陳澤龍，趙春雷，王志敏，錢根年，楊忠東，陳自謙

南京軍區(qū)福州總醫(yī)院　醫(yī)學(xué)影像科，福建　福州　350025

PET/CT圖像偽影初探

陳澤龍，趙春雷，王志敏，錢根年，楊忠東，陳自謙

南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，福建福州350025

[摘要]PET/CT在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用和肯定，但是PET/CT圖像同樣存在一些偽影并且這些偽影很有可能影響醫(yī)師的診斷。本文從4個(gè)方面對(duì)PET/CT偽影進(jìn)行闡述，從原理和技術(shù)層面分析了偽影的成因，總結(jié)了目前解決偽影的一些方法。

[關(guān)鍵詞]PET/CT；運(yùn)動(dòng)偽影；衰減校正偽影；圖像融合；圖像質(zhì)量；容積效應(yīng)

0　前言

近10年來(lái)，PET/CT（正電子發(fā)射斷層顯像/X線計(jì)算機(jī)體層成像）在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是FDGPET/CT在腫瘤的定性、分期、定位及癲癇病灶的定位等方面，為臨床醫(yī)生的正確診斷和治療做出重要貢獻(xiàn)。PET/CT以其高質(zhì)量的圖像為臨床提供豐富的診斷信息，但PET/CT圖像同樣也存在著一些不可克服或者說(shuō)難以克服的缺陷，即偽影。PET/CT偽影有的來(lái)源于其成像原理，有的來(lái)源于設(shè)備的構(gòu)造，有的來(lái)源于受檢患者自主或者不自主的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還有其他一些偽影，本文從4個(gè)方面對(duì)PET/CT偽影進(jìn)行歸納綜述。

1　CT衰減校正偽影

PET成像的基本原理是晶體探測(cè)在符合時(shí)間窗內(nèi)有兩個(gè)互成180°的511 keV γ光子，γ光子從人體到達(dá)探測(cè)器的過(guò)程中會(huì)發(fā)生衰減，這個(gè)衰減對(duì)圖像造成的影響不能忽略，因此需要進(jìn)行衰減校正。單純PET的衰減校正采用68Ge棒源，68Ge棒源發(fā)射的也是511 keV γ光子，與PET檢查所用的正電子放射性核素衰變所發(fā)射的γ射線能量一致，因此，采用68Ge棒源進(jìn)行衰減校正得到的衰減校正系數(shù)與正電子放射性核素衰變所發(fā)射的γ射線的衰減校正系數(shù)是一樣的，不會(huì)產(chǎn)生誤差。PET/CT采用CT的透射掃描數(shù)據(jù)計(jì)算衰減校正系數(shù)，它的好處是將整個(gè)檢查時(shí)間減少了近40%[1]，同時(shí)CT掃描數(shù)據(jù)還可以提供診斷信息，但是由于CT掃描發(fā)射的是X光子，它是能量范圍從40～140 keV的廣譜射線[2]，在人體組織中主要發(fā)生光電效應(yīng)，而光電效應(yīng)的發(fā)生率與原子系數(shù)相關(guān)，高原子系數(shù)材料明顯高于低原子系數(shù)材料；而γ光子在人體組織中主要發(fā)生康普頓散射，康普頓散射的發(fā)生率只與電子密度相關(guān)，因此CT透射掃描發(fā)射的X射線對(duì)高原子系數(shù)材料如骨組織的衰減明顯高于低原子系數(shù)材料如軟組織的衰減，而511 keV γ光子在軟組織和骨組織中的衰減幾乎沒(méi)有差別。因此將CT透射掃描得到的線性衰減系數(shù)轉(zhuǎn)化為γ光子的衰減系數(shù)將會(huì)產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致過(guò)度校正而產(chǎn)生PET/CT偽影，需要對(duì)CT X射線衰減系數(shù)進(jìn)行校正。目前CT衰減校正算法主要有5種：① 比例縮放法（Scaling）；② 分割法（Segmentation）；③ 雙值組合法（Hybrid）；④雙線性法（Bilinear）；⑤ 雙能CT法，臨床上采用比較多的是雙線性法[3]。

1.1體內(nèi)金屬植入物產(chǎn)生的偽影

體內(nèi)金屬植入物包括心臟起搏器、人工關(guān)節(jié)、義齒、外科整形材料和化療泵等，單純的PET采用68Ge棒源進(jìn)行衰減校正，這些高密度材料不會(huì)造成偽影，對(duì)圖像沒(méi)有影響。PET/CT采用CT進(jìn)行衰減校正，在PET/CT融合圖像上就會(huì)形成FDG高攝取的偽影，同時(shí)在CT圖像上也會(huì)形成條狀偽影。這種偽影一般對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的診斷醫(yī)師不會(huì)造成困擾，通過(guò)重建非衰減校正圖像可以進(jìn)行識(shí)別（圖1）。但是對(duì)于金屬植入物附近的腫瘤病灶則有可能因?yàn)閭斡岸斐陕┰\或者誤診，例如裝有義齒的頭、頸部惡性腫瘤患者。另外有學(xué)者研究指出[4]，包括體內(nèi)金屬植入物等高密度材料產(chǎn)生偽影的原因不一定單純就是CT衰減校正造成的，在PET采集過(guò)程中高密度材料自身存在運(yùn)動(dòng)同時(shí)其周邊組織器官攝取放射性藥物，導(dǎo)致在重建的PET/CT圖像上高密度材料呈現(xiàn)高攝取的偽影。

圖1 體內(nèi)心臟起搏器導(dǎo)致的偽影，A：經(jīng)CT衰減校正圖像，在PET和PET、CT融合圖像上放置心臟起搏器的地方均可見(jiàn)示蹤劑濃聚灶；B：不帶衰減校正圖像，從圖像上可以看到在同樣的地方，濃聚灶消失了，說(shuō)明是個(gè)偽影。

1.2對(duì)比劑產(chǎn)生的偽影

PET/CT檢查一般使用含碘的口服對(duì)比劑，這種對(duì)比劑一般濃度不高，雖然其密度比較高，CT衰減校正會(huì)有一定的誤差，但不會(huì)對(duì)PET/CT圖像質(zhì)量產(chǎn)生明顯的不良影響。但是對(duì)于PET/CT檢查前口服鋇劑做胃腸鋇餐檢查或者鋇灌腸檢查的患者，其體內(nèi)的鋇濃度很高，在CT和PET/CT圖像上會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重偽影，對(duì)于這類患者應(yīng)詳細(xì)詢問(wèn)病史，選擇合適的檢查時(shí)間。

PET/CT檢查中CT部分的掃描可以有3種方法：① 低劑量掃描（約40 mAs），主要用于衰減校正和定位；② 靜脈內(nèi)注射對(duì)比劑或者口服對(duì)比劑正常劑量掃描（大概140 mAs）；③ 低劑量CT和正常劑量CT（靜脈內(nèi)注射或者口服對(duì)比劑）兩次掃描[1]。兩次CT掃描是為了避免對(duì)比劑影響CT衰減校正，但是增加了患者的輻射劑量。靜脈內(nèi)注射對(duì)比劑一般不會(huì)影響診斷醫(yī)師對(duì)PET/CT圖像的判讀，事實(shí)上考慮到PET檢查前增強(qiáng)CT的針對(duì)性以及受檢查患者所接受的輻射劑量，目前很少在PET檢查前做增強(qiáng)CT掃描。我院的做法是先口服對(duì)比劑進(jìn)行CT掃描，之后進(jìn)行PET掃描，如果診斷需要再進(jìn)行增強(qiáng)CT補(bǔ)充掃描。

1.3淋巴結(jié)鈣化產(chǎn)生的偽影

淋巴結(jié)鈣化產(chǎn)生的偽影可能是臨床上最有意義但又少有報(bào)道的CT衰減校正偽影。有研究報(bào)道患右肺早期鱗癌的病人其對(duì)側(cè)肺門單個(gè)鈣化淋巴結(jié)對(duì)FDG表現(xiàn)出高攝取的假像，如果偽影沒(méi)有被察覺(jué)，就有可能得出臨床IIIB期的診斷，通過(guò)非衰減校正圖像可避免此類誤診。

2　患者運(yùn)動(dòng)偽影

運(yùn)動(dòng)偽影屬于非衰減校正偽影，主要包括患者由于體位不適改變體位的自主運(yùn)動(dòng)偽影和不自主運(yùn)動(dòng)偽影，不自主運(yùn)動(dòng)偽影主要包括呼吸運(yùn)動(dòng)偽影和胃腸道運(yùn)動(dòng)偽影。

2.1呼吸運(yùn)動(dòng)偽影

患者接受PET/CT檢查時(shí)一般采取自由呼吸，由于PET采集時(shí)間比較長(zhǎng)（12～25 min），得到的圖像包含多個(gè)呼吸周期，CT的掃描速度很快，得到的是某個(gè)呼吸時(shí)相的圖像，而患者自由呼吸使得胸廓、膈肌及其附近的臟器（肝、肺等）位置不斷變化，造成PET和CT圖像位置匹配出現(xiàn)誤差，產(chǎn)生偽影（圖2）。

Beyer 等研究統(tǒng)計(jì)指出如果沒(méi)有采取任何控制呼吸的措施，那么呼吸運(yùn)動(dòng)偽影的發(fā)生率將達(dá)到98%[5]。呼吸運(yùn)動(dòng)偽影主要表現(xiàn)為肝臟畸形變和肝臟重疊于肺底，肝臟和肺之間出現(xiàn)一個(gè)放射性冷區(qū)，對(duì)于肺部病變，呼吸運(yùn)動(dòng)偽影對(duì)肺外周和基底部病變的影響明顯大于其對(duì)肺頂部和肺中央病變的影響[6]。

呼吸運(yùn)動(dòng)偽影嚴(yán)重影響了PET/CT對(duì)胸腹部腫瘤的正確診斷和放射治療計(jì)劃的制定，偽影使腫瘤邊界不清位置無(wú)法確定，影響放射治療計(jì)劃對(duì)靶區(qū)的界定，同時(shí)也影響SUV（標(biāo)準(zhǔn)攝取值）值，使測(cè)得的SUV值比真實(shí)值小。消除呼吸運(yùn)動(dòng)偽影的方法之一是采用呼吸門控技術(shù)，所謂PET/CT呼吸門控技術(shù)即四維PET/CT采集[7-8]，是通過(guò)特定的設(shè)備采集呼吸運(yùn)動(dòng)信號(hào)，在實(shí)時(shí)呼吸門控系統(tǒng)的指導(dǎo)下，將CT和PET床位采集的呼吸周期分為若干時(shí)相，再將同一時(shí)相的CT圖像和PET圖像進(jìn)行配準(zhǔn)和衰減校正，得到校正后的PET/CT圖像，一般CT的床位采集時(shí)間會(huì)略多于一個(gè)呼吸周期，PET仍然是常規(guī)的采集時(shí)間，經(jīng)過(guò)呼吸門控技術(shù)校正的PET/CT圖像的呼吸運(yùn)動(dòng)偽影明顯減輕。呼吸運(yùn)動(dòng)偽影還可以通過(guò)呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法進(jìn)行校正，呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法主要分為基于圖像配準(zhǔn)的方法、基于圖像重建或原始數(shù)據(jù)的方法和基于反卷積的圖像恢復(fù)方法3大類[9]。

圖2　呼吸運(yùn)動(dòng)偽影，A：圖像上可見(jiàn)肝臟穹隆部深入到右肺底部；B：圖像配準(zhǔn)不準(zhǔn)確。

2.2胃腸道運(yùn)動(dòng)偽影

胃腸道內(nèi)含有氣體，同時(shí)會(huì)發(fā)生蠕動(dòng)，并且在呼吸運(yùn)動(dòng)的影響下，胃腸道內(nèi)軟組織會(huì)發(fā)生位置偏移，導(dǎo)致圖像匹配錯(cuò)誤；由于采用CT衰減校正，胃腸道運(yùn)動(dòng)還可以影響CT衰減校正圖，進(jìn)而影響腹部及盆腔內(nèi)PET/CT圖像的分析，出現(xiàn)假陽(yáng)性或者假陰性。由于CT衰減校正引起的腹部及盆腔內(nèi)的異常放射性濃聚，可通過(guò)重建非衰減校正圖像進(jìn)行鑒別。

2.3患者體位移動(dòng)產(chǎn)生的偽影

PET圖像采集時(shí)間比較長(zhǎng)，患者由于不適而改變體位，表現(xiàn)為單側(cè)不適處肌肉放射性攝取；同時(shí)由于體位改變，CT位和PET位圖像不匹配造成融合偏差，出現(xiàn)失匹配偽影；再者用錯(cuò)配的CT信息進(jìn)行衰減校正，會(huì)導(dǎo)致對(duì)PET圖像的過(guò)高或過(guò)低校正而產(chǎn)生偽影（圖3）。此類偽影通過(guò)檢查前對(duì)患者的指導(dǎo)可盡量予以避免，但是對(duì)于PET采集時(shí)間長(zhǎng)而使患者產(chǎn)生不適的問(wèn)題，只能希望將來(lái)通過(guò)改善PET采集方式或者采用更高效的晶體而得到解決。

圖3　患者頭部移動(dòng)產(chǎn)生的偽影

3　設(shè)備本身造成的偽影

由于設(shè)備本身硬件或者軟件故障影響PET/CT成像質(zhì)量，例如晶體損壞，因此需要對(duì)PET/CT進(jìn)行定期的校準(zhǔn)和維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)排除故障，使設(shè)備始終處于良好的狀態(tài)。PET/CT設(shè)備上雖然PET和CT屬于同一機(jī)架，但其實(shí)PET和CT是相對(duì)獨(dú)立的兩部分，對(duì)于GE Discovery LS PET/CT，其PET和CT通過(guò)導(dǎo)軌連接，兩部分完全可以分開(kāi)，PET和CT硬件上的配準(zhǔn)通過(guò)執(zhí)行VQC（Volumetric Calibration & Quality Control Procedure）校準(zhǔn)程序進(jìn)行檢驗(yàn)。PET和CT硬件的配準(zhǔn)影響到PET和CT圖像的融合以及CT衰減校正，配準(zhǔn)不好不僅不能充分發(fā)揮兩種設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，還有可能導(dǎo)致診斷錯(cuò)誤,因此需要定期進(jìn)行VQC校準(zhǔn)。

4　其他偽影

PET/CT偽影除了來(lái)源于CT衰減校正、患者運(yùn)動(dòng)以及設(shè)備本身性能以外，還包含以下幾種類型的偽影。

4.1部分容積效應(yīng)偽影

PET有限的空間分辨率使部分容積效應(yīng)（Partial Volume Effect，PVE）成為影響圖像質(zhì)量的不可忽視的重要因素，PVE的成因主要是由兩個(gè)效應(yīng)共同作用下形成的，即點(diǎn)源擴(kuò)展和組織分?jǐn)?shù)效應(yīng)[10]。放射性核素衰變產(chǎn)生的正電子具有一定的動(dòng)能，在發(fā)生湮滅前會(huì)有1～3 mm的射程，這個(gè)射程使點(diǎn)源成像后有一定程度的擴(kuò)展。影響部分容積效應(yīng)的因素還包括腫瘤大小和形狀、病灶周圍放射性本底、成像系統(tǒng)分辨率、圖像采集條件和測(cè)量方法等[10]。

PVE使圖像中的感興趣區(qū)的放射性濃度降低或者升高（濺出效應(yīng)或者濺入效應(yīng)），圖像邊緣模糊，對(duì)于小病灶的影響尤其嚴(yán)重。有文獻(xiàn)報(bào)道[11-12]，對(duì)一個(gè)接近成像系統(tǒng)分辨率大小的熱病灶（5 mm），圖像上測(cè)得的示蹤劑濃度值可下降到病灶真實(shí)濃度值的10%。對(duì)于大的病灶，PVE主要體現(xiàn)在病灶的邊緣外展且示蹤劑濃度下降。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)PVE提出了各種不同的校正方法[13-15]，最初是Hoffman在1979年提出的放射性計(jì)數(shù)恢復(fù)系數(shù)（recovery coefficient, RC），用以描述及校正部分容積效應(yīng)，后來(lái)有學(xué)者提出了一些不同的方法校正PVE，這些方法大致可分為3類[15]，但目前為止PVE的校正方法尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。

4.2CT射束硬化效應(yīng)偽影

在PET/CT掃描中，由于患者身體不適等原因在進(jìn)行CT掃描時(shí)患者雙臂置于CT掃描視野內(nèi)，或者患者體內(nèi)攜帶高密度金屬植入物或?qū)Ρ葎?，?huì)產(chǎn)生CT射束硬化偽影，表現(xiàn)為星狀或者條狀偽影，而CT用于衰減校正又會(huì)導(dǎo)致PET放射性計(jì)算錯(cuò)誤，在PET圖像上產(chǎn)生偽影。圖1 CT圖像上可見(jiàn)條狀偽影即為射束硬化效應(yīng)偽影。檢查前對(duì)患者耐心細(xì)致的指導(dǎo)以避免患者在檢查過(guò)程中的不自主運(yùn)動(dòng)以及攜帶高密度物件接受檢查可以減少不必要的射束硬化效應(yīng)偽影，但是對(duì)于由于疾病而無(wú)法配合或者體內(nèi)植入金屬材料的患者則射束硬化效應(yīng)偽影也是不可避免的。

4.3CT截?cái)鄠斡?/p>

患者過(guò)度肥胖或接受檢查時(shí)手臂放在身體兩側(cè)，由于PET掃描視野比CT掃描視野大, 而使得患者身體可完全通過(guò)PET掃描視野卻有部分掃描部位會(huì)超出CT的掃描視野范圍, 導(dǎo)致CT掃描不能得到掃描部位的全部信息, 產(chǎn)生截?cái)鄠斡埃▓D4）。截?cái)鄠斡暗漠a(chǎn)生主要與患者不能配合有關(guān)。

4.4顯像劑滲漏導(dǎo)致的偽影

顯像劑外漏表現(xiàn)為特定部位的“熱區(qū)”。有文獻(xiàn)報(bào)道[1]，F(xiàn)DG發(fā)生皮下滲漏可被淋巴系統(tǒng)吸收，最終被腋下或縱隔淋巴結(jié)攝取導(dǎo)致診斷困難，尤其是乳腺癌或肺癌患者，要求進(jìn)行一個(gè)短期內(nèi)的隨訪檢查，以排除病灶可能?；颊唧w表放射性污染也可表現(xiàn)為特定部位的“熱區(qū)” （圖5）。皮下滲漏一般與FDG注射及注射后按壓方法有關(guān)，通過(guò)改善注射及注射后按壓方法可避免此類偽影的產(chǎn)生。

圖4　截?cái)鄠斡?。A ：PET圖像上顯示靠近掃描野邊緣的雙上肢呈條紋狀“熱區(qū)”；B：PET和PET、CT融合圖像顯示手臂疊置于頭上時(shí)產(chǎn)生的截?cái)鄠斡啊?/p>

圖5　顯像劑滲漏偽影

4.5高血糖患者注射胰島素的影響

糖尿病患者升高的血糖水平會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)葡萄糖與FDG發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性抑制,腫瘤攝取FDG量減少，成像不清晰，因此需注射胰島素降血糖以提高圖像質(zhì)量；但是胰島素又會(huì)導(dǎo)致FDG被脂肪和肌肉攝取，肌肉的高攝取有可能影響對(duì)病灶的觀察和判斷。因此對(duì)于高血糖患者最好提前通過(guò)藥物治療將血糖控制在允許值范圍內(nèi)再接受PET/CT檢查。

生理性攝取在特定條件下出現(xiàn)的正常的生理性放射性攝取，常見(jiàn)的有卵巢、子宮內(nèi)膜攝取[16]，哺乳期乳房攝取以及腫瘤患者放化療后的“超級(jí)骨顯像”等。

5　結(jié)語(yǔ)

正確認(rèn)識(shí)PET及PET/CT顯像中的偽影對(duì)于臨床醫(yī)生對(duì)病變及正常人體生理顯像的診斷具有重要的意義。PET/ CT顯像中基于CT衰減校正的偽影是目前研究的重點(diǎn)，而呼吸運(yùn)動(dòng)偽影也是PET/CT顯像中的典型偽影。我們不僅要認(rèn)識(shí)PET/CT顯像中的一些典型偽影，同時(shí)對(duì)一些不典型不常見(jiàn)的偽影也應(yīng)有所了解，而在解讀PET/CT圖像過(guò)程中，積極參照非衰減校正圖像是認(rèn)識(shí)偽影的一個(gè)重要方法。

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作者郵箱：czel@163.com

[中圖分類號(hào)]R814.14

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.03.064

[文章編號(hào)]1674-1633(2014)03-0164-04

收稿日期：2013-08-08修回日期：2014-09-12

通訊作者：陳自謙，南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心主任，主任醫(yī)師。

Discussion of PET/CT Artifacts

CHEN Ze-long, ZHAO Chun-lei, WANG Zhi-min, QIAN Gen-nian, YANG Zhong-dong, CHEN Zi-qian
Department of Medical Imaging, Fuzhou General Hospital of Nanjing Command, Fuzhou Fujian, 350025,China

Abstract：PET/CT imaging is widely used clinically, however, there are some artifacts in PET/CT images, which are likely to affect the physician's diagnosis. In this paper, the causes of artifacts are analyzed, and the methods for solving the artifacts are summarized.

Key words：PET/CT; motion artifacts; attenuation correction; image fusion; image quality; volume effect