集時間為10 min時，體模PET圖像質量最佳，隨著采集時間縮短，PET圖像質量逐漸降低，采集時間降為1 min時，PET圖像噪點顯著，圖像質量最差。不同采集時間與體模PET圖像CV值、對比度和信噪比關系，見圖2?？梢钥闯雒看参徊杉瘯r間從1 min增加至10 min時，CV值和信噪比均整體呈下降趨勢，從最大值11.84%降至4.02%，其中4 min所得CV值（5.62%）略高于5 min（5.64%）；對比度在1 min到4 min時呈上升趨勢，5 min到10 min趨于穩定，總體處于47左右，浮動范圍為46.39～47.44，最大值由4 min每床位采集時間得到；信噪比呈現上升趨勢，從最小值383.25升至1136.45，但出現5 min每床位采集時間的對比度（810.40）略低于4 min所得（826.60）。

圖2 每床位不同采集時間對應的CV值、對比度和信噪比

2.2 每床位不同采集時間對臨床PET圖像質量和SUV值影響。

不同采集時間對應的臨床PET圖像，見圖3。容易看出每床位采集時間為3 min至5 min時，全身PET圖像和肝臟層面圖像質量肉眼判讀無明顯差別；采集時間為2 min時PET圖像開始模糊；采集時間降為1 min每床位時，肝臟層面噪點明顯增多，但肺部2個病灶（1.9 cm3和6.0 cm3）均清晰可見。

定量分析結果顯示：① 臨床PET圖像的肝臟SUVmean隨著采集時間增加而降低，每床位采集時間1 min鐘至5 min對 應 的 SUVmean分 別 為：2.03±0.33，2.00±0.33，2.00±0.32，1.98±0.31，1.96±0.32，單因素方差分析顯示，不同采集時間組SUVmean得分差異具有統計學意義（F=497.1，P＜0.0001），多樣本t檢驗顯示1 min組、2 min組和3 min組、4 min組與5 min組之間得分差異均無統計學意義（P＞0.05）；② 肝臟SUVsd隨著采集時間增加而顯著降低，每床位采集時間1 min至5 min的SUVsd分別 為 ：0.33±0.08，0.23±0.05，0.19±0.04，0.17±0.04，0.15±0.05，單因素方差顯示5組之間得分差異具有統計學意義（F=14.59，P＜0.0001），僅4 min組與5 min組之間得分差異無統計學意義（P＞0.05）；③ 肝臟CVliver值隨著采集時間增加而降低，每床位采集時間1 min至5 min的CVliver分別為：16.16±2.94，11.53±2.26，9.36±1.77，8.52±1.77，7.96±2.48，單因素方差顯示5組之間得分差異具有統計學意義（F=46.80，P＜0.0001），多樣本t檢驗顯示3 min組、4 min組和5 min組之間得分差異均無統計學意義（P＞0.05）；④ 每床位采集時間1 min至5 min的病灶SUVmax分別為：9.57±3.61，9.05±3.50，8.99±3.42，8.81±3.39，9.14±3.83，單因素方差顯示5組之間得分差異無統計學意義（F=0.30，P=0.879），其中每床位采集時間1 min時最大，其5 min時次之。結果見圖4。

2.3 采集時間對不同體格患者和不同劑量患者病灶SUVmax的影響

按照中國體重標準將患者分為三組：＜18.5 kg/m2（偏瘦組），18.5～23.9 kg/m2(正常組)，≥24.0 kg/ m2(超重組)，每床位不同采集時間對應不同體質量患者病灶SUVmax，見表1。3個體質量組均在每床位采集時間為1 min時獲得最大病灶SUVmax，采集時間為5 min時，偏瘦組SUVmax排第三位，正常組排第四位，超重組排二位；偏瘦組不同采集時間所得病灶SUVmax差異無統計學意義（F=0.014，P=1.000），正常組和超重組同樣無統計學意義（F=0.15，P=0.964；F=0.24，P=0.915）。

圖3 肺癌患者（男，57歲）每床位不同采集時間對應的18F-FDG PET圖像

圖4 每床位不同采集時間對應的肝SUVmean、肝SUVsd、肝CV值和病灶SUVmax比較

根據每公斤體重18F-FDG注射劑量將患者分為三組：＜3.70 MBq/kg（低劑量組），3.70～5.55 MBq/kg（中等劑量組），＞5.55 MBq/kg（高劑量組），每床位不同采集時間對應不同注射劑量的患者病灶SUVmax，見表2。3個注射劑量組均在每床位采集時間為1 min時獲得最大病灶SUVmax，采集時間為5 min時，低劑量組和中等劑量組SUVmax均排第二位，高劑量組排第二位；且低劑量組不同采集時間所得病灶SUVmax差異無統計學意義（F=0.05，P=0.995），中等劑量組和高劑量組病灶SUVmax差異同樣無統計學意義（F=0.19，P=0.942；F=0.16，P=0.958）。

表1 不同組體質量患者每床位不同采集時間的病灶SUVmax對比

表2 不同組每公斤注射劑量患者每床位不同采集時間的病灶SUVmax對比

3 討論

隨著醫學影像設備學、生物醫學工程和計算機技術的發展，PET/CT探測器性能不斷提升，在精準醫療方面發揮至關重要的作用[13]。高質量PET圖像是精確診斷疾病的基礎，而不同采集時間對PET圖像質量影響較大?；诨颊唧w重的18F-FDG PET/CT最佳采集協議研究已有報道[14]，但尚無可供參考的每床位采集時間，尤其對于國產PET/CT。本研究探索每床位不同采集時間對PET圖像質量和SUV值的影響，以期在不影響診斷的前提下縮短采集時間。

從視覺上看，體模PET圖像質量隨著每床位采集時間縮短而降低，當每床位采集時間從10 min降為4 min時，PET圖像質量肉眼難以分辨差別；當采集時間為3 min時，體模PET圖像上噪點開始增多；降到1 min時，PET圖像噪聲顯著。定量分析顯示，每床位采集時間越長，體模PET圖像CV值越低，圖像信噪比越高，表明PET圖像越佳；同時PET圖像對比度先升高后平穩，表明延長采集時間，圖像質量趨于穩定，這與Akamatsu等[15]研究結果一致。

當采集時間每床位為3 min時，延長采集時間，臨床實例PET圖像質量提升較小，視覺上看不出差別；采集時間每床位為1 min時，病灶依然清晰可見，滿足臨床診斷需求。定量分析可知，肝臟SUVmean隨著每床位采集時間增加而降低，表明采集時間較短時，圖像噪聲信號強度大于肝臟信號，導致SUVmean變大，延長采集時間可抑制噪聲，使得SUVmean顯著降低接近真實值，這與陳香等[16]的研究結果一致。同時，肝臟SUVsd和CVliver值隨著采集時間增加而顯著降低，且SUVsd和CVliver值均在采集時間大于等于2 min時降幅微小，臨床上常以CVliver值為10%作為參考標準[17-18]，此時每床位采集時間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%。每床位采集時間為1 min時對應的病灶SUVmax最大，表明1 min的PET圖像受噪聲影響最大；隨著采集時間從2 min延長至5 min，SUVmax先降低后上升，總體在9.0上下浮動，主要由于病灶均勻度欠佳，易受噪聲影響。以SUVmax取9.0為基準，則每床位采集時間設置為2 min或3 min均可。

將患者按照體重標準和每公斤體重注射劑量分別分組，發現每床位不同采集時間對應病灶SUVmax無顯著差異，當采集時間為1 min時受噪聲影響最大，對應的SUVmax最大，其次是采集時間為5 min時SUVmax最大，符合臨床PET顯像特性。對于正常體重組和中等劑量組，每床位時間2 min和3 min大致相等；超重組和低劑量組均需延長采集時間；偏瘦和高劑量組與正常組采集時間一致即可。

綜上，每床位采集時間2 min即可獲得滿足臨床診斷需求的PET圖像（總采集時間8～10 min），3 min每床位可獲得高質量的PET圖像（總采集時間11～13 min），表明18F-FDG PET快速掃描具有可行性，且延長采集時間可有效抑制低劑量和超重患者的圖像噪聲，為建立和推廣國產PET最佳采集協議提供參考依據。