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1. 南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院）a. 核医学科；b. 医疗设备处，江苏南京 210006；2. 南京市卫生信息中心，江苏南京 210003

[摘要]目的探讨每床位采集时间对氟[18F]脱氧葡萄糖（18F-FDG）PET图像质量和标准摄取值（Standard Uptake Value，SUV）的影响。方法本研究包括体模实验和23例患者（48处病灶）行18F-FDG PET检查的回顾性分析。参照美国国家电气制造商协会标准，在国际电工委员会体模中37 mm微球和腔体注射比例为4:1的18F-FDG。PET数据重建采用有序子集最大期望法+飞行时间技术+点扩散技术，图像质量评估采用变异系数（CV）值、对比度、信噪比、肝脏SUVmean、SUVsd、CVliver值和病灶SUVmax。结果体模CV值随着采集时间的增加呈下降趋势，信噪比呈上升趋势，对比度趋于稳定。每床位采集时间为5 min时临床实例PET图像质量最优，2 min时图像病灶依然清晰可见。不同采集时间对应的肝脏SUVmean、SUVsd和CVliver值得分差异均具有统计学意义（F=497.10、F=14.59、F=46.80，P均＜0.0001），不同采集时间对应的病灶SUVmax整体得分差异无统计学意义（F=0.30，P=0.88），且不同体质量和剂量组SUVmax得分差异亦无统计学意义（P均＞0.05）。结论18F-FDG PET图像质量和SUV值受采集时间影响较大，延长采集时间可有效抑制PET图像噪声。同时显示18F-FDG PET/CT全身快速扫描具有满足临床诊断需求的可行性。

[关键词]氟[18F]脱氧葡萄糖；正电子发射型计算机断层显像；采集时间；图像质量；标准摄取值

引言

18F-FDG PET是恶性肿瘤的早期诊断、临床分期和预后评价的重要手段[1-3]。精确诊断肿瘤需要高质量的PET图像，而PET图像质量主要由注射剂量、采集时间、病人体格、探测器性能等因素决定[4-5]。若患者接注射剂量较低和采集时间不足，PET图像会伴随着较高噪声，病灶容易模糊或未显现[6]。一般而言，商业配置的18F-FDG剂量较为固定，不易根据病人体重进行调整，此时延长采集时间可作为提高PET图像质量的一个重要补偿手段，但同时也增加患者的身体负担。因此根据患者体重和注射剂量调节采集时间对持续获得高质量PET图像至关重要。

国内外对18F-FDG PET/CT显像研究多集中于临床诊断价值[7-9]，而忽略不同采集协议对PET图像质量影响研究，主要由于各家单位采用PET/CT机型不同，采集和重建参数设置差异较大，无法形成统一的指导标准。本研究主要针对上海联影112环数字光导PET/CT，探讨每床位不同采集时间对18F-FDG PET图像和SUV值的影响。

1 材料与方法

1.1 模体和病人资料

体模实验采用美国国家电气制造者协会标准的国际电工委员会模体，简称体模，内含10、13、17、22、28和37 mm 5个热球，本研究仅在37 mm热球内注射18F-FDG，体模腔体内放射性活度为5.31 kBq/mL，热球与腔体放射性活度比值为4:1[10]。临床实验选取2017年5月至2018年6月于南京市第一医院核医学科行18F-FDG PET/CT显像的23例患者进行回顾性分析，其中男18例，女5例，年龄33～79岁，平均年龄（60.09±1.81）岁，患者体重为43～80 kg，均值为（64.35±9.20）kg，身高为 1.51～1.81 m，均值为（1.69±0.08）m，体质量为15.24～27.36 kg/m2，均值为（22.59±2.71）kg/m2。排除肝转移患者，所有患者均经手术或活检明确病理，包括肺癌10例、鼻咽癌2例，甲状腺癌2例，胃癌4例，胰腺癌1例，乳腺癌4例。本研究获本院伦理委员会批准，患者签署知情同意书。

1.2 图像采集与重建

患者检查前需禁食6 h以上，常规血糖维持在6.6 mmol/L，18F-FDG（南京江原安迪科正电子研究发展有限公司）注射剂量为197.65～420.62 MBq，均值为（294.71±46.72）MBq，休息45～60 min后行PET/CT全身扫描。患者每公斤体重注射的18F-FDG剂量为3.09～6.66 MBq/kg，均值为（4.64±0.83）MBq/kg。采用112环数字光导PET/CT（上海联影科技公司uM780）进行数据采集，该款PET/CT包含101920块晶体，轴向视野为30 cm，孔径为70 cm，时间符合窗为4 ns，系统灵敏度为16 cps/kBq，时间分辨率为520 ps。64排128层螺旋CT提供衰减校正：管电压为120 kV，管电流为100 mA，层厚3 mm，螺距为0.5 s。NEMA模体采集视野为1个床位，时间为10 min。临床患者每床位采集时间为5 min，所需扫描时常17～22 min（3～4床位），并重建为4、3、2和1 min，床位重叠率为30%，扫描范围为颅骨至股骨中段，PET图像重建算法采用OSEM迭代（2次迭代，子集数20）+TOF技术和PSF技术，高斯滤波函数的半高全宽为3 mm。

1.3 图像分析

体模PET图像质量采用变异系数（CV值），对比度（Contrast）和信噪比（SNR）评估[11]，如公式(1)～(3)所示，其中BG代表9个背景ROI（直径3 mm）的平均放射性计数率，SD代表9个背景ROI放射性计数率标准差的平均值，Signal代表热球ROI内最大计数率。

临床PET图像质量采用肝脏SUVmax、SUVmean、CVliver和病灶SUVmax评估[12]，前三个指标由肝脏最大层面选取3个直径3 mm的感兴趣区ROI计算所得，病灶SUVmax由工作站自动勾画获取，计算公式如(4)和(5)所示。

1.4 统计学分析

体模PET图像的CV值、对比度和信噪比与每床位采集时间采用折线图分析，临床PET图像中每床位不同采集时间的肝脏SUVmean、SUVsd、CVliver和病灶SUVmax得分比较采用单因素方差分析和多样本t检验。P＜0.05时差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 每床位不同采集时间对体模PET图像质量的影响。

图1 每床位不同采集时间对应的体模PET图像

可以看出每床位采集时间为10 min时，体模PET图像质量最佳，随着采集时间缩短，PET图像质量逐渐降低，采集时间降为1 min时，PET图像噪点显著，图像质量最差。不同采集时间与体模PET图像CV值、对比度和信噪比关系，见图2。可以看出每床位采集时间从1 min增加至10 min时，CV值和信噪比均整体呈下降趋势，从最大值11.84%降至4.02%，其中4 min所得CV值（5.62%）略高于5 min（5.64%）；对比度在1 min到4 min时呈上升趋势，5 min到10 min趋于稳定，总体处于47左右，浮动范围为46.39～47.44，最大值由4 min每床位采集时间得到；信噪比呈现上升趋势，从最小值383.25升至1136.45，但出现5 min每床位采集时间的对比度（810.40）略低于4 min所得（826.60）。

图2 每床位不同采集时间对应的CV值、对比度和信噪比

2.2 每床位不同采集时间对临床PET图像质量和SUV值影响。

不同采集时间对应的临床PET图像，见图3。容易看出每床位采集时间为3 min至5 min时，全身PET图像和肝脏层面图像质量肉眼判读无明显差别；采集时间为2 min时PET图像开始模糊；采集时间降为1 min每床位时，肝脏层面噪点明显增多，但肺部2个病灶（1.9 cm3和6.0 cm3）均清晰可见。

定量分析结果显示：① 临床PET图像的肝脏SUVmean随着采集时间增加而降低，每床位采集时间1 min钟至5 min对应的 SUVmean分别为：2.03±0.33，2.00±0.33，2.00±0.32，1.98±0.31，1.96±0.32，单因素方差分析显示，不同采集时间组SUVmean得分差异具有统计学意义（F=497.1，P＜0.0001），多样本t检验显示1 min组、2 min组和3 min组、4 min组与5 min组之间得分差异均无统计学意义（P＞0.05）；② 肝脏SUVsd随着采集时间增加而显著降低，每床位采集时间1 min至5 min的SUVsd分别为：0.33±0.08，0.23±0.05，0.19±0.04，0.17±0.04，0.15±0.05，单因素方差显示5组之间得分差异具有统计学意义（F=14.59，P＜0.0001），仅4 min组与5 min组之间得分差异无统计学意义（P＞0.05）；③ 肝脏CVliver值随着采集时间增加而降低，每床位采集时间1 min至5 min的CVliver分别为：16.16±2.94，11.53±2.26，9.36±1.77，8.52±1.77，7.96±2.48，单因素方差显示5组之间得分差异具有统计学意义（F=46.80，P＜0.0001），多样本t检验显示3 min组、4 min组和5 min组之间得分差异均无统计学意义（P＞0.05）；④ 每床位采集时间1 min至5 min的病灶SUVmax分别为：9.57±3.61，9.05±3.50，8.99±3.42，8.81±3.39，9.14±3.83，单因素方差显示5组之间得分差异无统计学意义（F=0.30，P=0.879），其中每床位采集时间1 min时最大，其5 min时次之。结果见图4。

2.3 采集时间对不同体格患者和不同剂量患者病灶SUVmax的影响

按照中国体重标准将患者分为三组：＜18.5 kg/m2（偏瘦组），18.5～23.9 kg/m2(正常组)，≥24.0 kg/ m2(超重组)，每床位不同采集时间对应不同体质量患者病灶SUVmax，见表1。3个体质量组均在每床位采集时间为1 min时获得最大病灶SUVmax，采集时间为5 min时，偏瘦组SUVmax排第三位，正常组排第四位，超重组排二位；偏瘦组不同采集时间所得病灶SUVmax差异无统计学意义（F=0.014，P=1.000），正常组和超重组同样无统计学意义（F=0.15，P=0.964；F=0.24，P=0.915）。

图3 肺癌患者（男，57岁）每床位不同采集时间对应的18F-FDG PET图像

注：红色箭头代表病灶。

图4 每床位不同采集时间对应的肝SUVmean、肝SUVsd、肝CV值和病灶SUVmax比较

注：P=NS表示差异无统计学意义。

根据每公斤体重18F-FDG注射剂量将患者分为三组：＜3.70 MBq/kg（低剂量组），3.70～5.55 MBq/kg（中等剂量组），＞5.55 MBq/kg（高剂量组），每床位不同采集时间对应不同注射剂量的患者病灶SUVmax，见表2。3个注射剂量组均在每床位采集时间为1 min时获得最大病灶SUVmax，采集时间为5 min时，低剂量组和中等剂量组SUVmax均排第二位，高剂量组排第二位；且低剂量组不同采集时间所得病灶SUVmax差异无统计学意义（F=0.05，P=0.995），中等剂量组和高剂量组病灶SUVmax差异同样无统计学意义（F=0.19，P=0.942；F=0.16，P=0.958）。

表1 不同组体质量患者每床位不同采集时间的病灶SUVmax对比

表2 不同组每公斤注射剂量患者每床位不同采集时间的病灶SUVmax对比

3 讨论

随着医学影像设备学、生物医学工程和计算机技术的发展，PET/CT探测器性能不断提升，在精准医疗方面发挥至关重要的作用[13]。高质量PET图像是精确诊断疾病的基础，而不同采集时间对PET图像质量影响较大。基于患者体重的18F-FDG PET/CT最佳采集协议研究已有报道[14]，但尚无可供参考的每床位采集时间，尤其对于国产PET/CT。本研究探索每床位不同采集时间对PET图像质量和SUV值的影响，以期在不影响诊断的前提下缩短采集时间。

从视觉上看，体模PET图像质量随着每床位采集时间缩短而降低，当每床位采集时间从10 min降为4 min时，PET图像质量肉眼难以分辨差别；当采集时间为3 min时，体模PET图像上噪点开始增多；降到1 min时，PET图像噪声显著。定量分析显示，每床位采集时间越长，体模PET图像CV值越低，图像信噪比越高，表明PET图像越佳；同时PET图像对比度先升高后平稳，表明延长采集时间，图像质量趋于稳定，这与Akamatsu等[15]研究结果一致。

当采集时间每床位为3 min时，延长采集时间，临床实例PET图像质量提升较小，视觉上看不出差别；采集时间每床位为1 min时，病灶依然清晰可见，满足临床诊断需求。定量分析可知，肝脏SUVmean随着每床位采集时间增加而降低，表明采集时间较短时，图像噪声信号强度大于肝脏信号，导致SUVmean变大，延长采集时间可抑制噪声，使得SUVmean显著降低接近真实值，这与陈香等[16]的研究结果一致。同时，肝脏SUVsd和CVliver值随着采集时间增加而显著降低，且SUVsd和CVliver值均在采集时间大于等于2 min时降幅微小，临床上常以CVliver值为10%作为参考标准[17-18]，此时每床位采集时间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%。每床位采集时间为1 min时对应的病灶SUVmax最大，表明1 min的PET图像受噪声影响最大；随着采集时间从2 min延长至5 min，SUVmax先降低后上升，总体在9.0上下浮动，主要由于病灶均匀度欠佳，易受噪声影响。以SUVmax取9.0为基准，则每床位采集时间设置为2 min或3 min均可。

将患者按照体重标准和每公斤体重注射剂量分别分组，发现每床位不同采集时间对应病灶SUVmax无显著差异，当采集时间为1 min时受噪声影响最大，对应的SUVmax最大，其次是采集时间为5 min时SUVmax最大，符合临床PET显像特性。对于正常体重组和中等剂量组，每床位时间2 min和3 min大致相等；超重组和低剂量组均需延长采集时间；偏瘦和高剂量组与正常组采集时间一致即可。

综上，每床位采集时间2 min即可获得满足临床诊断需求的PET图像（总采集时间8～10 min），3 min每床位可获得高质量的PET图像（总采集时间11～13 min），表明18F-FDG PET快速扫描具有可行性，且延长采集时间可有效抑制低剂量和超重患者的图像噪声，为建立和推广国产PET最佳采集协议提供参考依据。

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Effects of Acquisition Time Per Bed on the Quality of18F-PDG PET Images and SUV Values

XU Lei1a, MENG Qingle1a, YANG Rui1a, Qian Xinyu1a, ZHOU Leilei1b, JIANG Hongbing1b,2
1. a. Department of Nuclear Medicine; b. Department of Medical Equipment, Nanjing first Hospital, Nanjing Medical University,Nanjing Jiangsu 210006, China; 2. Nanjing health information center, Nanjing Jiangsu 210003, China

Abstract:ObjectiveTo investigate the impact of acquisition time per bed on image quality and SUV in18F-FDG PET imaging.MethodsThis study consisted of a phantom study and a retrospective analysis of 23 consecutive patients who underwent clinical18F-FDG PET/CT. The body phantom of the National Electrical Manufacturers Association and International Electro technical Commission with a 37-mm-diameter sphere was filled with an18F-FDG solution with a 4:1 radioactivity ratio compared with the background. The PET data were reconstructed with the baseline ordered subsets expectation maximization algorithm + PSF + TOF model. PET image quality was evaluated by visual assessment, the signal-to-noise ratio, the contrast, and the coefficient of variance in the phantom study and SUVmean, SUVsd, CVliverand tumor SUVmaxin clinical study.ResultsIn the phantom study, CV decreased with increasing acquisition time per bed, SNR showed a rising trend, and contrast reflected a relatively steady trend. In clinical study, the PET image quality was achieved at five minutes per bed, and the tumors remained clearly visible at two minutes per bed.In addition, the SUVmean, SUVsdand CVliverwere differed significantly among 5 acquisition time-based groups (F=497.10, F=14.59,F=46.80, P＜0.0001), whereas the tumor SUVmax for 5 all acquisition time groups had no significant statistical difference not only in the overall comparison, but also in the different body mass index and injected dose per weight (all P＞0.05).ConclusionDifferent acquisition time has an in fluence on18F-FDG PET image quality and SUV, and extended acquisition time can effectively suppress noise. Meanwhile, it is feasible to obtain consistently good quality PET image which can meet clinical diagnostic needs in shorter acquisition time.

通讯作者：蒋红兵，高级工程师，主要研究方向为生物医学工程。

基金项目：国家自然科学基金（81271604）；南京市医学科技发展资金“青年工程”人才培养专项经费资助项目（QRX11033）；南京医科大学科技发展基金面上项目(2017NJMU127)。

每床位采集时间对18F-FDG PET图像质量和SUV值的影响

引言