Q.Freeze呼吸門控PET/CT在肺結(jié)節(jié)圖像質(zhì)量中的價值

崔蘭蘭 耿建華 劉 明 肖 哲 李 占 梁 穎

呼吸運動是影響PET/CT診斷性能的重要因素之一，PET和CT不匹配導(dǎo)致衰減校正不準(zhǔn)確，腫瘤的檢測效能減低［1］。呼吸門控 （respiratory gated imaging，RG）可以創(chuàng)建一個無運動的PET圖像，近年來呼吸門控技術(shù)發(fā)展很快，門控采集時掃描時間和CT有效劑量均明顯縮短［2］，且與非門控（ungated imaging，UG）PET/CT相比，RG可以改善PET/CT的定量參數(shù)準(zhǔn)確性，提高惡性病變檢出率［3］。本研究通過對比分析Q.Freeze呼吸門控（QFRG）和UG之間定量代謝參數(shù)、信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）以及有效劑量的差異，評估呼吸門控技術(shù)在肺結(jié)節(jié)中的臨床應(yīng)用價值。

方 法

1.臨床資料

2019年11月至2020年4月因可疑肺結(jié)節(jié)在本院行PET/CT，41例同意行呼吸門控顯像：35例（60個肺結(jié)節(jié)：22個經(jīng)手術(shù)和/或穿刺證實肺癌，38個臨床診斷肺轉(zhuǎn)移瘤）UG或QFRG掃描發(fā)現(xiàn)孤立異常放射性攝取增高灶入組，4例患者因呼吸波形差未完成門控檢查和2例患者肺結(jié)節(jié)無攝取未入組。其中男20例，女15例，年齡38～86（58.35±12.19）歲，均簽署知情同意書。

2.檢查方法

圖像采集儀器為美國GE公司的Discovery MI PET/CT；呼吸運動實時監(jiān)測系統(tǒng)為美國Varian公司實時跟蹤系統(tǒng) （real-time position management，RPM）。18F-氟去氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG）放射化學(xué)純度＞95%?；颊邫z查前空腹時間≥6 h，口服含碘量為0.8 g（100 ml）的對比劑1 500 ml充盈胃腸道。檢查前使用血糖儀指尖采血測血糖，確認患者血糖水平控制在正常水平后注射顯像劑。18F-FDG注射劑量按4.44 MBq/kg計算，患者顯像前排空膀胱，掃描范圍為頭部至大腿上段。注射18FFDG靜臥休息55～60 min后進行檢查。CT掃描條件：120 kV，10～300 mA，層厚3.75 mm。PET圖像用三維模式采集，2 min/床位，用CT數(shù)據(jù)對PET數(shù)據(jù)進行非均勻衰減校正。掃描完成后進行常規(guī)圖像處理。

QFRG采集在靶病變區(qū)域使用單個床位進行門控模式采集。QFRG CT掃描條件：100 kV，15 mA，層厚2.5 mm。PET掃描時在接收到呼吸信號的觸發(fā)后進行，5 min/床位。呼吸控制系統(tǒng)則連續(xù)記錄CT曝光的時相信息，并同時記錄呼吸節(jié)律信號。PET圖像在后處理工作站自動劃分為6個時相的呼吸門控系列圖像。重建時采用其對應(yīng)時相的CT圖像作衰減校正，從而實現(xiàn)考慮了呼吸運動后的PET衰減校正。

3.圖像分析

由2位具有10年以上PET/CT經(jīng)驗的副高及副高以上職稱醫(yī)師對60個孤立異常的高攝取結(jié)節(jié)進行QFRG和UG代謝參數(shù)測量。在后處理工作站用42%的SUVmax閾值法半自動處理得到最大標(biāo)準(zhǔn)化攝取值（maximum standardized uptake value，SUVmax）、平均標(biāo)準(zhǔn)化攝取值（mean standardized uptake value，SUVmean）和腫瘤代謝體積（metabolic tumor volume，MTV）。PET SNR是測量血池中18F-FDG的攝取并作為背景估計，在左心房上方放置直徑為20 mm的三維感興趣體積（VOI），測量標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation，SD），用公式計算獲得：SNR=SUVmean/SD（SUVmean為病灶SUVmean，SD為縱隔血池SD）。

評估病變部位對ΔSUVmax、ΔSUVmean及ΔMTV變化的影響：將病灶分為上野（肺尖-隆突上緣）、中野（隆突上緣-右肺下葉支氣管分叉水平）和下野（右肺下葉支氣管分叉以下水平）3個部位，計算3個定量代謝參數(shù)變化值［ΔSUV=（SUVQFRG-SUVUG）/SUVUG×100， ΔMTV=（MTVQFRG-MTVUG）/MTVUG×100］，分析不同部位間的差異。評估病變直徑對Δ SUVmax、ΔSUVmean及ΔMTV變化的影響，在診斷性CT圖像上測量結(jié)節(jié)最大徑，按病變直徑分為3組（直徑＜10 mm組、11～20 mm和＞20 mm組），分別計算UG和QFRG的有效劑量。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 20.0軟件包進行統(tǒng)計學(xué)分析。2種方法間差異比較采用單因素方差分析（one-way ANOVA），不同病變部位及直徑組間數(shù)據(jù)資料采用配對秩和檢驗（Wilcoxon）進行差異性檢驗。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2結(jié) 果

60個QFRG和UG上顯示孤立異常放射性攝取增高肺結(jié)節(jié)，CT最大徑為（2.07±1.6）cm。QFRG的SUVmax、SUVmean均顯著高于UG，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），QFRG的MTV、SNR與UG相仿，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。詳見表1、圖1。PET/CT受檢者的有效劑量包括PET所致和CT所致。QFRG的有效劑量遠低于UG，僅占UG+QFRG總有效劑量的（7.90±2.39）%，且掃描時間也短于UG（表1）。

表1 UG與QFRG定量代謝參數(shù)、信噪比（SNR）、有效劑量及掃描時間的比較

圖1 典型病例影像學(xué)表現(xiàn)

肺上野和肺下野肺結(jié)節(jié)ΔSUVmax、ΔSUVmean分別為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各組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P值分別為0.337、0.087、0.693）；結(jié)節(jié)＜10 mm組、11～20 mm和 ＞20 mm組間ΔSUVmax、ΔSUVmean及ΔMTV差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，詳見表2。

表2 病變部位、大小與ΔSUVmax、ΔSUVmean及ΔMTV值的關(guān)系M（P25，P75）

討 論

PET／CT掃描中，由于CT掃描速度明顯快于PET，呼吸運動對二者影響不同，導(dǎo)致PET／CT圖像和CT圖像在位置及相位上存在一定程度的不匹配，定量不準(zhǔn)確［4］。目前常用的呼吸門控有2種方法：第一種方法，提取呼吸周期中呼吸振幅范圍中運動量最少的PET數(shù)據(jù)。為了保持圖像質(zhì)量，該門控技術(shù)需要更長的掃描時間和/或更高的注射活性，主要應(yīng)用于制訂放射治療計劃［3，5］。第二種方法，是一種基于相位的門控方法，結(jié)合了其他相位的非剛性平移，所有收集到的數(shù)據(jù)都用于最終的RG圖像［2］，該技術(shù)主要以診斷為目的。我們使用的RG系統(tǒng)采用第二種方法，把每個呼吸周期分成6個相等的時相（8%，25%，42%，58%，75%，92%），將PET數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的時間階段分布到每個時相中。本研究中QFRG顯像的SNR（34.45±21.00） 與UG顯像SNR（35.53±21.15）相仿，也就是說QFRG PET圖像質(zhì)量可滿足臨床的診斷要求。與武志芳［6］等的結(jié)論相仿，RG、UG圖像的SNR分別為4.0±0.4、4.0±0.6（P＞0.05）。但本研究中SNR明顯高于前者，可能與前者SUVmean和SD選取部位有關(guān)，本研究采用病灶SUVmean和主動脈血池SD，與前者不同。另外，掃描設(shè)備類型和重建方式不同，也會對SNR產(chǎn)生影響。

病灶無論是靜止的還是運動的，一段時間內(nèi)的計數(shù)是相同的。因此，引起病灶大小明顯變化的任何運動都將減弱病灶內(nèi)每個像素的活性濃度。呼吸運動使得肺部結(jié)節(jié)尤其是活動度較大、肺下野近膈頂?shù)慕Y(jié)節(jié)真實的SUV降低［7-8］。Robin等［9］采用基于振幅的呼吸門控技術(shù)對183個肺部和肝臟病變進行檢查，與UG比較，RG的SUVmax升高了18%。與本研究結(jié)果一致，SUVmax升高了9.22%，SUVmean升高了9.19%，QFRG與UG SUV值變化有統(tǒng)計學(xué)差異。本研究結(jié)果中，SUVmax升高程度不同，可能與所采有的呼吸門控方法不同有關(guān)。

關(guān)于呼吸門控對病變MTV的影響有爭議，文獻報道的差異比較大。Frood［10］系統(tǒng)性回顧分析了13篇呼吸門控文獻，8篇報道呼吸門控MTV有統(tǒng)計學(xué)差異（6.9%～44.5%，P＜0.05），3篇變大（16%～50%，P＞0.05），3篇無差異。本研究60個肺結(jié)節(jié)，QFRG無統(tǒng)計學(xué)差異。與以往文獻報道MTV的這種差異，可能與不同的RG方法、MTV測量方法、患者呼吸周期、病變的大小以及在構(gòu)建4D PET/CT時所使用的數(shù)據(jù)量有關(guān)［10-11］。

本研究結(jié)果顯示肺下野結(jié)節(jié)ΔSUVmax，Δ SUVmean及ΔMTV變化最明顯，分別為24.37%，25.77%及-19.53%，即QFRG對于肺下野結(jié)節(jié)應(yīng)用價值更高。研究顯示在正常呼吸時肺結(jié)節(jié)在Z軸方向上的運動幅度可達到3 cm，而其他部位腫瘤僅運動幾毫米或根本不運動［12］。Grootjans等［3］采用呼吸門控研究不同解剖部位對病變體積和SUV的影響程度，發(fā)現(xiàn)中、下葉肺結(jié)節(jié)SUV和MTV變化明顯，SUVmean增 加15.5%±17.7%、MTV減 少17.7%±21.0%。Robin等［9］基于振幅門控對140個肺部結(jié)節(jié)研究認為肺下葉病變SUVmax和MTV變化最大，分別為SUVmax增加30%（14%～57%），MTV減少28%（-52%～14%）。

有研究［13-14］顯示，肺結(jié)節(jié)越小，尤其是在常規(guī)PET/CT中攝取較低的結(jié)節(jié)，采用RG后其SUV增加越多，從而提高腫瘤診斷準(zhǔn)確度并有利于早期診斷。Robin等［9］也對結(jié)節(jié)大小進行了分析，當(dāng)結(jié)節(jié)直徑≤10 mm時ΔSUVmax及ΔMTV變化最大，分別為31%和-22%。而本研究不同直徑的3組肺結(jié)節(jié)間Δ SUVmax、ΔSUVmean及ΔMTV差異相仿（P＞0.05），可能與本組病例數(shù)比較少有關(guān)，后續(xù)有待進一步增加病例后再討論。

以往文獻［15］中認為呼吸門控掃描時間長約6～10 min。QFRG通過將100%的采集計數(shù)重新組合成單個3D運動校正圖像，使采集時間明顯縮短。Ryogo等［2］對比分析QF技術(shù)3、5、10 min圖像質(zhì)量與常規(guī)靜態(tài)PET圖像質(zhì)量，認為QF技術(shù)5 min PET采集圖像清晰，與常規(guī)掃描2 min圖像質(zhì)量相當(dāng)。本文在采集靶病灶區(qū)域時采用了5 min/床位。另外，本研究采用低劑量15 mA CT電影模式掃描，患者額外增加的輻射劑量為（1.23±0.25）mSv，僅占全身PET/CT掃描劑量的（7.90±2.39）%。

綜上所述，QFRG明顯改善了肺結(jié)節(jié)的SUV定量分析的準(zhǔn)確度，特別是針對兩肺下野結(jié)節(jié)，且圖像質(zhì)量清晰，有效劑量稍有增加。