PET/CT显像常见伪影及质量控制

陈蕾蕾,陈自谦,许尚文,肖慧,钟群,付丽媛,钱根年

联勤保障部队第九〇〇医院(原南京军区福州总医院) 医学影像中心,福建 福州 350025

[摘 要] 目的 分析PET/CT检查常见伪影,探讨相应的质控措施,以减少误诊,提高诊断率。方法 选取2015年1月至2018年1月期间有伪影影响的97例全身PET/CT图像,统计分析PET/CT显像的常见伪影,并探讨相应的质控措施。结果 97例有伪影的图像中设备伪影1例,运动伪影24例,金属异物伪影16例,截断伪影12例,示踪剂因素伪影11例,生理性摄取及18F-FDG的非特异性伪影33例。结论 掌握PET/CT显像的常见伪影,及时采取有效的质控措施,减少或避免干扰因素,是获得高质量PET/CT图像的重要保证。

[关键词] 18F-脱氧葡萄糖;PET/CT;图像伪影;PET/CT质量控制

引言

18F-FDG PET/CT显像技术是一种采用葡萄糖类似物18F-FDG为示踪剂的正电子发射计算机断层显像技术,能够提供准确的解剖图像和功能代谢显像,是目前肿瘤影像诊断的最佳检查方法之一。本文对97例有伪影影响的全身PET/CT图像进行回顾性统计分析,确定PET/CT检查常见伪影,探讨有效的质控措施。

1 材料与方法

1.1 一般资料

从2015年1月至2018年1月期间于我院受检者中,选取97例有伪影影响的全身PET/CT图像进行回顾性分析,其中男性59例,女性38例,年龄范围在33~67岁。

1.2 检查方法

(1)仪器与示踪剂。仪器使用美国GE公司Discovery LS16 PET/CT扫描仪。示踪剂为18F-FDG,由GE公司PETtrace回旋加速器和Tracerlab FX-FDG全自动化学合成系统自动合成,放射化学纯度95%。

(2)患者准备。患者需禁食4~6 h,空腹血糖低于6.0 mmol/L,糖尿病患者血糖要求控制在11.0 mmol/L以下。嘱患者饮造影剂水200~300 mL,充盈肠道,按0.12 mci/kg的剂量静脉注入18F-FDG,注射后平卧休息45~60 min,扫描前排空膀胱,嘱患者饮造影剂水500 mL充盈胃腔。

(3)显像方法。先行螺旋CT扫描,范围从颅顶至股骨上段,再进行PET扫描,每个床位采集4 min,共采集6~7个床位,采集结束后进行图像重建和图像融合,分别得到全身冠状、矢状、横断面的CT、PET及PET/CT融合图像。

(4)图像判读。采用双盲法对图像进行分析判读,确定有无伪影、伪影的影响程度、常见及不常见的生理摄取,并对伪影产生的原因进行分类。

2 结果

本组97例有伪影影响的图像中大致可分为:① 因设备故障产生设备伪影1例;② 生理性运动、体位移动造成的运动伪影24例(图1~2);③ 体内金属异物、高浓度造影剂导致的高密度异物伪影16例(图3),经CT衰减校正的PET(AC)图像和PET、CT融合图像上放置起搏器的位置可见高代谢灶,而未经CT衰减校正的PET(NO AC)图像上相同位置的高代谢灶消失了,说明PET(AC)和Fusion图像上的高代谢灶是由高密度异物产生的伪影;④ 体形因素、体位受限造成的截断伪影12例;⑤ 示踪剂外漏、剂量不足造成的示踪剂因素伪影11例(图4),第一次显像注射点外漏,示踪剂经组织间隙或淋巴管回流,造成同侧正常腋窝淋巴结显影,呈高代谢,第二次显像示踪剂未见外漏,同部位腋窝淋巴结未见显影;⑥ 正常生理性摄取及18F-FDG的非特异性造成的伪影33例(图5),胃腔同部位高代谢浓聚影消失,说明胃腔里的高代谢浓聚影为生理性摄取产生的伪影。

图1 呼吸运动伪影图像融合不准确

图2 患者头部移动产生的伪影

图3 体内心脏起搏器导致的伪影

注:a. CT图像;b. 经CT衰减校正的PET图像;c. CT融合图像;d. 未经CT衰减校正的图像

图4 示踪剂外漏伪影

注:示踪剂经组织间隙或淋巴回流,造成正常腋窝淋巴结显影。

图5 生理性摄取伪影

注:a. 胃腔高代谢浓聚影;b. 口服造影剂充盈胃腔的延迟扫描显像。

受检者因素伪影主要为运动伪影,金属异物伪影;操作者因素伪影主要为示踪剂外漏伪影;而生理性摄取伪影主要以胃肠道的摄取较多见。

3 讨论

3.1 设备伪影对图像的影响

PET/CT是将PET和CT结合在一起的影像设备,其设备本身的硬件、软件故障及晶体探测器所处环境的温度、湿度都可能会产生伪影从而影响图像质量。因此,扫描间的温度需控制在20℃~22℃、湿度在40%~60%,定期对机器进行维护与保养,将故障的发生率降低,保证系统的稳定性。并按一定时间间隔每天、每周、每季度分别对CT部分和PET部分进行检测校正,以提高融合精度,确保图像质量。CT的性能检测主要是稳定性测试、CT剂量指数测试和低对比度测试。PET的检测可在确定晶体探头和探测组件均正常后,使用68Ge均匀性模体对PET进行质量控制,均匀性测试,探测器灵敏度校正(归一化),空间分辨率测试,PET/CT图像融合测试[1]

3.2 CT衰减校正的伪影

PET使用正电子示踪剂,核素衰变过程中正电子从原子核内放出后很快与自由电子碰撞湮灭,转化成一对方向相反、能量为511 keV的γ光子[2]γ光子从人体到达探测器的过程中会发生衰减,衰减的不均匀会引起图像的失真,是影响PET图像质量的一个重要因素,因此需要进行衰减校正。PET的衰减校正采用68Ge棒源,68Ge棒源同样发射湮没辐射光子且采用相同的符合计数模式,所获得的透射校正值准确,不会产生误差。而用CT的透射扫描信息做衰减校正时,由于X射线与γ光子射线能量间存在差异,两者有不同的组织衰减分布,X射线不能直接用于衰减校正,必须把低能级光子的衰减系数转换为高能级光子的衰减系数,转化过程中就会产生误差,这种CT的衰减校正误差常表现为过度校正,即校正后PET图像上表现为组织的放射性浓聚[3]

(1)高密度异物伪影。受检者衣服上的金属异物(金属纽扣及装饰品、假牙、牙齿充填物、心脏起搏器、手术吻合器等),这些异物的密度较高,对光子有较高的吸收率,单纯的PET采用68Ge棒源进行衰减校正,这些高密度物质不会造成伪影,对图像没有影响。PET/CT采用CT进行衰减校正,在PET-CT融合图像上就会形成FDG高摄取的伪影,同时在CT图像上也会形成条状伪影[4]。本组病例中的高密度异物伪影,其中14例为心脏起搏器、手术吻合器等体内金属异物引起。因此,要避免高密度伪影对图像的影响,PET/CT检查前应嘱受检者更换检查服,尽量移除金属异物,并可结合观察非衰减校正的PET图像加以识别。

(2)对比剂产生的伪影。为了更好地显示胃肠道的解剖结构信息,在PET/CT检查时常使用含碘的口服造影剂,这种对比剂一般浓度不高,虽然其密度较高,CT衰减校正会有一定的误差,但不会对PET/CT图像有明显的不良影响。Groves等[5]研究了200例口服泛影葡胺患者的PET/CT结果,发现口服对比剂的伪影不具有临床意义,其中38例患者口服对比剂提供了肠道鉴别信息而有助于诊断。但口服对比剂时必须注意其浓度,据报道,口服泛影葡胺浓度为2%,CT值在105~230 HU之间,其对PET/CT显像图像质量和SUV无明显影响;若CT值于730~2300 HU之间的高密度钡剂,其SUV被明显高估,且可出现不同程度的FDG高摄取[6]。故近期有行胃肠钡餐的患者应将体内钡剂排净后再行检查。结合日常工作经验,一般推荐的对比剂浓度为2%,体积为800~1000 mL,注射示踪剂前口服1/3,用于显示肠道,2/3于检查前口服,用于充盈胃腔。

3.3 运动伪影

(1)呼吸运动伪影。受检者的运动包括不自主的呼吸、胃肠道运动和自主运动。呼吸、胃肠道的生理性运动是不可避免的,躯体和脏器的运动会在扫描时产生伪影从而影响诊断,特别是不自主的呼吸运动,可能造成CT和PET呼吸相位不匹配,出现融合偏差,并导致肺部病灶的衰减校正值出现差错,特别对肺部小病灶的影响更为明显。据报道[7],由于呼吸运动,肺底部病灶的最大位移可以达到3 cm,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。呼吸运动对肝脏病灶的影响更为明显,可使肝脏病灶错误地出现在肺底部,类似于肺结节。据报道,肺内病灶通过CT瞬间采集的大小(VCT)可相当于V,而PET采集的大小(VPET)相当于V,根据放射性总量相等建立公式:SUV校正=(SUV测量×VPET)/VCT,可以非常简便地对被低估的SUV进行校正,从而减少测量值与真实值的误差,为临床诊断提供更准确的信息[8]。特别是对于靠近膈顶的小病灶,对其大小和呼吸运动同时进行校正尤为必要,很可能会显著影响对病变性质的判断。故为减少呼吸运动伪影对图像的影响,在扫描时应嘱受检者尽量保持不动,并嘱患者在CT扫描时呼气,PET扫描时自由呼吸,以降低膈肌运动对图像质量的影响[9-14]

(2)胃肠道运动伪影。由于胃肠道本身的蠕动和呼吸运动的影响,软组织或液体和胃肠道腔内气体可发生位置的错配,影响CT的衰减校正图,影响腹部及盆腔PET/CT图像的分析[2]。Nakamoto等[15]68Ge衰减校正图像为参考标准,把胃肠道运动导致的CT校正的误差分为两种:过度校正和校正不足。CT校正过度可使PET的SUV值偏高,出现类似异常的肠道放射性浓聚灶;而某些邻近肠道的腹膜转移灶和肠系膜淋巴结转移灶,由于肠道的运动可能出现校正不足的伪影,导致CT衰减校正图像的假阴性。故怀疑胃肠道病变者可于检查前注射654-2减少胃肠蠕动,并充盈胃肠道加做延迟扫描,并参考非衰减校正的PET图像进行诊断。

(3)自主运动伪影。自主运动分为两种,一指扫描前的活动,会造成运动部位肌肉紧张,从而对18F-FDG摄取增高;二指受检者在检查过程中位置的移动,会造成CT和PET位不匹配,产生图像融合偏差。本组病例中,2例由于患者肌肉紧张引起对18F-FDG摄取增高,3例由于患者体位不适,体位移动,产生图像融合偏差。因此,为避免或减少运动伪影对图像的影响,需在注药前嘱受检者减少活动,尽量保持放松体位和休息状态,避免不必要的运动和交谈。在扫描时应嘱受检者尽量保持不动,若特殊病人难以耐受较长时间体位不变的,必要时可适当镇静、止痛和固定,以防止检查中位置的移动。

3.4 截断伪影

由于受检者严重肥胖或因病痛等原因无法将手臂上举,需放在身体两侧,从而超出了CT的扫描野,导致PET图像上相应部位无衰减校正值,因此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[11];另外,CT图像产生的条状伪影,可使PET图像边缘产生高代谢区域,导致对PET图像的错误判断。本组病例中,12例为截断伪影,大多由患者不能配合导致,需在扫描和观察图像时加以注意。

3.5 示踪剂因素造成的伪影

(1)示踪剂外漏对图像的影响。部分受检者经过放、化疗后,血管壁比较脆弱,注射时容易破裂,或注射后对注射点按压不当,导致示踪剂外漏,使注射点周围大量放射性聚集,而病灶却显影浅淡或不显影。据报道,FDG发生皮下渗漏可被淋巴系统吸收,最终被腋下或纵隔淋巴结摄取导致诊断困难,尤其是乳腺癌或肺癌患者,要求进行一个短期内的随访检查,以排除病灶可能[12]。因此,要避免示踪剂外漏对图像的影响,应选择健侧血管进行注射,建立通畅的静脉通道,防止示踪剂外漏。患者注射完示踪剂后,若尿液污染衣物,PET/CT扫描时容易将衣物上的示踪剂误认为体内的示踪剂聚集,应嘱患者及时更换检查服。

(2)示踪剂剂量、采集时间对图像的影响。为获得高质量的PET图像,需保证受检者体内有足够的放射性计数并配合适当的采集时间,两者相辅相成。据相关理论,注射示踪剂18F-FDG药量的多少与PET图像质量有很大的关系[13]。这是因为受时间的影响,PET扫描仪的计数率随γ光子入射率的变化呈上升段、饱和段和瘫痪段。当剂量递增到一定程度时,使探测器计数处于相对饱和状态,如剂量继续递增时,探测器计数则处于瘫痪状态,造成图像的计数密度严重下降,放射性分布也非常不均匀。当剂量过低,单位时间内收集的信息量太少,尽管其SUV都比较好,但图像的噪声非常高,分辨率也非常差。只有探测器计数处在上升段,所用剂量越高,图像的分辨率和均匀性越好,但此时还应考虑到人体所接受的有效剂量当量。因此,根据本科室的机器性能,按0.12 mci/kg的剂量静脉注入18F-FDG,平卧休息45~60 min后进行PET扫描,每个床位采集4 min,共采集6~7个床位。

3.6 18F-FDG PET/CT的假阳性与假阴性

(1)高血糖导致的肌肉摄取伪影。18F-FDG(氟代脱氧葡萄糖)是葡萄糖的类似物,可以反映体内葡萄糖的利用状况,恶性肿瘤细胞的异常增殖需求葡萄糖的过度利用,导致肿瘤细胞大量聚集18F-FDG,同时其转移灶与原发灶一样具有相似的代谢特性,PET/CT正是利用了这一原理。血糖的高低对18F-FDG药物的摄取有直接影响,高血糖可表现为全身肌肉放射性摄取增加,而病灶和脑部的放射性摄取明显减低,肝脏和心脏的摄取则增加,结果影响对病灶的显示和判断。因此,要避免受检者高血糖对图像的影响,要求受检者至少禁食4~6 h,且在检查前需进行血糖监测,要求血糖保持在正常范围;糖尿病患者,在扫描前用口服降糖药或注射胰岛素来有效地控制血糖,要求血糖控制在11 mmol/L水平以下方可进行检查。

(2)生理性摄取伪影。18F-FDG是目前临床应用最为广泛的示踪剂,PET/CT图像所反映的即是18F-FDG在体内的分布状况。理论上,在肿瘤中,18F-FDG利用了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的原理[14]。使肿瘤细胞大量聚集18F-FDG,同时其转移灶与原发灶一样具有相似的代谢特性。但人体许多组织亦可摄取18F-FDG,如胃肠道摄取、子宫内膜摄取、女性乳腺组织摄取、肝脏摄取及颈肩部和双侧椎肋关节的脂肪摄取等均较为常见,这样就导致18F-FDG在特异性方面表现出一定的不足:胃肠道对18F-FDG的摄取表现多变,除恶性肿瘤表现为高摄取,约30%~40%正常人也可表现为胃底及全胃的浓聚,有时CT显示肠道壁并不清楚,此时需充盈胃肠道加做延迟扫描,造影剂可确定肠腔,显示肠壁增厚、管腔狭窄或口服造影剂后显示充盈缺损,结合PET的浓聚部位,可对肠道肿瘤作出较明确的诊断。本组病例中恶性肿瘤延迟扫描病灶浓聚程度加大,而生理性摄取延迟扫描表现为浓聚灶范围变淡、消失或位置发生明显变化。据报道[15],延迟显像肠道内放射性位置前移也可作为肠管生理性摄取FDG的证据。因此延迟显像(时间、体位均与早期显像不同)对于肠道病灶的鉴别具有重要意义。

(3)18F-FDG PET/CT的非特异性对图像的影响。脑组织对18F-FDG的摄取水平较高,这样就导致18F-FDG PET/CT显像在诊断脑肿瘤方面表现不足,不仅难以界定肿瘤侵犯的边界,部分脑转移灶亦可显示为阴性,故作为补充,可结合MRI或CT增强扫描或氮-氨13N-NH3脑部显像联合诊断。正常肝脏对18F-FDG摄取表现为不均匀性,据资料报道[16],原发性肝癌对18F-FDG的摄取与细胞的分化程度有关,分化好的肝细胞癌18F-FDG摄取较少或无摄取,表现为与正常肝组织相近,其灵敏度约70%。在颈部肿瘤中,用18F-FDG PET/CT进行甲状腺和腮腺病灶良恶性鉴别方面存在较大困难,仅有25%~65%是甲状腺癌,部分分化较好的甲状腺癌对18F-FDG摄取较低,也可出现阴性;部分腮腺良性病变如腮腺混合瘤也可以出现明显18F-FDG摄取,从而影响了18F-FDG PET/CT诊断腮腺恶性肿瘤的特异性。因此,需配合MRI或CT增强扫描以提高病灶的检出率。由于18F-FDG通过泌尿系统排泄,尿液中会有大量18F-FDG集聚的干扰,对该系统局部病灶的判断造成很大影响,口服利尿剂后加延迟扫描,可以明显提高显像效果。本组病例中膀胱肿瘤患者经口服利尿剂后加以延迟扫描,膀胱壁上的病灶显示清楚。由于大多数肾癌18F-FDG摄取较低,故疑肾脏占位性病变的患者,需配合MRI或CT增强扫描以提高病灶的检出率。

4 结语

虽然18F-FDG在诊断肿瘤特异性方面存在不足,可出现一定的假阳性及假阴性,但通过相应的质控措施,18F-FDG仍是目前使用最多的示踪剂。PET/CT的广泛应用,既丰富了临床诊断疾病的影像学资料,也提高了医学影像诊断的水平,而提高诊断质量的关键是要获得高质量的影像资料,因此,在日常的工作中应规范PET/CT扫描流程,掌握PET/CT显像的影响因素,及时采取有效的校正措施减少或避免干扰因素,以获得高质量的PET/CT图像。

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Artifacts of PET/CT Image and Quality Control

CHEN Leilei, CHEN Ziqian, XU Shangwen, XIAO Hui, ZHONG Qun, FU Liyuan, QIAN Gennian
Medical Imaging Center, 900 Hospital of the Joint Logistics Team (The Former Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Command), Fuzhou Fujian 350025, China

Abstract: Objective To analyze the common artifacts in PET/CT examination and explore the corresponding quality control measures to reduce misdiagnosis and improve the diagnostic rate. Methods Ninety-seven whole-body PET/CT images with artifacts from January 2015 to January 2018 were selected to statistically analyze the common artifacts in PET/CT imaging and explore the corresponding quality control measures. Results Among the 97 images with artifacts, there were 1 case of device artifact, 24 cases of motion artifacts, 16 cases of metal foreign body artifacts, 12 cases of truncated artifacts, 11 cases of tracer factor artifacts, 33 cases of physiological uptake and non-specific artifacts of 18F-FDG. Conclusion It is an important guarantee for obtaining high-quality PET/CT images to master common artifacts of PET/CT imaging, take effective quality control measures timely, and reduce or avoid interference factors.

Key words: 18F-FDG; PET/CT; image artifact; PET/CT quality control

收稿日期:2018-06-19

修回日期:2018-07-18

基金项目:国家重点研发计划数字诊疗装备研发重点专项子课题(2016YFC0103103)。

通讯作者:陈自谦,主任医师,博士生导师,主要从事医学影像学方面的研究。

通讯作者邮箱:chenziqianfz@sina.com

[中图分类号] R318.6;TH774

[文献标识码] A

doi:10.3969/j.issn.1674-1633.2019.02.005

[文章编号] 1674-1633(2019)02-0017-04

本文编辑 袁隽玲