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        優(yōu)化釔-90 軔致輻射SPECT 顯像能窗:體外實驗研究

        2024-03-27 01:46:38程文迪向鏞兆王海濤吳偉銘楊晶晶蔡華偉
        中國介入影像與治療學(xué) 2024年3期
        關(guān)鍵詞:研究

        程文迪,向鏞兆,王海濤,吳偉銘,楊晶晶,蔡華偉,趙 禎

        (四川大學(xué)華西醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科,四川 成都 610041)

        以釔-90(Yttrium-90,90Y)微球行TACE 是治療無法切除肝臟腫瘤的重要方法之一[1-2],通過導(dǎo)管將90Y微球注入腫瘤供血動脈,利用90Y 發(fā)出的短程β 射線的輻射作用殺死腫瘤細胞,同時微球也可作為栓塞劑引起腫瘤缺血、壞死。由于90Y 幾乎只發(fā)射β 射線,無法直接成像;其軔致輻射產(chǎn)生的X 射線為連續(xù)能譜且光子計數(shù)率較低,缺乏可與散射光區(qū)分的峰值,不能使用多能量窗散射校正方法,導(dǎo)致能峰、窗寬及準(zhǔn)直器均可影響90Y 軔致輻射顯像質(zhì)量[3]。目前對于90Y 軔致輻射顯像的最優(yōu)能窗還存在爭議,且國內(nèi)尚缺少針對以中能通用(medium-energy general-purpose,MEGP)準(zhǔn)直器行90Y 軔致輻射顯像的最佳能窗研究。本研究旨在觀察中能通用(MEGP)準(zhǔn)直器不同能窗對90Y 軔致輻射SPECT 圖像質(zhì)量的影響,并遴選最佳顯像能窗。

        1 材料與方法

        1.1 設(shè)備與藥物 采用GE Discovery NM/CT 670 Pro型SPECT/CT 儀,碘化鈉晶體厚3/8 in(9.50 mm),MEGP 平行孔準(zhǔn)直器,孔徑長度、直徑及間隔厚度分別為58.00、3.00 和1.05 mm。90Y 炭微球由紐瑞特醫(yī)療科技有限公司提供,裝于玻璃小瓶內(nèi),放射性活度為740 MBq(20 mCi)。

        1.2 方法

        1.2.1 獲取能峰 對裝有90Y 炭微球的小瓶進行SPECT 平面顯像,獲取MEGP 準(zhǔn)直器下90Y 軔致輻射的能譜及能峰。

        1.2.2 采集圖像 將90Y 源置于距MEGP 準(zhǔn)直器探頭 約15 cm 處,SPECT 平面顯像時間120 s,矩陣128×128,每組27 個能峰,分別為40~300 keV 內(nèi)間隔10 keV 整數(shù)值,窗寬分別為10%和20%。

        1.2.3 圖像后處理 將平面圖像上整個有效視場作為視野(field of view,F(xiàn)OV),以放射性最高點為中心,勾畫與裝載90Y 源小瓶面積相等部分作為ROI;分別計算前、后位圖像中FOV 和ROI 內(nèi)的光子計數(shù),取平均值作為最終計數(shù)。計算不同能窗下圖像的靈敏度、源計數(shù)/有效視野計數(shù)百分比(percentage of the source counts in useful field of view,S/FOV%)及信號/背景比(signal-to-background ratio,S/B):靈敏度=源ROI計數(shù)/源活度,S/FOV%=源ROI 計數(shù)/FOV 內(nèi)總計數(shù),S/B=源ROI 計數(shù)/FOV 內(nèi)、ROI 外計數(shù);對公式中的源活度進行時間校正。

        1.2.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 25.0 統(tǒng)計分析軟件。以描述正態(tài)分布計量資料,組間行配對t檢驗;以中位數(shù)(上下四分位數(shù))描述偏態(tài)分布計量資料,組間行Wilcoxon符號秩檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 能譜特征 所用MEGP 準(zhǔn)直器能峰為76.2 keV。獲得的90Y 軔致輻射能譜為連續(xù)曲線(圖1),能量范圍為34~512 keV(最大探測值為512 keV)。

        圖1 以MEGP 準(zhǔn)直器所獲90Y 軔致輻射能譜

        2.2 圖像質(zhì)量參數(shù)

        2.2.1 靈敏度 10%、20%窗寬下,圖像靈敏度均在70~90 keV 范圍內(nèi)達到最高(圖2A)。相同能峰下,相比10%窗寬,20%窗寬圖像的靈敏度更高(P<0.05,見表1)。能窗為80 keV±20%時,靈敏度達到最高(70.07%)。

        表1 以MEGP 準(zhǔn)直器于40~300 keV 能峰,10%、20%窗寬所獲90Y 軔致輻射SPECT 圖像靈敏度、S/FOV%及S/B 比較

        圖2 以MEGP 準(zhǔn)直器于40~300 keV 能峰,10%、20%窗寬所獲90Y 軔致輻射SPECT 圖像的靈敏度(A)、S/FOV%(B)及S/B(C)

        2.2.2 S/FOV% 在10%和20%窗寬下,90Y 圖像S/FOV%均在能峰50 keV 處達到最高,且能峰在40~130 keV 范圍內(nèi),圖像S/FOV%均較高(圖2B)。2 組圖像間S/FOV%差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,表1)。

        2.2.3 S/B 在10%和20%窗寬下,90Y 圖像S/B 均在50 keV 處達到最高,分別為2.42 和2.39(圖2C)。2組圖像S/B 差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,表1)。

        2.3 最佳顯像條件 采用MEGP準(zhǔn)直器以100 keV±20%能窗進行90Y軔致輻射顯像,靈敏度、S/FOV%及S/B分別為69.73%、0.62和1.64時為最佳條件,見圖3。

        圖3 以MEGP 準(zhǔn)直器在100 keV 能峰、±20% 窗寬(A)及±10% 窗寬(B)下所獲90Y 軔致輻射SPECT 圖像

        3 討論

        90Y 幾乎只發(fā)射β 射線,輻射范圍小,在組織中的穿透距離平均2.5 mm、最大11 mm;且半衰期較短,為2.67 天(64.2 h)。90Y 缺乏離散能量光子發(fā)射,如γ 射線和/或特征熒光X 射線。90Y SPECT 顯像主要依賴于β粒子與空氣中各種物質(zhì)的原子核相互作用產(chǎn)生的軔致輻射[4],電子在相互作用過程中失去能量,其動能被轉(zhuǎn)換成連續(xù)、廣泛的能量分布[5],最高能量可達2.28 MeV[6]。軔致輻射成像的目標(biāo)空間信息亦由光子攜帶,但軔致輻射光子能譜呈連續(xù)且廣泛分布,缺乏可與散射光相區(qū)分的能峰,導(dǎo)致90Y軔致輻射顯像效果不佳。

        提高圖像對比度、降低圖像噪聲可改善圖像質(zhì)量。圖像對比度取決于空間分辨率及光子衰減、光子散射、準(zhǔn)直器穿透及隨機巧合等其他因素;圖像噪聲則與S/FOV%及S/B 等相關(guān)。軔致輻射SPECT 顯像中,不同準(zhǔn)直器類型和不同能窗可致散射光子與主光子數(shù)目的比值不同,導(dǎo)致圖像質(zhì)量存在差異[7],故適當(dāng)選擇準(zhǔn)直器和能窗對于保證圖像質(zhì)量尤為重要。既往多項研究[5,7-9]得出的最佳能窗在40~300 keV內(nèi)。本研究結(jié)果顯示,90Y 軔致輻射在34~512 keV(所用設(shè)備最大探測值為512 keV)能量范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)能譜,能峰為76.2 keV。

        本研究中,靈敏度是測得距探測器15 cm 處放射源的單位放射源活度計數(shù)率。準(zhǔn)直器和能峰相同情況下,窗寬越大,探測器接收的光子數(shù)目就越多,計數(shù)率越高、靈敏度越大。由于90Y 軔致輻射發(fā)出的光子缺乏可與散射光相區(qū)分的能峰,接收總光子數(shù)目增多不僅使主光子數(shù)目增多,也使散射光子數(shù)目增多,故應(yīng)關(guān)注S/B 和S/FOV%等圖像信噪比參數(shù)。本研究結(jié)果顯示,以MEPG準(zhǔn)直器行90Y 軔致輻射SPECT顯像時,選擇10%窗寬、20%窗寬所獲圖像的S/FOV%及S/B差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05),可能窗寬從10%擴大到20%對圖像信噪比的影響甚微,而10%窗寬圖像的靈敏度更低(P<0.05),提示相比±10%,±20%更適宜作為90Y 軔致輻射顯像的窗寬,與既往研究[10]相符。

        由于軔致輻射產(chǎn)生的可成像的主光子較少[11],且本研究90Y源與探測器距離較近,而臨床實踐中患者接受90Y 微球治療后顯像計數(shù)率可能較本研究更低,需要采用較大的窗寬以提升靈敏度、保證顯像計數(shù)。另有研究[12]指出,提高成像系統(tǒng)靈敏度可縮短成像時間、減少運動偽影、減輕核素活度變化的影響。然而靈敏度與空間分辨率呈負相關(guān),即隨著靈敏度升高,空間分辨率下降[10]。為保證圖像質(zhì)量,需兼顧靈敏度和空間分辨率;選擇最佳能窗時,應(yīng)對靈敏度、S/FOV%及S/B 進行綜合考量。本研究顯示,50 keV 附近的S/FOV%和S/B均較高但靈敏度很低,可能大多數(shù)能量低于60 keV的光子在傳播過程中已發(fā)生衰減[13],使實際接收到的光子數(shù)目較少而致靈敏度降低、圖像質(zhì)量不佳;70~90 keV 時靈敏度較高,但S/FOV%和S/B 相比40~60 keV 和90~120 keV均有所下降,而70~100 keV范圍內(nèi)主要是目標(biāo)散射和X射線[14],筆者認為70~90 keV能量范圍內(nèi)包含鉛準(zhǔn)直器和鉛殼與軔致輻射光子相互作用形成的特征X射線峰,導(dǎo)致接收光子數(shù)目多,使靈敏度達到最大值。因此,在一些情況下,為提高空間分辨率,可選擇狹窄能窗以封閉90Y 軔致輻射產(chǎn)生的射線中的特征k殼峰、減少寬能窗帶來的線束硬化偽影[8]。

        本研究結(jié)果顯示,100 keV±20% 能窗是以MEGP 準(zhǔn)直器行90Y 軔致輻射SPECT 顯像的最佳能窗,其靈敏度、S/FOV%及S/B 分別為69.73%、0.62和1.64,S/FOV%和S/B 略低于40~60 keV、但靈敏度大幅提升;而相比70~90 keV,其S/FOV%和S/B增高而靈敏度未受明顯影響。

        另外,準(zhǔn)直器也在一定程度上影響圖像質(zhì)量,且不同準(zhǔn)直器對應(yīng)的最優(yōu)能窗參數(shù)有所不同。有研究[7]報道以高能準(zhǔn)直器、90~110 keV 能窗可獲得質(zhì)量較高的SPECT 圖像,但也有學(xué)者[11]認為應(yīng)采用MEGP 準(zhǔn)直器,以獲得更好的靈敏度。

        綜上,本研究以MEGP 準(zhǔn)直器行90Y 軔致輻射SPECT 顯像,發(fā)現(xiàn)20%窗寬圖像質(zhì)量優(yōu)于10%窗寬,綜合考慮靈敏度、S/FOV%及S/B,以100 keV±20%窗寬為最佳能窗。但本研究僅為體外實驗,且未涉及低能和高能準(zhǔn)直器最優(yōu)能窗參數(shù),有待后續(xù)深入探討。

        利益沖突:全體作者聲明無利益沖突。

        作者貢獻:程文迪研究實施、撰寫和修改文章;向鏞兆、王海濤圖像處理;吳偉銘、楊晶晶統(tǒng)計分析;蔡華偉研究設(shè)計;趙禎指導(dǎo)、審閱文章。

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