鄭玉民 金超嶺 崔慧娟 戴皓潔 顏玨 許百靈 韓萍萍

1中日友好醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，北京 100029；2中日友好醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合腫瘤內(nèi)科，北京 100029；3北京電力醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 100073；4美國(guó)密蘇里大學(xué)哥倫比亞分校核科學(xué)與工程學(xué)院 65211

18F-FDG PET/CT已在臨床應(yīng)用很多年，隨著技術(shù)的進(jìn)步，其在腫瘤診斷與鑒別診斷、分期與再分期以及療效評(píng)估與預(yù)測(cè)預(yù)后方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[1-2]。18F-FDG PET/CT的半定量指標(biāo)[如SUV、腫瘤代謝體積（metabolic tumor volume MTV）等]被用于監(jiān)測(cè)化療效果，對(duì)于改善淋巴瘤、乳腺癌、非小細(xì)胞肺癌、結(jié)直腸癌和食管癌的預(yù)后具有重要價(jià)值[3]，但由于檢查費(fèi)用昂貴，限制了其被廣泛應(yīng)用。18F-FDG符合線路SPECT/CT的檢查費(fèi)用約為PET/CT的1/3，且包含在醫(yī)療保險(xiǎn)報(bào)銷范圍之內(nèi)，可以大大減輕腫瘤患者的經(jīng)濟(jì)壓力[4-6]。在發(fā)展中國(guó)家，尤其是在中國(guó)，18F-FDG SPECT/CT是PET/CT重要的替代檢查方法[7-8]。但是傳統(tǒng)的符合線路SPECT/CT圖像質(zhì)量差，并且不能進(jìn)行半定量分析，因此限制了其在腫瘤分期及評(píng)價(jià)治療效果等方面的應(yīng)用[9]。在本研究中，我們通過(guò)對(duì)符合線路SPECT/CT圖像進(jìn)行物理校正，在改善圖像質(zhì)量的同時(shí)，使符合線路圖像也能進(jìn)行半定量分析。通過(guò)在模型與胸部實(shí)體腫瘤患者中的應(yīng)用，比較傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT、校正后半定量符合線路SPECT/CT（以下簡(jiǎn)稱半定量符合線路）與PET/CT的圖像，并以PET/CT為標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估半定量符合線路的半定量參數(shù)（如SUVmax、MTV等）的準(zhǔn)確性。

1 資料與方法

1.1 模型的研究

用17個(gè)直徑為40 mm、放射性活度為1.85×105Bq（±5%）的點(diǎn)源排列成十字交叉形，用于測(cè)量重建圖像的分辨率。采用符合美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）標(biāo)準(zhǔn)的模型測(cè)試物理校正對(duì)圖像重建的影響。模型模仿人體上半身的形狀，其內(nèi)含有6個(gè)大小不同的中空玻璃球體模擬病灶，直徑分別為37、33、22、17、13和10 mm；模型球體之外的部分模擬組織本底。在球體與本底中均注入含有18F-FDG的純水，其注入的放射性比例約為10：1[10-11]，每個(gè)球體中注入的放射性活度約為168.6 Bq/L（±5%），本底中注入的放射性活度為15.1 Bq/L（±1%）。

1.2 患者資料與掃描方法

本研究為前瞻性研究，選取自2016年1月至2017年8月間，北京中日友好醫(yī)院的胸部實(shí)體腫瘤患者15例（男性13例、女性2例），年齡（62.5±8.8）歲，包括肺癌12例、胸腺瘤1例、胸膜間皮瘤1例以及食管癌1例。患者均先行胸部18F-FDG符合線路SPECT/CT掃描，隨后立即進(jìn)行胸部PET/CT掃描。患者檢查當(dāng)天至少禁食6 h以上，血糖水平控制在8.3 mmol/L以下，靜脈注射18F-FDG（3.7 MBq/Kg體重）40 min后行胸部18F-FDG符合線路SPECT/CT掃描，視野范圍40 cm，采集40 min。采集完成后立即進(jìn)行相同體位胸部PET/CT掃描，掃描3個(gè)床位，每個(gè)床位2.5 min。

所有患者均于檢查前簽署了知情同意書，該研究得到單位倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，批準(zhǔn)文號(hào)：2018-17-K12。

1.3 18F-FDG符合線路SPECT/CT圖像的采集

18F-FDG符合線路SPECT/CT圖像采集使用美國(guó)GE醫(yī)療公司的Hawkeye Infinia顯像儀。首先采集低劑量定位CT，掃描參數(shù)：管電壓140 kV，管電流2.5 mA。然后采集符合線路圖像，掃描參數(shù)：矩陣 128×128,層厚 4.0 mm，能量窗460～562 keV，共采集30 min。將符合線路SPECT圖像和CT衰減校正圖像由儀器自帶的有序子集期望最大化軟件進(jìn)行重建（2個(gè)子集，20次迭代），即獲得傳統(tǒng)符合線路SPECT圖像。將采集數(shù)據(jù)交由北京百靈云生物醫(yī)學(xué)科技有限公司，采用獨(dú)立的第三方軟件AllSUVQ對(duì)圖像進(jìn)行重建，經(jīng)過(guò)有序子集期望最大化迭代（8個(gè)子集，5次迭代）、衰減校正、散射校正、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)校正等處理過(guò)程，去除影像中物理衰減、散射、噪聲等干擾，獲得半定量符合線路SPECT/CT圖像[12-16]。

1.4 18F-FDG PET/CT圖像的采集

18F-FDG PET/CT顯像使用美國(guó)GE公司的Discovery PET/CT Elite（690）掃描儀。先進(jìn)行低劑量CT掃描，掃描參數(shù)：管電壓140 kV，管電流80 mA，重建層厚3.75 mm。PET掃描參數(shù)：床位寬度15.7 cm，2.5 min/床位，矩陣192×192，重建層厚3.25 mm。由顯像儀自帶有序子集期望最大化軟件進(jìn)行重建（24個(gè)子集，2次迭代）。

1.5 圖像分析

用十字形點(diǎn)源的平面和軸向半高寬來(lái)比較各重建圖像的分辨率[17]。在NEMA模型研究中，以公式[（最大球體放射性濃度-本底放射性濃度）/本底放射性濃度]的比值來(lái)計(jì)算圖像的對(duì)比度。將不同大小球體的半定量符合線路和PET所測(cè)量的18F-FDG放射性濃度與真實(shí)值進(jìn)行比較，繪制準(zhǔn)確性曲線。另外，本底區(qū)的平均放射性濃度也用來(lái)評(píng)估測(cè)量的準(zhǔn)確性。

在患者研究中，由3位主治以上級(jí)別醫(yī)師分別對(duì)3種顯像方式進(jìn)行讀片，確定病灶的位置及數(shù)量。將重建后的半定量符合線路與PET圖像導(dǎo)入邁迪克斯（MedEx）報(bào)告系統(tǒng)，分別測(cè)量?jī)煞N圖像中腫瘤病灶的SUVmax、平均標(biāo)準(zhǔn)化攝取值（mean standard uptake value，SUVmean）、瘦體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化攝取值（lean body mass standardized uptake value，SULpeak）、MTV等半定量參數(shù)，并做相關(guān)性分析。SUVmean默認(rèn)閾值為40%，即等于ROI內(nèi)SUVmax的40%。MTV默認(rèn)值為2.5，即以SUV=2.5勾畫病灶邊界。然后修改閾值，將SUVmean的閾值設(shè)定為30%～50%之間的不同值，MTV勾畫閾值設(shè)定為2.8～4.0，分別研究設(shè)定不同的閾值時(shí)，半定量符合線路各參數(shù)的準(zhǔn)確性，以找出最佳的閾值。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析數(shù)據(jù)，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以表示。對(duì)于模型研究，采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析3種顯像方式的圖像分辨率與對(duì)比度的差異；對(duì)于患者研究，采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析半定量符合線路與PET/CT的半定量參數(shù)。以PET/CT為標(biāo)準(zhǔn)，使用線性回歸分析半定量符合線路的半定量參數(shù)與PET/CT的相關(guān)性。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 模型研究的結(jié)果

由圖1可見(jiàn)，點(diǎn)源的3種重建圖像的分辨率由低到高依次為傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT、半定量符合線路、PET/CT；由圖2可見(jiàn)，NEMA模型的3種重建圖像能觀測(cè)到的最小球體直徑分別為：傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT 28 mm、半定量符合線路22 mm、PET/CT 17 mm，圖像分辨率依次提高。

經(jīng)過(guò)物理校正，NEMA模型的傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT、半定量符合線路、PET/CT圖像的平面半高寬分別為（13.1±1.2）、（9.5±0.8）、（7.4±0.4）mm，三者之間兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-8.38、-12.93、-12.03，均P＜0.0001）；軸向半高寬分別為（13.5±1.1）、（9.8±0.7）、（7.6±0.5）mm，三者之間兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-8.63、-14.41、-12.59，均P＜0.0001）；圖像對(duì)比度分別為1.79、6.32、6.69，三者之間兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-8.25、-13.23、-12.01，均P＜0.0001），這些數(shù)據(jù)說(shuō)明圖像的分辨率依次提高。

在直徑≥28 mm的球體中，半定量符合線路測(cè)量18F-FDG放射性濃度的準(zhǔn)確率＞97.1%，隨著球體體積縮小，部分容積效應(yīng)增大，其測(cè)量準(zhǔn)確率也逐漸降低；而PET/CT在直徑≥17 mm的球體中，其測(cè)量準(zhǔn)確率＞98.5%（圖3）。在NEMA模型的本底區(qū)，由于不受部分容積效應(yīng)的影響，半定量符合線路和PET/CT測(cè)量放射性濃度的準(zhǔn)確率均高于99%。

圖1 傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT（A）、半定量符合線路（B）及PET/CT（C）顯像的十字形點(diǎn)源顯像圖 圖中，SPECT/CT：?jiǎn)喂庾影l(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)；半定量符合線路：校正后半定量符合線路SPECT/CT；PET/CT：正電子發(fā)射斷層顯像計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)。Fig.1 Images of point sources aligned in a cross shape on traditional Co-SPECT/CT,semi-quantitative Co-SPECT/CT and PET/CT images

2.2 患者研究的結(jié)果

15例患者的PET/CT圖像中共發(fā)現(xiàn)包括主病灶及轉(zhuǎn)移病灶在內(nèi)的61個(gè)病灶，半定量符合線路發(fā)現(xiàn)的病灶數(shù)與PET/CT一致，而傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT共發(fā)現(xiàn)病灶57個(gè)，未能發(fā)現(xiàn)4例患者中的4個(gè)轉(zhuǎn)移病灶，典型病例的圖像見(jiàn)圖4。主病灶與病理結(jié)果一致，無(wú)誤診病例。

圖5顯示了1例肺腺癌患者的傳統(tǒng)符合線路SPECT、半定量符合線路和PET圖像。從視覺(jué)效果可以看出，半定量符合線路的圖像分辨率和對(duì)比度均高于傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT圖像，更接近PET/CT的圖像質(zhì)量。

圖2 CT（A）、傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT（B）、半定量符合線路（C）及PET/CT（D）顯像的NEMA模型顯像圖 圖中，CT：體層攝影術(shù),發(fā)射型計(jì)算機(jī)；SPECT/CT：?jiǎn)喂庾影l(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)；半定量符合線路：校正后半定量符合線路SPECT/CT；PET/CT：正電子發(fā)射斷層顯像計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)；NEMA：美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)；。Fig.2 Images of NEMA phantom on CT,traditional Co-SPECT/CT,semi-quantitative Co-SPECT/CT and PET/CT images

圖3 NEMA模型的半定量符合線路與PET/CT測(cè)定球形直徑的準(zhǔn)確率曲線 圖中，NEMA：美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)；半定量符合線路：校正后半定量符合線路SPECT/CT；PET/CT：正電子發(fā)射斷層顯像計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)。Fig.3 Accuracy curves of quantitative Co-SPECT/CT and PET/CT as functions of sphere diameters

配對(duì)樣本t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，在15例患者的61個(gè)病灶中，半定量符合線路的各參數(shù)與PET各參數(shù)之間存在顯著差異，SUVmax、SUVmean、SULpeak以 及 MTV 之間的平均差異（半定量符合線路-PET）分別為-1.822、-1.250、1.808 g/mL和 34.97 mL（t=3.16、3.90、3.92和3.98，均P＜0.01）。但是，線性回歸顯示兩者之間的各參數(shù)存在著很好的相關(guān)性（圖6）：SUVmax的相關(guān)系數(shù)r=0.8218（95%可信區(qū)間：0.7186～0.8895），y=1.0804x-2.7765；SUVmean的相關(guān)系數(shù)r=0.8390（95%可 信區(qū) 間 ：0.7444～0.9005），y=1.0601x-1.679；SULpeak的相關(guān)性系數(shù)r=0.8171（95%可信區(qū)間：0.7116～0.8865），y=0.9736x-1.5318。半定量符合線路和PET的MTV測(cè)量值也存在著很好的相關(guān)性，r=0.8791（95% 可 信 區(qū) 間 ：0.8056～0.9260），y=1.2021x+20.037。觀察SUVmean與MTV設(shè)定不同閾值時(shí)與PET的相關(guān)性，研究證明閾值在30%～50%的范圍內(nèi)變化時(shí)，SUVmean均與PET有很好的相關(guān)性（r=0.8315～0.8413）；當(dāng) MTV 的勾畫閾值在SUV2.8～4.0之間變化時(shí)，均與PET有較好的相關(guān)性，但是當(dāng)閾值取3.0時(shí)，相關(guān)性最好（r=0.8801）（表1）。

圖4 食管癌患者（男性，65歲）的傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT（A）、半定量符合線路（B）和PET/CT（C）顯像圖 圖中，A中未見(jiàn)高代謝淋巴結(jié)，但在B、C的心臟附近有1枚高代謝淋巴結(jié)。SPECT/CT：?jiǎn)喂庾影l(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)；半定量符合線路：校正后半定量符合線路SPECT/CT；PET/CT：正電子發(fā)射斷層顯像計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)。Fig.4 The comparison of traditional Co-SPECT/CT (A),semi-quantitative Co-SPECT/CT (B) and PET/CT (C) images for a male patient with esophagus cancer

圖5 肺腺癌患者（男性，62歲）的傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT（A）、半定量符合線路（B）和PET/CT（C）顯像圖 圖中，B的分辨率和對(duì)比度均高于A，接近C的圖像質(zhì)量。SPECT/CT：?jiǎn)喂庾影l(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)；半定量符合線路：校正后半定量符合線路SPECT/CT；PET/CT：正電子發(fā)射斷層顯像計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)。Fig.5 The comparison of traditional Co-SPECT/CT (A),semi-quantitative Co-SPECT/CT (B) and PET/CT (C) images for a male patient with pulmonary adenocarcinoma

圖6 半定量符合線路與PET/CT的半定量參數(shù)間的相關(guān)性分析 圖中，線性回歸顯示兩者之間的各參數(shù)存在著很好的相關(guān)性。PET：正電子發(fā)射斷層顯像術(shù)；SUVmax：最大標(biāo)準(zhǔn)化攝取值；SUVmean：平均標(biāo)準(zhǔn)化攝取值；SULpeak：瘦體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化攝取值；MTV：腫瘤代謝體積。Fig.6 Linear regression for SUVmax,SUVmean,SULpeak and MTV obtained from semi-quantitative Co-SPECT/CT and compared to those of PET/CT

表1 半定量SPECT設(shè)定不同閾值的SUVmean和MTV與PET相關(guān)性分析Table 1 Linear regression for SUVmean and MTV obtained from semi-quantitative Co-SPECT with different thresholds to those of PET

3 討論

在本研究中，我們對(duì)符合線路SPECT圖像進(jìn)行了物理校正，得到半定量符合線路圖像，不僅提高了圖像質(zhì)量，獲得了更高的圖像分辨率和對(duì)比度，而且能進(jìn)行半定量分析。在NEMA模型研究中，經(jīng)過(guò)校正的半定量符合線路圖像可以顯示更小的球體（直徑 22 mm），而傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT僅能顯示直徑≥28 mm的球體。半定量符合線路圖像對(duì)比度也高于傳統(tǒng)符合線路圖像，球體與本底的對(duì)比更為明顯，顯示更為清晰。半定量符合線路的另一優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行半定量分析，得到SUV、MTV等半定量參數(shù)。在患者研究中，我們以PET/CT作為標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證半定量符合線路各參數(shù)的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果證實(shí)，雖然半定量符合線路的參數(shù)SUVmax、SUVmean、SULpeak和MTV與PET各相關(guān)參數(shù)間存在差異，但是兩者具有很好的相關(guān)性（r=0.8171～0.8791）。改變SUVmean的設(shè)定閾值，調(diào)整在SUVmax的30%～50%之間時(shí)，并不能影響其與PET/CT的相關(guān)性 (r=0.8315～0.8413)。對(duì)MTV的勾畫閾值進(jìn)行調(diào)整，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)SUV=3.0為勾畫閾值時(shí)，相關(guān)性最好(r=0.8801)，但采用其他閾值（2.8～4.0），也不會(huì)影響其相關(guān)性(r=0.8103～0.8779)。由此可以認(rèn)為，即使更改閾值，半定量符合線路對(duì)SUVmean與MTV的測(cè)量仍然可以保持較好的穩(wěn)定性。

在臨床工作中，傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT檢查通常使用系統(tǒng)自帶軟件對(duì)圖像進(jìn)行重建，受到低圖像分辨率和對(duì)比度的限制，很可能漏診小的腫瘤病灶，從而造成誤診。在本研究中，傳統(tǒng)符合線路圖像沒(méi)有遺漏主病灶，但是遺漏了4處轉(zhuǎn)移灶。圖4顯示了食管癌患者在心臟附近的一個(gè)高代謝縱隔淋巴結(jié)，在傳統(tǒng)符合線路圖像中，該病灶并未顯示，而在校正后的半定量符合線路圖像和PET圖像中，該病灶的顯示都很清楚。由此可見(jiàn)，對(duì)傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT進(jìn)行校正，可以有效改善圖像質(zhì)量，提高診斷腫瘤的靈敏度，避免漏診、誤診，使其可以發(fā)揮與PET/CT顯像相當(dāng)?shù)淖饔谩?/p>

眾所周知，受到硬件設(shè)備的限制，傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT的圖像質(zhì)量較差，在計(jì)數(shù)率及空間分辨率方面均無(wú)法與PET/CT相比[18-22]。本研究結(jié)果表明這種硬件上的差異可以通過(guò)軟件的物理校正來(lái)彌補(bǔ)。以PET/CT作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)校正后半定量符合線路的研究非常少[23]。鑒于傳統(tǒng)符合線路SPECT/CT在我國(guó)很多地區(qū)仍然作為重要的腫瘤顯像檢查，我們的研究結(jié)果證明通過(guò)軟件進(jìn)行校正，在改善圖像質(zhì)量的同時(shí)可以使其能夠進(jìn)行半定量分析、提供半定量參數(shù)，發(fā)揮與PET/CT相類似的作用。

本研究中，為了避免患者2次注射18F-FDG，我們采用了1次注射、先后顯影的方案，即注射顯像劑后，先采集符合線路圖像，隨后立即進(jìn)行PET/CT顯像。由于符合線路采集時(shí)間通常是40 min，加上患者上、下檢查床時(shí)間，就造成了PET/CT圖像采集時(shí)間要晚于正常PET/CT采集至少50 min。采集時(shí)間延后必然會(huì)影響PET/CT各半定量指標(biāo)，從而影響到與半定量符合線路各指標(biāo)的相關(guān)性。但即便如此，我們的研究結(jié)果顯示半定量符合線路SPECT/CT與PET/CT各半定量指標(biāo)之間仍然又很好的相關(guān)性，這說(shuō)明其具有重要的臨床價(jià)值。