分析影响PET/CT图像质量的因素及解决对策
[摘要] 本文分析了影响PET/CT图像质量的因素,并通过临床实践探讨了这些因素的形成与解决方法。
[关键词] PET/CT;伪影;示踪剂
PET/CT是高端医学影像技术,伴随其在影像学上的巨大潜力,在临床上的应用越来越广泛,尤其是在肿瘤诊断的应用上。获得高质量的PET/CT图像是医生做出正确诊断的前提条件。PET/CT是两种不同成像原理的影像技术的融合,其扫描技术的复杂性远远大于单一任何影像技术。因此,在扫描过程中规范的技术处理,尽量减少或避免其它因素的影响是获得高质量图像的保证。
1.伪影对图像质量的影响
在PET/CT图像质量的影响因素中,图像伪影是较为重要的部分。其中设备质量和性能、操作和技术分析、对比剂、金属植入物、生理和躯体运动等原因均可造成PET/CT图像不同程度的伪影。
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1.1设备本身性能或质量控制失误造成图像失真
无论是PET还是CT,设备硬件、软件故障都可以造成图像正常形状的改变。严重者还可能造成图像结果无法利用,较轻微的变形可能不易识别,但可能造成图像阅读的困难。因此,扫描仪需要定期维护与保养,严格控制扫描室的温湿度,按照操作规程做好每日、每周、每个季度的校正与维护,以确保图像质量。可通过配准检测的方法,提高融合精度,以确保图像质量。
1.2部分容积效应(Partial volume effect)
由于正电子成像原理及技术的原因使点源有一定程度的扩展,因此使其分辨率有限。不同的系统及不同的采集方式、重建算法也会影响分辨率,即点源扩张的程度。点源扩张导致了部分容积效应。
部分容积效应的校正——对PET/CT显像采用以目标占位最大计数率和同机CT图像所示病灶大小为基础的方法,对PET PVE进行校正。选择Jaszczak模型,应用放射性计数恢复系数(RC)计算,RC定义为:图像上放射性浓度与真实病灶放射性浓度之比。RC的值随真实病灶的大小及所取的感兴趣区(ROI)的大小而变化,在临床中我们勾画ROI以同机CT纵隔窗图像为标准,在PET图像上获得ROI内平均SUV和最大SUV值。RC值通过模型获得,使用CRC-15R活度计,当RC=1时,SUV(校正)=SUV(最大)。采用PVE校正技术明显提高了PET/CT诊断2.5mm以下小病灶的准确性。
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1.3金属植入物和对比剂的影响
例如:牙齿充填物、起搏器、吻合器或者留置针等,由于对光子有较高的吸收率,可导致CT值的增加和条形伪影。用这样的CT图像对PET进行衰减校正后,会在该区域产生过校正,高估显像剂的活度,从而产生假阳性结果。但未经衰减校正的PET图像上没有这类错误,阅片应加以注意。静脉或口服造影剂,可以增强CT图像上的血管、组织和标示胃肠道,虽然这些对比剂可以提高CT图像质量,但是对PET图像的定性和定量测量均有影响,这与金属植入物的影响类似。由于高浓度的造影剂可屏蔽正电子产生的湮灭光子,造成过度校正问题,因此必须注意造影剂的浓度。服用量和时间直接影响胃肠充盈范围和程度。我们推荐的口服造影剂的浓度为2%～3%,体积为800～1000ml,检查前分次口服2/3,剩余部分检查前5～10min服用(显示胃)。
1.4超出PET/CT扫描视野
病人体形较大,或者扫描时双手放在身体两侧(如:恶性黑色素瘤和头颈部肿瘤的扫描中)时,超出CT扫描视野(CT的横向视野为50cm,PET的横向视野为70cm),导致PET图像上相应区域无衰减校正值,从而引起衰减校正图像的偏差,进而低估这些区域的SUV值,产生截断伪影;导致CT图像边缘产生条状伪影,因此在截断边缘生成高活性轮廓,可能会导致错误判断,在扫描和观察图像时应加以注意。
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1.5躯体和脏器运动产生的伪影
在PET/CT图像采集时,无论是病人躯体的运动,还是病人内部脏器生理性运动,都会影响PET/CT图像的融合质量。躯体运动的影响可以嘱咐病人尽量避免,但是生理性运动则在采集中不可避免,其中最重要的生理性运动是呼吸运动。一般来说,这些运动伪影主要是在心脏和隔肌周围的区域。因为PET的采集时间很长(15～20min),病人采集时自由呼吸,而CT的图像采集只是某一个呼吸时相图像,从而PET/CT图像上存在CT和PET图像上解剖位置的差异,形成伪影。
由于呼吸运动造成CT和PET的不匹配,会导致肺部病灶的衰减校正值出现差错,其对小病灶的影响比大病灶更为明显。由于呼吸运动,肺底部病灶的最大位移可以达到3cm,而且会使病灶在PET图像上的体积增大,从而降低了小病灶的SUV值。呼吸伪影对已知肝脏病灶还有更大的影响。因为呼吸运动可以使肝脏病灶错误地出现在肺底部,类似于肺结节。最为常见的呼吸伪影是隔肌上方的弧形冷区,该伪影出现时,CT图像通常是在深吸气时采集,隔肌的位移最大,使得PET图像上隔肌周围正常脏器代表的是空气而不是软组织,从而低估了CT衰减系数,进而在肺—隔交界处产生了弧形冷区。当出现这些可疑伪影影响诊断时,我们采取了单床位病灶局部显像的方法,即屏气快速PET 3D采集(20～30s),经过验证,均取得了很好的效果。
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2.显像剂对图像质量的影响
显像剂是PET/CT的显像必要条件。根据所用示踪剂的生物性质,PET/CT所获得的图像反映的是示踪剂在体内的分布状况。18F-FDG(脱氧葡萄糖)是目前临床应用最广泛的示踪剂,国内外大约90%以上的PET/CT显像,都是使用该种显像剂获得的,包括肿瘤、脑与血管方面的应用。
2.1生产和制备显像剂过程的质量控制
在生产和制备显像剂的过程中,其质量控制是保证显像剂放化纯度的关键,只有所生产的显像剂的浓度和纯度达到一定水平,才能保证高质量的PET/CT图像。
2.2 18F-FDG在体内的分布
在肿瘤中,缺氧诱导基因可以促进细胞膜上葡萄糖载体的过表达,进而使得肿瘤细胞的乏氧代谢旺盛,18F-FDG正是利用了这一原理而显像的。但是,PET/CT所探测到的功能信息,也只是代表了葡萄糖代谢的初始阶段,其在体内的正常分布也与正常葡萄糖代谢的分布有一定差异。
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全身很多组织可以摄取18F-FDG,皮肤、脂肪组织、肌肉均有一定摄取;脑摄取的程度很高。在检查时如果病人的胰岛素水平很高,会促使18F-FDG进入肌肉等组织,影响PET/CT的图像质量。一般认为病人的血糖水平超过200mg/dl时不适于PET/CT显像。因此,检查前的4～6小时的禁食至关重要,否则会导致图像显示不良。
由于18F-FDG通过肾脏排泄,肾盂、肾盏、膀胱内尿液中会有18F-FDG集聚的干扰,对该局部病灶的判断有很大影响,因此,对于怀疑有泌尿系统疾病的检查者,检查前口服或注射利尿剂,嘱其大量喝水,然后排尿后进行局部的延时扫描,这些方法的应用提高了显像效果。
总之,PET/CT目前在临床应用越来越普及和深入,丰富了临床在诊断疾病时的影像诊断依据,而获得理想的影像资料是确保诊断质量的关键,应掌握PET/CT扫描过程中导致伪影产生的因素,了解其对扫描图像的可能影响效果,及时采取有效的校正措施减少或完全避免干扰因素以便获得最佳图像质量。
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【参考文献】
[1]田嘉禾.PET-分子水平人体显像的医学影像技术[J].引进国外医药技术与设备, 1995(1): 4-8.
[2]丁勇、张书文.FDG-PET在肿瘤学中的应用[J].中国医学影像学杂志, 2000, 8(6): 469-471.
[3]陈英茂等.PET显像部分容积效应的实验研究[J].中国医学影像技术,2004,20(1):99.
[4]田嘉禾.PET、PET/CT诊断学[M].北京:化学工业出版社,2007.
[5]陈盛祖等.PET/CT技术原理及肿瘤学应用[M].北京:人民军医出版社,2007., 百拇医药(王文志 于丽娟 陈云福 胡玉民 陆佩欧)
[关键词] PET/CT;伪影;示踪剂
PET/CT是高端医学影像技术,伴随其在影像学上的巨大潜力,在临床上的应用越来越广泛,尤其是在肿瘤诊断的应用上。获得高质量的PET/CT图像是医生做出正确诊断的前提条件。PET/CT是两种不同成像原理的影像技术的融合,其扫描技术的复杂性远远大于单一任何影像技术。因此,在扫描过程中规范的技术处理,尽量减少或避免其它因素的影响是获得高质量图像的保证。
1.伪影对图像质量的影响
在PET/CT图像质量的影响因素中,图像伪影是较为重要的部分。其中设备质量和性能、操作和技术分析、对比剂、金属植入物、生理和躯体运动等原因均可造成PET/CT图像不同程度的伪影。
, http://www.100md.com
1.1设备本身性能或质量控制失误造成图像失真
无论是PET还是CT,设备硬件、软件故障都可以造成图像正常形状的改变。严重者还可能造成图像结果无法利用,较轻微的变形可能不易识别,但可能造成图像阅读的困难。因此,扫描仪需要定期维护与保养,严格控制扫描室的温湿度,按照操作规程做好每日、每周、每个季度的校正与维护,以确保图像质量。可通过配准检测的方法,提高融合精度,以确保图像质量。
1.2部分容积效应(Partial volume effect)
由于正电子成像原理及技术的原因使点源有一定程度的扩展,因此使其分辨率有限。不同的系统及不同的采集方式、重建算法也会影响分辨率,即点源扩张的程度。点源扩张导致了部分容积效应。
部分容积效应的校正——对PET/CT显像采用以目标占位最大计数率和同机CT图像所示病灶大小为基础的方法,对PET PVE进行校正。选择Jaszczak模型,应用放射性计数恢复系数(RC)计算,RC定义为:图像上放射性浓度与真实病灶放射性浓度之比。RC的值随真实病灶的大小及所取的感兴趣区(ROI)的大小而变化,在临床中我们勾画ROI以同机CT纵隔窗图像为标准,在PET图像上获得ROI内平均SUV和最大SUV值。RC值通过模型获得,使用CRC-15R活度计,当RC=1时,SUV(校正)=SUV(最大)。采用PVE校正技术明显提高了PET/CT诊断2.5mm以下小病灶的准确性。
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1.3金属植入物和对比剂的影响
例如:牙齿充填物、起搏器、吻合器或者留置针等,由于对光子有较高的吸收率,可导致CT值的增加和条形伪影。用这样的CT图像对PET进行衰减校正后,会在该区域产生过校正,高估显像剂的活度,从而产生假阳性结果。但未经衰减校正的PET图像上没有这类错误,阅片应加以注意。静脉或口服造影剂,可以增强CT图像上的血管、组织和标示胃肠道,虽然这些对比剂可以提高CT图像质量,但是对PET图像的定性和定量测量均有影响,这与金属植入物的影响类似。由于高浓度的造影剂可屏蔽正电子产生的湮灭光子,造成过度校正问题,因此必须注意造影剂的浓度。服用量和时间直接影响胃肠充盈范围和程度。我们推荐的口服造影剂的浓度为2%～3%,体积为800～1000ml,检查前分次口服2/3,剩余部分检查前5～10min服用(显示胃)。
1.4超出PET/CT扫描视野
病人体形较大,或者扫描时双手放在身体两侧(如:恶性黑色素瘤和头颈部肿瘤的扫描中)时,超出CT扫描视野(CT的横向视野为50cm,PET的横向视野为70cm),导致PET图像上相应区域无衰减校正值,从而引起衰减校正图像的偏差,进而低估这些区域的SUV值,产生截断伪影;导致CT图像边缘产生条状伪影,因此在截断边缘生成高活性轮廓,可能会导致错误判断,在扫描和观察图像时应加以注意。
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1.5躯体和脏器运动产生的伪影
在PET/CT图像采集时,无论是病人躯体的运动,还是病人内部脏器生理性运动,都会影响PET/CT图像的融合质量。躯体运动的影响可以嘱咐病人尽量避免,但是生理性运动则在采集中不可避免,其中最重要的生理性运动是呼吸运动。一般来说,这些运动伪影主要是在心脏和隔肌周围的区域。因为PET的采集时间很长(15～20min),病人采集时自由呼吸,而CT的图像采集只是某一个呼吸时相图像,从而PET/CT图像上存在CT和PET图像上解剖位置的差异,形成伪影。
由于呼吸运动造成CT和PET的不匹配,会导致肺部病灶的衰减校正值出现差错,其对小病灶的影响比大病灶更为明显。由于呼吸运动,肺底部病灶的最大位移可以达到3cm,而且会使病灶在PET图像上的体积增大,从而降低了小病灶的SUV值。呼吸伪影对已知肝脏病灶还有更大的影响。因为呼吸运动可以使肝脏病灶错误地出现在肺底部,类似于肺结节。最为常见的呼吸伪影是隔肌上方的弧形冷区,该伪影出现时,CT图像通常是在深吸气时采集,隔肌的位移最大,使得PET图像上隔肌周围正常脏器代表的是空气而不是软组织,从而低估了CT衰减系数,进而在肺—隔交界处产生了弧形冷区。当出现这些可疑伪影影响诊断时,我们采取了单床位病灶局部显像的方法,即屏气快速PET 3D采集(20～30s),经过验证,均取得了很好的效果。
, 百拇医药
2.显像剂对图像质量的影响
显像剂是PET/CT的显像必要条件。根据所用示踪剂的生物性质,PET/CT所获得的图像反映的是示踪剂在体内的分布状况。18F-FDG(脱氧葡萄糖)是目前临床应用最广泛的示踪剂,国内外大约90%以上的PET/CT显像,都是使用该种显像剂获得的,包括肿瘤、脑与血管方面的应用。
2.1生产和制备显像剂过程的质量控制
在生产和制备显像剂的过程中,其质量控制是保证显像剂放化纯度的关键,只有所生产的显像剂的浓度和纯度达到一定水平,才能保证高质量的PET/CT图像。
2.2 18F-FDG在体内的分布
在肿瘤中,缺氧诱导基因可以促进细胞膜上葡萄糖载体的过表达,进而使得肿瘤细胞的乏氧代谢旺盛,18F-FDG正是利用了这一原理而显像的。但是,PET/CT所探测到的功能信息,也只是代表了葡萄糖代谢的初始阶段,其在体内的正常分布也与正常葡萄糖代谢的分布有一定差异。
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全身很多组织可以摄取18F-FDG,皮肤、脂肪组织、肌肉均有一定摄取;脑摄取的程度很高。在检查时如果病人的胰岛素水平很高,会促使18F-FDG进入肌肉等组织,影响PET/CT的图像质量。一般认为病人的血糖水平超过200mg/dl时不适于PET/CT显像。因此,检查前的4～6小时的禁食至关重要,否则会导致图像显示不良。
由于18F-FDG通过肾脏排泄,肾盂、肾盏、膀胱内尿液中会有18F-FDG集聚的干扰,对该局部病灶的判断有很大影响,因此,对于怀疑有泌尿系统疾病的检查者,检查前口服或注射利尿剂,嘱其大量喝水,然后排尿后进行局部的延时扫描,这些方法的应用提高了显像效果。
总之,PET/CT目前在临床应用越来越普及和深入,丰富了临床在诊断疾病时的影像诊断依据,而获得理想的影像资料是确保诊断质量的关键,应掌握PET/CT扫描过程中导致伪影产生的因素,了解其对扫描图像的可能影响效果,及时采取有效的校正措施减少或完全避免干扰因素以便获得最佳图像质量。
, 百拇医药
【参考文献】
[1]田嘉禾.PET-分子水平人体显像的医学影像技术[J].引进国外医药技术与设备, 1995(1): 4-8.
[2]丁勇、张书文.FDG-PET在肿瘤学中的应用[J].中国医学影像学杂志, 2000, 8(6): 469-471.
[3]陈英茂等.PET显像部分容积效应的实验研究[J].中国医学影像技术,2004,20(1):99.
[4]田嘉禾.PET、PET/CT诊断学[M].北京:化学工业出版社,2007.
[5]陈盛祖等.PET/CT技术原理及肿瘤学应用[M].北京:人民军医出版社,2007., 百拇医药(王文志 于丽娟 陈云福 胡玉民 陆佩欧)