引用本文
陈芃灏，符乙敏，赵睿玥，等. 探究64Cu-FAPI-XT PET/CT不同采集条件对图像质量的影响［J］. 肿瘤影像学, 2024, 33 (4): 376-383.
通信作者：王欣璐 E-mail: 71Lu@163.com
第一作者简介
陈芃灏，广州医科大学附属第一医院核医学科技师，5年核医学影像技术工作经验，熟悉核医学领域的各项操作流程，精通单光子、正电子药物合成及质控流程，熟练掌握药物注射技巧及多种新型药物扫描方法，现任广州市医师协会核医学分会委员，具备行业内交流与合作能力。
通信作者简介
王欣璐，主任医师，医学博士，博士研究生导师，广州医科大学附属第一医院核医学科主任。从事肿瘤核医学、新型正电子药物研发及临床应用30余年。主持4项国家自然科学基金面上项目，10余项省部级面上及重点研发基金，30余项新型正电子放射性药物的Ⅱ期临床试验研究，参与3项新型正电子放射性药物国家注册的Ⅲ期临床试验研究。在《中华核医学与分子影像杂志》等国内外具有影响力的杂志上发表论文30余篇，主编和副主编专著5本，参编专著10余本。获国家发明专利6项。担任中华医学会核医学分会PET学组委员，中国医师协会核医学医师分会第四届委
员会委员，广东省医学会核医学分会第十二届委员会常委，广东省医师协会核医学医师分会副主任委员，广州市医师协会核医学与分子影像分会主任委员，广州地区核医学医疗质量控制中心主任。
探究64Cu-FAPI-XT PET/CT不同采集条件对图像质量的影响
陈芃灏，符乙敏，赵睿玥，何 曦，钟少楠，王欣璐
广州医科大学附属第一医院核医学科，广东 广州 510000
［摘要］ 目的：探讨在不同采集时间、注射剂量与重建算法下对64Cu-FAPI-XT正电子发射体层成像（positron emission tomography，PET）/计算机体层成像（computed tomography，CT）图像质量的影响，从而为临床实践提供参考。方法：回顾并选取2023年6—9月于广州医科大学附属第一医院行PET/CT检查的11例肿瘤患者，其中6例患者为高剂量组（64Cu-FAPI-XT剂量2.22~3.22 MBq/kg），5例患者为低剂量组（64Cu-FAPI-XT剂量1.59~2.18 MBq/kg）。所有患者均在静卧60 min后行PET/CT全身扫描，采集时间均为3.0 min/床位。采用有序子集最大期望值法（ordered subset expectation maximization，OSEM）和贝叶斯惩罚似然重建法（HYPER Iterative）两种算法对3.0 min/床位图像进行时间切割重建，分为以下5组：1.0 min/床位、1.5 min/床位、2.0 min/床位、2.5 min/床位、3.0 min/床位。由2名医师对所有图像进行主观评分，比较不同组图像的图像质量、噪声水平与诊断价值。测量肝脏、纵隔血池的平均标准摄取值（mean standard uptake value，SUVmean）、标准差（standard deviation，SD）和信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）以进行半定量分析。结果：主观评价中高剂量组，HYPER Iterative重建与OSEM重建采集2.0 min/床位图像，图像质量能达到日常诊断要求（评分均≥3分）。低剂量组，HYPER Iterative重建采集2.0 min/床位图像，或OSEM重建采集2.5 min/床位图像，图像质量能达到日常诊断要求（评分均 ≥3分）。客观半定量分析：在相同采集时间下，注射不同剂量64Cu-FAPI-XT扫描PET图像，HYPER Iterative重建图像质量均明显优于OSEM重建（P＜0.05）。在高剂量组中1.5 min/床位组的图像质量明显优于1.0 min/床位组（P＜0.05），而 1.5 min/床位组的图像与2.5 min/床位组的图像质量差异无统计学意义（P＞0.05）。在低剂量组中2.0 min/床位组与3.0 min/床位组的图像质量差异无统计学意义（P＞0.05）。结论：以64Cu-FAPI-XT为显像剂的uMI Panorama PET/CT图像采用HYPER Iterative重建方法的高剂量组需要采集1.5 min/床位PET图像质量可达到日常诊断要求；而在低剂量组中需要采集 2.0 min/床位才可达到日常诊断要求。
［关键词］ 64Cu-FAPI-XT；正电子发射体层成像/计算机体层成像；HYPER Iterative算法；有序子集最大期望值法
［Abstract］ Objective: To explore the influence of different acquisition time, injection dose and reconstruction algorithm on the image quality of 64Cu-FAPI-XT positron emission tomography (PET)/computed tomography (CT), so as to provide empirical basis and reference for clinical practice. Methods: Eleven cancer patients from The First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University from June to September, 2023 were retrospectively selected. Six patients were injected with high dose (2.22-3.22 Mbq/kg) of 64Cu-FAPI-XT, while other five patients were injected with low dose (1.59-2.18 Mbq/kg) of 64Cu-FAPI-XT. Ordered subset expectation maximization (OSEM) and HYPER Iterative algorithms were used to reconstruct the 3.0 min/bed image respectively to simulate the image acquisition at 1.0 min/bed, 1.5 min/bed, 2.0 min/bed, 2.5 min/bed and 3.0 min/bed. Two doctors scored all the images subjectively and compared the image quality, noise level and diagnostic value of different groups of images. Mean standard uptake value (SUVmean), standard deviation (SD) and signal-to-noise ratio (SNR) of blood pools in liver and mediastinum were measured for semi-quantitative analysis. Results: Subjective evaluation: in the high-dose group (2.22-3.22 MBq/kg), the images of 2.0 min/bed were reconstructed respectively by HYPER Iterative and OSEM, the image quality of which met the requirements of daily diagnosis (the scores were all ≥3 points). In the low-dose group (1.59-2.18 MBq/kg), the image quality of 2.0 min/bed reconstructed by HYPER Iterative and 2.5 min/bed reconstructed by OSEM reached the requirements of daily diagnosis (scores≥3). Objective semi-quantitative analysis: at the same acquisition time, injecting different doses of 64Cu-FAPI-XT to scan PET images, the image quality of HYPER Iterative reconstruction was significantly better than that of OSEM reconstruction (P＜0.05). In the high dose group (2.22-3.22 MBq/kg), the image quality of 1.5 min/bed was obviously better than that of 1.0 min/bed (P＜0.05), but there was no statistical difference between 1.5 min/bed image and 2.5 min/bed image (P＞0.05). There was no statistical difference in image quality between low dose recombinant (1.59-2.18 Mbq/kg) for 2.0 min/bed and 3.0 min/bed (P＞0.05). Conclusion: The PET/CT images of UMI Panorama were reconstructed by HYPER Iterative method, and high dose (2.22-3.22 Mbq/kg) of 64Cu-FAPI-XT was injected, and the quality of PET images collected for 1.5 min/ bed met the requirements of daily diagnosis. Low dose (1.59-2.18 Mbq/kg) of 64Cu-FAPI-XT was injected and collected for 2.0 min/bed, which can meet the daily diagnosis requirements.
［Key words］64Cu-FAP-XT; Positron emission tomography/Computed tomography; HYPER Iterative algorithm; Ordered subset expectation maximization
成纤维细胞活化蛋白（fibroblast activation protein，FAP）是一种Ⅱ型跨膜丝氨酸蛋白酶，FAP在大多数成人组织中的表达量较低，主要表达于间质中的癌症相关成纤维细胞（carcinoma-associated fibroblast，CAF），多项研究［1-3］表明，FAP表达水平升高与不良预后以及肿瘤侵袭性增强呈正相关，FAP已成为癌症治疗和诊断的一个有前途的靶点。64Cu是一种较长半衰期（T1/2=12.7 h）正电子显像核素，具有更长的显像时间窗口，且有利于核素及标记药物的中长程（1 000 km）运输和供给［4］。64Cu-FAPI-XT是一种新型正电子核素64Cu标记的FAP靶向正电子显像剂，能与肿瘤微环境中的FAP特异性结合，从而实现对肿瘤的精准定位。64Cu-FAPI-XT与FAP有高特异性结合能力，在FAP阳性肿瘤中有良好的滞留能力，且辐射剂量安全，是一种有潜力应用于临床的正电子显像药物。然而，在进行64Cu-FAPI-XT 正电子发射体层成像（positron emission tomography，PET）/计算机体层成像（computed tomography，CT）检查时，不同的采集条件会对图像质量产生不同的影响［5］。采集条件包括扫描时间［6-7］、扫描范围、放射性药物剂量［8］、重建算法［9-10］等多个因素。这些因素的调整可以影响图像的分辨率、信噪比、均匀性等指标［11］，从而影响医师对肿瘤的诊断和对治疗效果的评估。因此，研究64Cu-FAPI-XT PET/CT不同采集条件对图像质量的影响，可以为医师提供更准确的肿瘤诊断和治疗方案。同时，也可以为医学影像技术的进一步发展和优化提供理论支持和实验依据。
随着PET/CT技术的发展，设备的空间和时间分辨率不断提高，图像质量也逐步提升，由于64Cu是近年来的新兴核素，对其PET/CT采集条件对图像质量影响的研究较少。因此，本文目的在于系统性地研究不同采集条件对图像质量的影响，并对采集时间、注射剂量以及图像重建参数等方面进行细致的研究，为未来的临床应用提供更准确、可靠的肿瘤诊断工具，从而更好地实现癌症患者的个体化治疗。
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资料和方法
1.1 研究对象
回顾并分析2023年6—9月于广州医科大学附属第一医院PET/CT中心行64Cu-FAPI-XT PET/CT检查的11例患者，其中男性7例，女性4例，年龄41~69岁。纳入标准：① 经组织病理学检查或临床判断确诊为恶性实体瘤；② 年龄≥18周岁；③对本研究已充分了解并自愿签署知情同意书；④经研究者评估需要进行PET/CT检查。排除标准：① 已知对研究药物或其类似物的成分过敏；② 危重症患者及无法配合检查者；③ 由研究者判断，怀疑受试者具有不适合使用研究药物的某种疾病或某种状态者；④ 已知妊娠或哺乳期女性。
为进一步研究剂量对图像质量的影响，将患者分为两组：高剂量组（6例患者，注射剂量为2.22~3.22 MBq/kg）和低剂量组（5例患者，注射剂量为1.59~2.18 MBq/kg）。本研究已获得广州医科大学附属第一医院伦理委员会的批准（ES-2023-099-03），确保研究过程符合伦理准则。所有受试者于本院PET/CT中心行64Cu-FAPI-XT PET/CT显像前均签署知情同意书。
1.2 仪器与方法
1.2.1 药物注射
在患者接受64Cu-FAPI-XT注射前的14 d内，完成全面的体格检查、生命体征监测、心电图、血常规以及血生化检查。为确保检查的准确度，患者在注射前24 h内避免进行剧烈运动。所有的64Cu-FAPI-XT均由本中心进行生产和质控，确保注射前其放射化学纯度超过95%。在接受注射后，所有患者都静息卧床休息60 min，以确保充分的药物分布和准确的成像数据。
1.2.2 图像采集
采用上海联影医疗科技股份有限公司（联影）新型PET/CT uMI Panorama，患者静卧 60 min后，行全身PET/CT检查。采集时间设置为3 min/床位。采集完成后将数据切割为1.0 min/床位、1.5 min/床位、2.0 min/床位、2.5 min/床位、3.0 min/床位以模拟不同采集时间下采集的图像，并分别使用有序子集最大期望值法（ordered subset expectation maximization，OSEM）与贝叶斯惩罚似然重建法（HYPER Iterative）进行重建。
OSEM重建参数如下：飞行时间（ time of fligh，To F）和点扩散函数（point spread function，PSF）重建，3次迭代，10个子集，矩阵192× 192，切片厚度2.886 mm，视野（field of view，FOV）为 600 mm×600 mm，采用高斯后滤波 （3 mm），使用衰减校正和散射校正。
HYPER Iterative重建参数如下：ToF和PSF重建，正则化强度为0.74，矩阵192×192，切片厚度2.886 mm，FOV为600 mm×600 mm使用衰减校正和散射校正，没有后置滤波器。
1.2.3 图像质量分析
主观视觉评分：图像质量主观视觉评分由2名核医学科医师进行，每名医师分别对高剂量组与低剂量组图像进行打分，且对重建算法并不知情。采用4分量表，分别从以下3个角度对图像质量进行评价：整体观感、噪声水平、病灶显示。本研究认为≥3分即能达到日常诊断要求，可用于临床诊断。
客观半定量分析：使用联影后处理工作站UWS-MI软件在患者肝右叶的均匀区域和主动脉弓内勾画一个2D圆形感兴趣区（region of interest，ROI），ROI面积控制在4 cm2内，测量ROI内的最大标准摄取值（maximum standard uptake value，SUVmax）、平均标准摄取值（mean standard uptake value，SUVmean）及其标准差（standard deviation，SD）。后将其ROI克隆至OSEM和HYPER Iterative算法重建1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 min的图像中，确保两种重建算法不同采集时间下图像ROI的位置、大小均保持一致，测量记录下每个ROI的相关参数计算信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）=SUVmean/SD。
1.3 统计学处理
采用SPSS 26.0软件。视觉评分采用Kappa一致性检验，Kappa＞0.80认为一致性极好，半定量指标SUVmean、SD、SNR组间数据均采用Wilcoxon符号秩和检验。P＜0.05为差异有统计学意义。
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结 果
2.1 患者基本特征
本研究共收集11例患者。其中高剂量组 6例，低剂量组5例。高剂量组患者与低剂量组在年龄、性别、体重方面差异均无统计学意义（P＞0.05，表1）。
2.2 主观视觉评分
如图1、2所示，注射高、低剂量64Cu-FAPI-XT的患者，分别采用OSEM与HYPER Iterative重建3.0 min/床位图像，均获得较好的图像质量，全身病灶均能较好地检出。主观评分如表2所示，2名评分者对高、低剂量组图像的整体质量、噪声水平方面评分一致性较好，高剂量组Kappa值为0.914，低剂量组Kappa值为0.887。在高剂量组中，OSEM重建2.5 min/床位图像质量达到日常诊断要求（均≥3分）；HYPER Iterative重建2.0 min/床位图像质量达到日常诊断要求（均≥3分），采集时间达到3.0 min/床位时图像质量表现优秀（评分均为4分）。低剂量组中OSEM重建3.0 min/床位图像质量达到日常诊断要求（均≥3分），HYPER Iterative重建2.0 min/床位图像质量达到日常诊断要求（均≥3分）。
图1 典型患者的全身MIP图
A、B：患者，女性，65岁，原发肺癌并转移，红色箭头所示为病灶，归为低剂量组患者（注射剂量92.5 MBq，1.59 MBq/kg）。C、D：患者，65岁，男性，原发肺癌，红色箭头所示为病灶，归为高剂量组患者（注射剂量148 MBq，2.44 MBq/kg）。（图中U：子宫；B：膀胱）。
图2 高剂量组和低剂量组采用OSEM与 HYPER Iterative重建不同采集时间的肝脏典型PET图像
图中L：肝脏。
2.3 两种重建算法对图像均匀区域的影响
无论是高剂量组还是低剂量组，OSEM与HYPER Iterative两种算法在相同采集时间点下重建肝脏与血池本底SD、SNR均存在较大差异（P=0.028），如图3所示，肝脏、血池SD随采集时间增加而减小，SNR随采集时间增加而增加，图像质量逐步提升。随着采集时间增加至2.0 min/床后，肝脏、血池SD、SNR差异逐渐减小，但差异仍然存在（P=0.027）。其中在高剂量组中HYPER Iterative重建采集1.5 min/床位与2.0 min/床位、2.5 min/床位与3.0 min/床位图像肝脏、血池SD、SNR差异无统计学意义（P＞0.05）。OSEM重建采集2.0 min/床位、2.5 min/床位、3.0 min/床位组间肝脏、血池SD、SNR两两比较差异均无统计学意义。在低剂量组中，HYPER Iterative重建采集1.5 min/床位、2.0 min/床位、2.5 min/床位组间肝脏、血池SD、SNR两两比较差异均无统计学意义。
图3 高、低剂量组OSEM与HYPER Iterative重建图像肝脏、血池SD、SNR随采集时间变化折线图
A、C：高剂量组；B、D：低剂量组。
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讨 论
随着核医学在诊断领域应用的日益广泛，更多的新型正电子放射性核素为大家所关注。其中，64Cu半衰期为12.7 h，在医学诊断中具有显著优势，是具有广阔应用前景的放射性核素。同时其适中的半衰期为放射性示踪剂的生产和质量控制提供了足够的时间，便于运输，可实现延迟成像，并且具有可接受的患者剂量。目前64Cu已广泛应用于肿瘤、心血管疾病等疾病的诊断中［12-14］。例如，64Cu-DOTA-TATE（Detectnet）已被美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准用于成年患者中生长抑素受体阳性神经内分泌肿瘤的定位。因此，64Cu-FAPI-XT作为一种64Cu标记的FAP靶向放射性药物，具有巨大的临床应用潜力。在显像时，除设备硬件性能外，不同体重患者注射剂量、采集时间与重建算法都会直接影响64Cu-FAPI-XT PET/CT中的诊断准确度。
PET/CT灵敏度的显著提升为短时扫描的实现提供了强有力的支持，已有研究［15］表明，长轴PET/CT全身扫描1.0~1.5 min/床即可获得较高的图像质量，同时亦能保证较高的病灶检出率。本研究深入探讨了64Cu-FAPI-XT PET/CT在不同采集条件下对图像质量的影响。首先，针对采集时间的变化，我们观察到较短采集时间可能导致图像噪声增加，而延长采集时间可能提高图像的信噪比，这也与相关研究［16-17］结果一致。但较长的采集时间，患者舒适度降低，呼吸、心脏搏动等运动伪影也会对图像质量造成影响［18］，这提示在临床实践中，需权衡采集时间与图像质量之间的关系，以确保在有限的时间内获得尽可能准确的图像。
另一方面，长轴PET/CT拥有超高的灵敏度，即使在较低的注射剂量下也能获得满足诊断要求的图像，更有利于减少患者接受到的辐射剂量［19］。本研究以其他种类放射性药物注射剂量为参考［20-21］，同时为确保图像质量与患者安全，所有患者均注射64Cu-FAPI-XT 111~185 MBq，并根据体重计算划分高剂量组（2.22~3.22 MBq/kg）与低剂量组（1.59~2.18 MBq/kg）。其中对不同注射剂量的研究显示，注射高剂量（2.22~3.22 MBq/kg）的64Cu-FAPI-XT似乎有助于提高图像的清晰度和检出较小病灶。然而，我们也应考虑增加药物剂量的同时，亦会增加药物不良反应发生的风险及加重辐射剂量的累积效应。相反，减小药物剂量会使图像清晰度降低，图像噪声增加，需要适当延长扫描时间予以弥补。
此外，本研究对OSEM和HYPER Iterative两种图像重建算法的比较揭示了其在不同采集条件下的性能差异。与HYPER Iterative算法重建相比，OSEM重建均需更高的注射剂量或更长的扫描时间才能确保较好的图像质量。已有研究［22］表明，无论是对于较大的阳性大病灶（≥2 cm），或对于较小的阳性病灶（≤10 mm），HYPER Iterative重建均比OSEM重建拥有更高的病灶TBR，更有利于病灶的显示。在本研究中，因OSEM算法的重建特性与自身存在的缺陷，随着迭代次数的增加，噪声也会随之增加。噪声抑制需通过减少迭代次数控制，因此降低了图像对比度与图像精度。相比之下，HYPER Iterative重建通过正则化强度β值能更有效地控制噪声，在更短的扫描时间下能获得更稳定的图像质量。
总而言之，本研究证明应用uMI Panorama PET/CT，注射高剂量（2.22~3.22 MBq/kg）64Cu-FAPI-XT采集1.5 min/床位或注射低剂量（1.59~2.18MBq/kg）64Cu-FAPI-XT采集2.0 min/床位，采用HYPER Iterative算法对PET图像进行重建，图像质量可满足日常诊断要求。此研究为64Cu-FAPI-XT PET/CT的优化提供了实证基础，未来在采集条件选择、剂量控制以及图像重建算法优化方面的深入研究将进一步推动该技术在肿瘤诊断中的发展。
［参考文献］
编辑：徐虹
审核：倪明
