正则化重建算法对恶性肿瘤病灶18F-FDG PET_CT半定量参数的影响及其影响因素分析.pdf

随着18F-FDG PET/CT 成像技术在临床的广泛使用，精确半定量分析病灶对临床诊疗极其重要1。而病灶的大小、体积和对比度恢复主要受重建算法的影响2。与传统的OSEM重建算法不同，贝叶斯正则化似然（Bayesian penalized likelihood，BPL）重建算法作为新兴的重建技术不牺牲优质的图像质量3-4。然而，BPL 对肿瘤病灶的18F-FDG 摄取的改变可能受病灶大小以及18F-FDG 摄取程度的影响5-6。因此，本研究的目的是分析 BPL 重建技术对18F-FDG PET/CT 扫描的恶性肿瘤病灶18F-FDG标准摄取参数和体积代谢参数的影响，及其与病灶大小和病灶摄取程度的关系。1 资料与方法1.1 一般资料收集 2019 年 5 月10 月于浙江大学医学院附属邵逸夫医院核医学科，因可疑或确诊恶性肿瘤而行全身18F-FDGPET/CT 检查的患者 53 例，共 86 个病灶。53 例 患 者 中 男 30 例，女 23 例；年 龄 23 87 岁，平 均（61.4012.71）岁；体 重 41 85.8 kg，平 均（59.159.61）kg；病灶长径 0.32 9.15 cm，平均（2.281.65）cm。恶性肿瘤来源为头颈部、胸部、消化道、骨骼及淋巴系统及其他部位，分别为14、9、13、4、9、11例。纳入标准：PET/CT 扫描18F-FDG 高代谢病灶，同时经影像学检查或临床随访证实为原发性恶性肿瘤或转移病灶，获得所有患者 PET/CT 扫描和匿名发表数据的知情同意。排除标准：非 PET/CT 扫描18F-FDG 高代谢病灶，经影像学检查或临床随访证实为非原发性恶性肿瘤或转移病灶。1.2 方法扫描仪器为 Discovery MI PET/CT（GE Healthcare，Milwaukee，USA）。18F-FDG 由上海原子科兴药业有限公司提供，放化纯大于 95%。检查前患者至少空腹 6 h，血糖 200 mg/dL，安静状态下注射18F-FDG，注射剂量3.70 MBq/kg，安静休息约 60 min 后进行图像采集。将 PET数据按照四种重建技术进行重建，包括：OSEM 组，OSEM 采用 2 interation/24subsets、6.4 mm Gaussian filter。TOF 组，采用 OSEM（3 interation/24 subsets，6.4 mm Gaussian filter）+TOF。TOF+PSF组，即+PSF。BPL组，即+BPL（值=400），为正则化因子。其中、和为非 BPL 组，为 BPL 组。重建后的 PET/CT 图像由3 位核医学主治及以上医师使用 AW4.7 工作站进行处理。1.3 统计学方法采用 SPSS 22.0 统计软件分析数据，所有数据均为非正态分布，以中位数（四分位间距）M（P25，P75）表示。不同重建组间半定量参数比较采用 Kruskal Wallis H 检验；半定量参数变化率与病灶大小、病灶摄取程度的相关分析采用 Spearman 相关分析。以 P 0.05 为差异有统计学意义。2 结果2.1 不同重建方法对半定量参数的影响表 2 中 显 示 肿 瘤 病 灶 的18F-FDG 标 准 摄 取 参 数（SUVmax、SUVmean 及 SBR）由 OSEM、TOF、TOF+PSF 至 BPL 组逐渐提高（P 0.001），而体积代谢参数 MTV 则逐渐降低（P 0.01），以 BPL 组降低最明显。OSEM 组（vs.BPL）%SUVmax、%SUVmean、%SBR 和%MTV 明显高于 TOF 组（vs.BPL）和TOF+PSF 组（vs.BPL）（P 0.05），见表 1、表 2。2.2 半定量参数的变化率（%）与病灶大小、病灶摄取程度的关系OSEM、TOF 和 TOF+PSF 组 的%SUVmax、%SUVmean 和%SBR 与病灶大小、病灶摄取程度SUVmax 和 SUVmean 呈显著负相关（P 0.05），而%MTV 和%TLG 均与病灶大小、病灶摄取程度呈显著正相关（P 0.05），见表 3 表 5。正则化重建算法对恶性肿瘤病灶18F-FDG PET/CT半定量参数的影响及其影响因素分析高美佳，刘 瑶，周 洁，杜 凡，楼 岑（通信作者），黄中柯，胡吉波（浙江大学医学院附属邵逸夫医院核医学科 浙江 杭州 310016）【摘要】目的：分析正则化重建算法对恶性肿瘤病灶半定量参数的改变及受肿瘤病灶特征的影响因素分析。方法：选取 2019 年 5 月10 月于浙江大学医学院附属邵逸夫医院核医学科行全身18F-FDG PET/CT 扫描的患者 53 例，将 PET 图像按照 OSEM、TOF、TOF+PSF、BPL 四种方式进行重建，分别测量肿瘤病灶相关参数，比较组间半定量参数的差异、分析其变化率与病灶大小和摄取程度的相关性。结果：BPL 重建后摄取代谢参数 SUVmax 和 SUVmean、SBR 显著高于非 BPL，体积代谢参数 MTV 显著低于非 BPL（P 0.01）。OSEM 组（vs.BPL）%SUVmax、%SUVmean、%SBR 和%MTV 显著高于 TOF 组（vs.BPL）和 TOF+PSF 组（vs.BPL）（P 0.01）。OSEM、TOF 和TOF+PSF 组的%SUVmax、%SUVmean 和%SBR 与病灶大小及病灶摄取程度均呈显著负相关（P 0.05）；%MTV 和%TLG均与病灶大小与病灶摄取程度呈显著正相关（P 0.01）。结论：BPL 重建算法明显提高恶性肿瘤病灶的 SUVmax、SUVmean 和 SBR，显著降低肿瘤病灶的 MTV，而其变化程度受病灶大小和病灶摄取程度的影响，以小病灶和稍低代谢的病灶变化更明显。【关键词】肿瘤；PET/CT；BPL；SUV【中图分类号】R445 【文献标识码】A 【文章编号】2096-3807（2023）13-0084-03 85影像技术影像研究与医学应用 2023年7月 第7卷第13期 表 1 不同重建方法恶性肿瘤病灶18F-FDG 半定量参数的比较 M（P25，P75）半定量参数重建方法（n=86）POSEMTOFTOF+PSFBPLSUVmax8.07（5.37，11.39）8.38（6.08，12.08）9.01（6.85，12.67）11.75（9.97，16.82）0.001SUVmean4.75（3.04，7.18）5.01（3.51，7.53）5.39（3.97，7.73）7.42（5.83，10.56）0.001MTV5.15（3.03，12.48）4.86（2.57，12.54）4.31（2.21，11.05）3.08（1.13，9.66）0.010TLG23.86（11.17，70.64）25.97（11.35，74.00）23.62（10.06，73.92）22.59（7.02，79.95）0.050SBR4.36（2.79，6.43）4.65（3.23，6.76）5.20（3.74，7.31）6.68（5.19，8.94）0.001表 2 OSEM、TOF 和 TOF+PSF 组（vs.BPL）半定量参数变化率%的比较 M（P25，P75）重建方法半定量参数的变化率%SUVmax%SUVmean%SBR%MTV%TLGOSEM42.2（26.1，85.1）46.7（27.0，90.4）42.8（27.1，85.7）-37.6（58.8，-14.0）-2.6（-23.1，9.2）TOF40.0（20.9，68.1）38.5（21.3，71.5）33.6（19.2，64.6）-33.2（55.6，17.5）-6.8（-22.9，3.8）TOF+PSF26.7（15.4，49.0）27.9（15.2，54.9）21.4（12.5，46.1）-21.7（-42.8，-8.3）-3.3（-15.0，7.5）P 0.001 0.001 0.001 0.050 0.050表 3 OSEM、TOF 和 TOF+PSF 组半定量参数变化率%与病灶大小的相关性（P 值/r 值）重建方法半定量参数的变化率%SUVmax%SUVmean%SBR%MTV%TLGOSEM 0.001/-0.786 0.001/-0.867 0.001/-0.708 0.001/0.716 0.001/0.454TOF 0.001/-0.714 0.001/-0.817 0.001/-0.581 0.001/0.699 0.001/0.399TOF+PSF 0.001/-0.709 0.001/-0.822 0.001/-0.570 0.001/0.6480.001/0.343表 4 OSEM、TOF 和 TOF+PSF 组半定量参数变化率%与病灶 SUVmean 的相关性（P 值/r 值）重建方法半定量参数的变化率%SUVmax%SUVmean%SBR%MTV%TLGOSEM 0.001/-0.572 0.001/-0.627 0.001/-0.524 0.001/0.730 0.001/0.668TOF 0.001/-0.368 0.001/-0.4250.0139/-0.274 0.001/0.661 0.001/0.663TOF+PSF 0.001/-0.387 0.001/-0.4200.0138/-0.265 0.001/0.628 0.001/0.658表 5 OSEM、TOF 和 TOF+PSF 组代谢参数变化率与病灶摄取程度 SUVmax 的相关性（P 值/r 值）重建方法半定量参数的变化率%SUVmax%SUVmean%SBR%MTV%TLGOSEM 0.001/-0.563 0.001/-0.610 0.001/-0.516 0.001/0.702 0.001/0.635TOF 0.001/-0.367 0.001/-0.4250.0139/-0.272 0.001/0.643 0.001/0.623TOF+PSF 0.001/-0.372 0.001/-0.4050.0138/-0.253 0.001/0.604 0.001/0.6403 讨论18F-FDG PET/CT 在临床中常应用于恶性肿瘤病灶的半定量分析，而信号采集和技术因素（例如所使用的图像重建方法）对半定量参数的准确性的影响最大。目前临床上主要采用 OSEM 迭代算法，在此基础上采用 TOF 和PSF 重建技术与 OSEM 联合应用，一定程度上提高了肿瘤病灶18F-FDG 半定量参数的准确性7-8。而 BPL 在保证图像质量的同时提供更加准确的18F-FDG 半定量参数。与OSEM+TOF 和 OSEM+PSF 比较，BPL 重建后得到了更高的放射性恢复系数，即提高了半定量参数的准确性9-10。本研究结果显示 BPL 重建技术在 TOF 和 PSF 技术的基础上显著提高肿瘤病灶的18F-FDG 的标准摄取参数SUVmax、SUVmean 和 SBR，而降低肿瘤病灶的 MTV。对比了 PSF 和 BPL 重建后肿瘤病灶的18F-FDG 代谢参数SUVmax 和 SUVmean，与研究报道一致12，但代谢体积变化不明显，其原因可能是研究对象是肺小结节，而本研究中的病灶大小范围较宽，BPL 对不同大小的病灶收敛程度不同。当已知病灶低 SUV，18F-FDG PET/CT 往往不能准确评估其真实代谢活性；或者非恶性亲18F-FDG的结核与恶性肿瘤病灶均具有交叉的病灶显示和 SUV升高的可能性时，提示18F-FDG 对该类结节病灶无特异性，因此采用 BPL 的价值主要在于为临床提供更好的病灶可见性和更准确的半定量参数。本研究提示已知肿瘤病灶为恶性的情况下，BPL 重建技术对于小病灶、轻度86 影像技术影像研究与医学应用 2023年7月 第7卷第13期 本次研究发现，DWI 不能检出直径 2 mm 的病灶，可检出部分 2.1 3.0 mm 直径的病灶，SWI 对直径 1 mm 的病灶均有较高检出率。颅内灶性微出血后随出血时间，红细胞演变形成的脱氧血红蛋白、高铁血红蛋白和含铁血黄素等，可造成磁场的不均匀，SWI 可检测不同时期顺习性血液分解产物，信噪比更高，在脱氧血红蛋白阶段就可检测出病灶，可以检出全部的微出血灶9。DWI 具有成像速度快、运动伪影少的优点，缺点是由于微出血灶直径小，在 2 5 mm 之间，DWI 序列具有较大的层厚（5 mm）和大的层间距，层数少，由于容积效应必然导致 DWI 序列对微出血灶的检出数量减少。综上所述，颅内灶性微出血灶多分布于皮层/皮层下、基底节区和丘脑部位，DWI（b=0）和 SWI 对颅内灶性微出血均有较高的诊断效能，但 DWI（b=0）在直径 2 mm 的病灶检出率上相对较差。【参考文献】1 史佩佩，骆嵩，钱伟东.磁敏感加权成像在急性缺血性脑卒中的研究进展 J.中华全科医学，2020，18(1):105-108.2 高科，何文辉，罗禹，等.脑微出血与急性缺血性脑卒中远期预后的相关性 J.实用放射学杂志，2021，37(5):699-703.3 曹晓轩，宗素英，白秀艳，等.磁共振弥散加权成像对急性脑梗死的诊断作用及优于 MRI 常规检查特征 J.中国 CT 和 MRI 杂志，2020，18(7):22-25.4 马永青，尹喜，王成伟.磁敏感加权血管成像对脑微出血的诊断及对急性脑梗死预后的评估 J.中国医学影像学杂志，2019，27(8):584-588.5 许予明，谭颂，刘鸣，等.脑血管疾病诊断与治疗临床指南 J.内科急危重症杂志，2005，11(5):243-245.6 赵沅杰，李云.DWI(b=0)对脑内微出血灶的临床诊断价值 J.临床医学研究与实践，2020，5(33):126-128.7 钱仁怡，吕玲春，沈珈谊，等.中老年人群血小板分布宽度与脑微出血的相关性研究 J.中华老年医学杂志，2021，40(7):877-880.8 常慧贤，李彩霞，管立威.磁共振敏感加权成像对颅内微出血性疾病的鉴别诊断价值分析 J.中国 CT 和 MRI 杂志，2020，18(12):18-21.9 王会，王玉才.急性脑梗死合并脑微出血的临床特点分析 J.中华老年心脑血管病杂志，2018，20(6):646-648.（上接第 83 页）18F-FDG 摄取病灶的收敛作用更明显，显著提高小肿瘤病灶的代谢参数及提高检出率，为恶性肿瘤的准确分期、疗效评估及治疗决策提供精确半定量的前提。本研究也证实 BPL 减小肿瘤病灶的 MTV，一方面原因是 BPL 有效收敛作用，另一方面可能是病灶分割方法5。有模型研究证实 BPL 重建技术能显著抑制热球的边缘伪影，达到有效收敛的效果，同时也提出 BPL对噪声的抑制作用也受到 SBR 和病灶大小的影响，10 mm 病灶在 SBR 的情况下边缘抑制最明显，显示最清晰11。而本研究进一步明确了%MTV 与病灶大小、病灶摄取程度呈显著正相关的结果，提示 BPL 是抑制小病灶边缘伪影，改善稍低18F-FDG 代谢病灶对比度的可行性方法。【参考文献】1 党娜，张谷青，高建英，等.18F-FDG PET/CT 显像在不明原因腹膜增厚中的诊断价值 J.中国医学影像学杂志，2022，30(6):579-583.2 张廷杰，陈炜，卢洪辉，等.BSREM 重建算法优化18F-FDG PET 采集时间的可行性 J.中国辐射卫生，2022，31(2):224-228.3 AHN S,ROSS S G,ASMA E,et al.Quantitative comparison of OSEM and penalized likelihood image reconstruction using relative difference penalties for clinical PET J.Phys Med Biol,2015,60(15):5733-5751.4 WANG Y T,LIN L J,QUAN W,et al.Effect of Bayesian penalty likelihood algorithm on 18F-FDG PET/CT image of lymphoma J.Nucl Med Commun,2022,43(3):284-291.5 MATTI A,LIMA G M,PETTINATO C,et al.How do the more recent reconstruction algorithms affect the interpretation criteria of PET/CT images?J.Nucl Med Mol Imaging,2019,53(3):216-222.6 TEOH E J,MCGOWAN D R,BRADLEY K M,et al.Novel penalised likelihood reconstruction of PET in the assessment of histologically verified small pulmonary nodules J.Eur Radiol,2016,26(2):576-584.7 HUANG K M,FENG Y L,LIANG W T,et al.Impact of time of flight and point spread function on quantitative parameters of lung lesions in 18F-FDG PET/CT J/OL.BMC Med Imaging,2021,21(1):169.https:/doi.org/10.1186/s12880-021-00699-w.8 MOSLEH-SHIRAZI M A,NASIRI-FESHANI Z,GHAFARIAN P,et al.Tumor volume-adapted SUVN as an alternative to SUVpeak for quantification of small lesions in PET/CT imaging:a proof-of-concept study J.Jpn J Radiol,2021,39(8):811-823.9 GILLETT D,MARSDEN D,CRAWFORD R,et al.Development of a bespoke phantom to optimize molecular PET imaging of pituitary tumors J/OL.EJNMMI Phys,2023,10(1):34.https:/doi.org/10.1186/s40658-023-00552-9.10 SCOTT N P,MCGOWAN D R.Optimising quantitative 90Y PET imaging:an investigation into the effects of scan length and Bayesian penalised likelihood reconstruction J/OL.EJNMMI Res,2019,9(1):40.https:/doi.org/10.1186/s13550-019-0512-y.11 YAMAGUCHI S,WAGATSUMA K,MIWA,et al.Bayesian penalized-likelihood reconstruction algorithm suppresses edge artifacts in PET reconstruction based on point-spread-function J.Phys Med,2018,47:73-79.