PET/CT圖像融合軟件臨床應(yīng)用質(zhì)量檢測技術(shù)專家共識協(xié)作組(2019)

X射線正電子發(fā)射斷層掃描儀(positron emission tomography/computed tomography，PET/CT)是醫(yī)學(xué)影像設(shè)備更新的典范，其不但實現(xiàn)了不同影像模式的優(yōu)勢互補(bǔ)，同時將功能分子影像學(xué)同解剖結(jié)構(gòu)影像融合到一起，使疾病診斷、分期、療效評估以及預(yù)后評價進(jìn)入了一個全新的階段。PET/CT最大的優(yōu)勢就是將PET和CT的圖像結(jié)合起來獲取功能代謝信息與解剖結(jié)構(gòu)信息，能極大提高診斷準(zhǔn)確性[1-2]。因此，對PET/CT圖像融合軟件的臨床應(yīng)用質(zhì)量控制至關(guān)重要。

目前，國外關(guān)于動態(tài)體模的檢測手段有少量實驗研究，但缺乏統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足臨床質(zhì)量控制需求，在國家重點研發(fā)計劃重點項目支持下，國內(nèi)開展了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的PET/CT融合動態(tài)體模的研究。為了規(guī)范PET/CT融合動態(tài)體模對圖像融合軟件的臨床應(yīng)用質(zhì)量控制的評價，國內(nèi)相關(guān)專家參考相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合臨床實踐起草了本版專家共識。

1 檢測條件

1.1 檢測環(huán)境

環(huán)境要求：①溫度為(20±2)℃；②相對濕度為(50±15)%；③大氣壓力為86.0～106.0 kPa[3]。

1.2 檢測設(shè)備

采用國家重點研發(fā)計劃(2016YFC0103100)研制的PET/CT融合動態(tài)體模(型號：XQYG-PET/CT)，見圖1。

圖1 PET/CT融合動態(tài)體模

PET-CT融合動態(tài)體模由胸腹部體模和運動測控系統(tǒng)兩部分組成(見圖1)。胸腹部體模采用與人體CT值等效材料[4]制作而成，包括人體肌肉組織、脊柱骨組織和肺組織，內(nèi)設(shè)肺部運動插桿、用于灌注18F-FDG放射性藥物的球囊(見圖2)。運動測控系統(tǒng)由控制端PC、控制箱和動力驅(qū)動與傳動裝置組成，可模擬人體的3D呼吸運動。

圖2 PET/CT融合動態(tài)體模CT軸位重建示意圖

1.3 檢測前準(zhǔn)備

開機(jī)后檢測前做好PET/CT的常規(guī)質(zhì)量控制。

2 檢測指標(biāo)及技術(shù)要求

根據(jù)體模的實際功能及醫(yī)學(xué)影像診斷圖像質(zhì)量需求[5-6]檢測CT與PET圖像融合軟件的X軸、Y軸和Z軸的圖像融合精度。其運動參數(shù)分為不同呼吸頻率(10次/min和20次/min)、不同呼吸位移(10 mm和20 mm)及不同吸呼比(1∶1和1∶2)條件，具體的檢測指標(biāo)及技術(shù)要求見表1。

3 檢測方法

3.1 檢測體模的準(zhǔn)備及體模參數(shù)設(shè)置

按照體模使用手冊[V1.00]完成體模系統(tǒng)搭建，包括電機(jī)連線連接、通信信號線、控制箱電源線等連接完成。打開系統(tǒng)控制箱電源，等待系統(tǒng)自檢完成后，再進(jìn)行下一步操作。選擇需要的呼吸模式及設(shè)置參數(shù)，點擊啟動后系統(tǒng)開始工作。在參數(shù)設(shè)置模塊下，設(shè)置需要的呼吸參數(shù)(呼吸頻率、呼吸位移和吸呼比)。

3.2 體模定位

(1)掃描定位[7-9]：首先在體模胸部球囊注入18F-FDG 3.7 MBq共7 ml，然后進(jìn)行體模的擺位，將體模水平放置在掃描床上，其軸與掃描孔的軸平行，用水平儀檢查體模水平后，定位光線對準(zhǔn)動力驅(qū)動與傳動裝置上緣，然后進(jìn)床；定位后，調(diào)節(jié)體模的呼吸頻率、呼吸位移、吸呼比運動參數(shù)模擬呼吸運動，將各運動參數(shù)依據(jù)實驗組合方案進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完畢后進(jìn)行定位像掃描，然后由所得到的定位像確定體模軸位掃描范圍[10-11]。

(12)體模運動參數(shù)設(shè)置：①呼吸頻率分別為10次/min和20次/min；②呼吸位移分別為10 mm和20 mm；③吸呼比分別為1∶1和1∶2。按照上述運動參數(shù)組合需采集8次實驗數(shù)據(jù)，另還需采集1次靜息狀態(tài)的數(shù)據(jù)作為對照組，合計需要9次。

表1 PET/CT圖像融合軟件臨床應(yīng)用質(zhì)量檢測指標(biāo)和技術(shù)要求

3.3 掃描參數(shù)

(1)CT掃描協(xié)議：①掃描范圍為體模頂部到底部(見圖3)；②掃描條件為80～120 kV，100～300 mAs，螺距0～1；③掃描方式為螺旋掃描；④掃描層厚為1～5 mm；⑤重建算法為反投影法、迭代法及解析法；⑥圖像后處理根據(jù)需要重組出軸位、矢狀位及冠狀位圖像。

(2)PET掃描協(xié)議：①掃描范圍為體模頂部到底部；②采集FOV為400～500 mm；③球囊內(nèi)18F-FDG[12-13]為3.7 MBq共7 ml；④圖像重建采用濾波反投影法和迭代法。

圖3 體模掃描范圍示意圖

3.4 檢測指標(biāo)及方法

(1)圖像融合精度：啟動胸部PET/CT掃描程序，完成采集后重建CT及PET圖像，并傳送到圖像融合軟件后處理系統(tǒng)進(jìn)行圖像融合，測量PET和CT圖像配準(zhǔn)情況[14]。利用球囊PET和CT圖像的中心點位置偏移距離來評估圖像位置的匹配程度(用mm表示)。

(2)圖像融合精度測算方法：在PET/CT融合圖像上以球囊的CT圖像中心為原點、以0.1 mm為單位長度建立空間直角坐標(biāo)系，在軸位、矢狀位及冠狀位上分別勾畫PET圖像最高計數(shù)區(qū)域，并以該區(qū)域的中心點作為球囊PET圖像中心點，測量球囊CT與PET圖像中心在X軸、Y軸及Z軸相對應(yīng)的距離參數(shù)，即為X軸、Y軸及Z軸CT與PET圖像位置匹配誤差[15-17](圖4、圖5)。技術(shù)要求見表1。

圖4 靜息狀態(tài)下體模CT與PET圖像位置匹配誤差測量示意圖

圖5 動態(tài)條件下體模CT與PET圖像位置匹配誤差測量示意圖

4 影像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

圖像質(zhì)量應(yīng)符合觀察與測算要求，能清楚顯示球囊，且影像對比好，圖像清晰，無圖像變形、模糊、缺失、重疊、高密度等偽影[24-26]。同時無示蹤劑外漏，成像方位準(zhǔn)確，預(yù)置合適的窗寬和窗位。

5 結(jié)論

國外采用PET/CT融合動態(tài)體模對PET/CT圖像融合軟件的檢測僅有少量研究，且動態(tài)體模在材料仿生、運動控制方面都不盡人意[27]。為了滿足臨床質(zhì)量控制需求，在國家重點研發(fā)計劃重點項目支持下，我國開展了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的PET/CT融合動態(tài)體模的研究，且在仿生材料、運動仿真等方面更能真實模擬人體胸腹部器官。該動態(tài)體模實現(xiàn)了對PET/CT圖像融合軟件臨床應(yīng)用質(zhì)量的監(jiān)測，補(bǔ)充與完善了目前PET/CT設(shè)備軟、硬件性能指標(biāo)的質(zhì)量控制體系。該專家共識的制定，將有助于進(jìn)一步規(guī)范PET/CT融合動態(tài)體模對PET/CT圖像融合軟件臨床應(yīng)用質(zhì)量的評價，對保證PET/CT成像的圖像質(zhì)量、提高影像診斷的準(zhǔn)確性、可靠性，確保人民群眾的健康和利益，具有重要的社會意義。

專家共識協(xié)作組成員(按照姓氏拼音順序排序)：

陳曉良(重慶大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科)；陳自謙(聯(lián)勤保障部隊第九〇〇醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心)；種銀保(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科)；段東(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科)；付麗媛(聯(lián)勤保障部隊第九〇〇醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心)；黃定德(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科)；季仲友(福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院PET/CT中心)；郎朗(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科)；李理(聯(lián)勤保障部隊第九六〇醫(yī)院放射科)；梁永剛(聯(lián)勤保障部隊第九〇〇醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心)；劉遠(yuǎn)梅(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科)；孟娟(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科)；潘文才(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科)；彭志平(重慶醫(yī)科大學(xué)核醫(yī)學(xué)教研室)；錢根年(聯(lián)勤保障部隊第九〇〇醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心)；孫鋼(聯(lián)勤保障部隊第九六〇醫(yī)院放射科)；王榮福(北京大學(xué)第一醫(yī)院和北京大學(xué)國際醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科)；肖慧(聯(lián)勤保障部隊第九〇〇醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心)；許尚文(聯(lián)勤保障部隊第九〇〇醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心)；楊忠東(聯(lián)勤保障部隊第九〇〇醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心)；張建華(北京大學(xué)第一醫(yī)院和北京大學(xué)國際醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科)；張青(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科)；趙鵬(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科)；趙倩(寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科)；周海中(揚州大學(xué)附屬江蘇省蘇北人民醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科)