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PET/CT全身扫描在肿瘤早期诊断、临床分期和疗效评估中均具有重要的作用，并且已被临床广泛接受。但是，PET/CT全身扫描使患者接受正电子显像剂产生的γ射线辐射的同时又要接受CT扫描中X射线的辐射，这就要求PET使用的正电子显像剂和CT扫描使用的X射线剂量均要低于单独的PET和诊断CT使用的剂量。为了降低正电子显像剂注射剂量、同时保证PET图像质量和扫描速度并不降低，新一代的PET采用了全三维采集技术、飞行时间和点扩展函数图像重建技术等[1]。但是，对于CT扫描主要通过降低扫描剂量来减少对患者的辐射剂量，这就造成PET/CT全身扫描中CT图像质量明显不如常规诊断的CT图像质量，全身扫描PET/CT图像不能直接用于临床诊断，同时也不适合用于实体瘤疗效评估（response evaluation criteria in solid tumours，RECIST）标准评估肿瘤治疗疗效。为了解决这一问题，我院采用CT低剂量自适应统计迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction，ASiR）技术对PET/CT扫描中的CT图像进行重建[2-3]，使得PET/CT扫描中的CT图像具有临床诊断价值，并能够适用于RECIST1.1标准要求。现将研究结果报道如下。
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随机选取2011年11月至2012年6月行PET/CT全身扫描的受检者30例，其中男性和女性各15例，年龄（58.2±12.8）岁。其中，27例患者经临床确诊，包括肺癌10例、肝癌3例、脂肪肝4例、结肠癌4例、卵巢癌3例、骨髓瘤1例、胃癌2例；另外3例为正常体检者。
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用于测量CT值准确度和噪声的水模由美国GE公司生产，该水模直径20 cm，其中充满水。对水模进行两次扫描，扫描条件分别为：120 kV、120 mA及120 kV、300 mA。CT性能模型也由美国GE公司生产，该模型中钨丝直径为0.08 mm，将其浸入模型水中进行扫描。扫描条件与水模的扫描条件相同。模型的扫描参数设计尽量接近人体CT扫描条件，以便进行对比。对模型图像分别采用常规方法（视野：50 cm，层厚：3.25 mm，重建类型：标准，窗宽/窗位：400/40）和ASiR方法进行重建，ASiR的重建百分比为40%（即40%ASiR）[4-5]。
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所有患者禁食6 h，禁止使用镇静药物，测量血糖浓度后安静休息。然后按体重静脉注射3.70 MBq 18F-FDG（18F-FDG由美国GE公司的MiniTrace和TraceLab FXFDG制备生产，放化纯度 > 99%），安静休息60 min后进行PET/CT（美国GE公司Discovery Elite型产品）扫描。扫描范围从颅顶至大腿中段。PET扫描条件：1.5 min /床位，共7~8个床位；CT扫描条件：螺旋扫描，120 kV，采用自动曝光控制技术（30~210 mA，噪声指数25）。
常规扫描的PET图像均采用三维+飞行时间+点扩展函数进行图像重建。CT图像分别采用常规图像重建方法和40% ASiR方法重建。
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在GE图像处理工作站分别阅读两种方法重建的CT图像，通过视觉确定两种方法发现的CT图像的病灶数。正常组织CT值和标准差的测量选择直径3 cm感兴趣区获得，病灶的CT值和标准差按照病灶的大小进行测量。
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应用Minitab 12软件对数据进行分析，应用t检验对所得的结果进行统计学分析，P < 0.05表示差异有统计学意义。
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由图 1可见，采用120 kV、120 mA和40% ASiR获得的图像噪音与120 kV、300 mA和常规重建方法获得的图像噪音基本一致；模型实验结果表明，采用40% ASiR获得的模型CT值标准差较120 kV、120 mA常规CT图像重建方法降低了33.0%（t=27.76，P < 0.01）。
图 1 不同扫描条件和重建方法获得测量CT值准确度和噪声的水模图像 图中，ROImax：感兴趣区最大CT值；SD：标准差；ASiR：自适应统计迭代重建；40% ASiR：ASiR的重建百分比为40%。
由图 2可见，40% ASiR改善了图像质量、提高了信噪比，但是对模型图像分辨率并无显著改善。
图 2 不同扫描条件和重建方法获得的CT性能模型图像 图中，ASiR：自适应统计迭代重建；40% ASiR：ASiR的重建百分比为40%。
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由表 1和图 3显示，CT 40% ASiR明显降低了正常脑组织、肺组织、纵隔组织、肝脏组织和腰椎部分CT图像噪音，显著提高了图像质量，40% ASiR图像的正常组织（脑、肺、纵隔、肝脏和椎体）平均CT值标准差较常规CT图像重建方法降低了21.08%（t=23.35，P < 0.01）；同时40% ASiR也不同程度地改善了病灶组织的脑、肺、纵隔、肝脏和椎体病灶CT图像的信噪比，病灶（脑、肺、纵隔、肝脏和椎体）平均CT值标准差较常规CT图像重建方法降低了24.43%（t=16.15，P < 0.01）；其中以肝脏病灶最为明显，正常肝脏组织和肝脏病灶CT值标准差分别降低了51.33%（t=34.21，P < 0.01）和49.54%（t=15.21，P < 0.01）。另外，采用40% ASiR获得的病灶直经大于常规方法。由图 4可见，采用40% ASiR得到的CT图像，肝脏的病灶边缘可以清晰显示，以便于显示病灶范围及与18F-FDG PET图像进行融合。
检测部位 例数或病灶数 常规CT图像重建 40% ASiR 病灶直径（cm） CT最大值 CT平均值 标准差 病灶直径（cm） CT最大值 CT平均值 标准差 脑组织 30 - 87.97±12.35 45.50±5.26 13.60±3.04 - 60.55±8.50 37.40±5.55 7.73±1.90 （19.30）a （10.57）a （23.35）a 肺组织 30 - -334.70±125.10 -722.50±279.20 70.47±20.84 - -371.20±119.10 -609.10±497.40 66.78±21.39 （4.81）a （-1.42）b （10.02）a 纵隔组织 30 - 75.17±12.04 40.10±8.18 10.87±2.15 - 56.62±9.33 38.91±7.87 6.08±2.25 （14.21）a （2.94）c （18.83）a 肝脏组织 30 - 102.30±9.53 54.28±6.12 15.78±2.60 - 76.17±8.19 53.30±6.57 7.68±1.43 （20.62）a （1.86）b （34.21）a 腰椎 30 - 276.70±61.50 147.15±46.94 35.16±6.46 - 256.70±64.0 149.74±41.86 26.92±6.29 （4.43）a （-1.04）b （16.65）a 脑病灶 3 2.67±1.36 74.0±9.17 43.4±9.09 12.80±1.01 2.73±1.67 57.33±8.39 36.93±5.46 7.53±2.31 （-3.05）b （2.49）b （2.01）b （6.51）c 肺部病灶 17 2.77±1.75 59.59±16.41 24.82±10.33 15.54±6.25 2.90±1.80 42.29±13.63 23.24±11.03 11.75±10.50 （-3.10）b （-8.54）a （-1.96）b （-2.60）c 纵隔病灶 7 2.24±0.80 62.86±9.84 32.34±8.18 10.73±1.74 2.37±0.83 51.29±16.95 29.27±6.84 10.21±6.99 （-1.05）b （2.51）c （2.86）c （0.24）b 肝脏病灶 14 3.50±2.33 83.43±19.86 32.38±11.06 17.48±4.91 3.60±2.34 58.36±14.32 31.83±11.33 8.82±2.91 （-2.41）a （10.46）a （0.91）b （15.21）a 腰椎病灶 6 1.83±1.05 465.18±198.50 242.1±189.20 72.00±30.30 1.89±0.99 418.8±212.6 241.0±191.1 63.3±32.2 （-1.46）b （1.99）b （0.39）b （47.40）c 表 1 30例受检者采用常规CT图像重建方法和40% ASiR方法的比较(x±s)
图 3 两例受检者腹部低剂量CT扫描图像采用常规和40% ASiR方法得到的重建图像 图中，3a、3c：男性，38岁，正常体检者；3b、3d：男性，45岁，肝囊肿患者；3a、3b：常规图像重建方法；3c、3d：40% ASiR图像。其中，ASiR为自适应统计迭代重建。
图 4 肝癌患者，女性，58岁。18F-FDG PET/CT全身扫描CT图像采用常规和40% ASiR方法得到的重建图像。图中，4a：常规方法重建图像；4b：40% ASiR图像。其中，ASiR为自适应统计迭代重建。
视觉分析发现，30例受检者通过两种图像重建方法获得的CT图像发现的病灶数均为47个，两种方法发现的病灶数无差异。
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本研究使用ASiR技术对PET/CT全身扫描中低剂量CT图像进行重建，以恢复CT图像质量，达到提高PET/CT临床诊断效能，并且使获得的CT图像能够用于RECIST标准的目的。本研究结果表明，在临床工作中ASiR技术对常规PET/CT扫描具有重要的价值。其具体表现如下：
（1）采用ASiR技术降低了低剂量CT图像噪音、提高了低剂量CT图像质量，使得低剂量CT图像能够适应于采用RECIST1.1标准评估实体瘤疗效。采用40% ASiR技术明显降低了模型图像噪音水平，使120 mA扫描获得的模型噪音接近300 mA扫描的水平，而CT值并没有明显改变。降低CT图像噪音不但对于提高临床诊断具有价值，而且对于一些半定量、定量分析具有更重要的价值。
（2）采用ASiR技术能够将常规PET/CT扫描中低剂量CT图像恢复到具有临床诊断价值的图像。PET/CT和常规CT扫描不同，PET/CT在进行PET扫描时必须进行CT扫描，因为CT图像首先需要用于对PET成像过程进行精确的校正。这样PET和CT连续、序列化扫描明显增加了受检者射线的吸收剂量[4]。为此，目前PET/CT使用的规范中要求必须使用低剂量CT扫描，以减少对患者的辐射剂量。但是，低剂量CT图像除了用于对PET图像进行校正外，临床还期望借助同机扫描CT图像提高PET/CT设备整体临床诊断效能。ASiR技术已经广泛应用于CT的临床实践[5-6]，对于降低CT剂量及提高图像质量方面发挥了重要的作用，然而ASiR技术在PET/CT全身扫描中的应用还未见报道，本研究将ASiR技术应用于PET/CT扫描，明显降低了全身CT图像的噪音、显著提高了图像质量，尤其是对腹部肝脏正常组织及病灶边缘的显示更清晰，以方便测量病灶的真实大小，使其适用于RECIST标准。
（3）采用ASiR技术提高了PET/CT的社会效益和经济效益。常规PET/CT全身扫描过程中的低剂量CT图像存在高噪音，这明显影响CT图像临床诊断的效能。有时为了能提高临床诊断准确率，需要在低剂量CT扫描基础上增加局部诊断CT。这就增加了患者的辐射剂量和临床工作的重复性。采用ASiR技术后有效地解决了这一类临床问题。
本研究结果表明，通过ASiR技术能够有效地降低PET/CT全身扫描中低剂量CT图像噪音、提高临床图像质量。
自适应统计迭代重建技术在PET/CT全身扫描中的应用
Adaptive statistical iterative reconstruction technology in the application of PET/CT whole body scans
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摘要:
目的 采用自适应统计迭代重建(ASiR)技术提高PET/CT全身扫描低剂量CT的图像质量。 方法 采用CT性能模型测量CT值准确度和噪声，对模型进行两次扫描，扫描条件分别为：120 kV、120 mA和120 kV、300 mA。另随机选取行PET/CT扫描的受检者30例，按体重静脉注射18F-FDG 3.70 MBq，PET/CT全身扫描条件为：PET采用三维+飞行时间+点扩展函数重建技术，1.5 min/床位；CT采用螺旋扫描，120 kV，自动曝光控制技术(30~210 mA，噪声指数25)。模型图像和患者全身扫描CT图像分别按照常规方法和40% ASiR方法进行重建。 结果 模型和临床研究结果表明，ASiR方法获得的模型CT值标准差较常规CT图像重建方法降低了33.0%(t=27.76，P < 0.01)，正常组织(脑、肺、纵隔、肝脏和椎体)和病灶(脑、肺、纵隔、肝脏和椎体)CT值标准差平均分别降低了21.08%(t=23.35，P < 0.01)和24.43%(t=16.15，P < 0.01)，而肝脏正常组织和肝脏病灶分别降低了51.33%(t=34.21，P < .01)和49.54%(t=15.21，P < 0.01)。 结论 采用ASiR技术明显降低了PET/CT全身扫描低剂量CT图像的噪音，提高了CT图像质量，使其适用于定量分析研究和临床应用。 -
关键词:
- 肿瘤 /
- 正电子发射断层显像术 /
- 体层摄影术，X线计算机 /
- 自适应统计迭代重建
Abstract:Objective To improve image quality of low dose CT in whole body PET/CT using adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) technology. Methods Twice CT scans were performed with GE water model, scan parameters were:120 kV, 120 and 300 mA respectively.In addition, 30 subjects treated with PET/CT were selected randomly, whole body PET/CT were performed after 18F-FDG injection of 3.70 MBq/kg, Sharp IR+time of flight+VUE Point HD technology were used for 1.5 min/bed in PET; CT of spiral scan was performed under 120 kV using automatic exposure control technology (30-210 mA, noise index 25).Model and patients whole body CT images were reconstructed with conventional and 40% ASiR methods respectively, and the CT attenuation value and noise index were measured. Results Research of model and clinical showed that standard deviation of ASiR method in model CT was 33.0% lower than the conventional CT reconstruction method (t=27.76, P < .01), standard deviation of CT in normal tissues (brain, lung, mediastinum, liver and vertebral body) and lesions (brain, lung, mediastinum, liver and vertebral body) reduced by 21.08%(t=23.35, P < 0.01) and 24.43%(t=16.15, P < 0.01) respectively, especially for normal liver tissue and liver lesions, standard deviations of CT were reduced by 51.33%(t=34.21, P < 0.0) and 49.54%(t=15.21, P < 0.01) respectively. Conclusion ASiR reconstruction method was significantly reduced the noise of low dose CT image and improved the quality of CT image in whole body PET/CT, which seems more suitable for quantitative analysis and clinical applications. -
图 1 不同扫描条件和重建方法获得测量CT值准确度和噪声的水模图像 图中，ROImax：感兴趣区最大CT值；SD：标准差；ASiR：自适应统计迭代重建；40% ASiR：ASiR的重建百分比为40%。
图 3 两例受检者腹部低剂量CT扫描图像采用常规和40% ASiR方法得到的重建图像 图中，3a、3c：男性，38岁，正常体检者；3b、3d：男性，45岁，肝囊肿患者；3a、3b：常规图像重建方法；3c、3d：40% ASiR图像。其中，ASiR为自适应统计迭代重建。
图 4 肝癌患者，女性，58岁。18F-FDG PET/CT全身扫描CT图像采用常规和40% ASiR方法得到的重建图像。图中，4a：常规方法重建图像；4b：40% ASiR图像。其中，ASiR为自适应统计迭代重建。
表 1 30例受检者采用常规CT图像重建方法和40% ASiR方法的比较(x±s)
检测部位 例数或病灶数 常规CT图像重建 40% ASiR 病灶直径（cm） CT最大值 CT平均值 标准差 病灶直径（cm） CT最大值 CT平均值 标准差 脑组织 30 - 87.97±12.35 45.50±5.26 13.60±3.04 - 60.55±8.50 37.40±5.55 7.73±1.90 （19.30）a （10.57）a （23.35）a 肺组织 30 - -334.70±125.10 -722.50±279.20 70.47±20.84 - -371.20±119.10 -609.10±497.40 66.78±21.39 （4.81）a （-1.42）b （10.02）a 纵隔组织 30 - 75.17±12.04 40.10±8.18 10.87±2.15 - 56.62±9.33 38.91±7.87 6.08±2.25 （14.21）a （2.94）c （18.83）a 肝脏组织 30 - 102.30±9.53 54.28±6.12 15.78±2.60 - 76.17±8.19 53.30±6.57 7.68±1.43 （20.62）a （1.86）b （34.21）a 腰椎 30 - 276.70±61.50 147.15±46.94 35.16±6.46 - 256.70±64.0 149.74±41.86 26.92±6.29 （4.43）a （-1.04）b （16.65）a 脑病灶 3 2.67±1.36 74.0±9.17 43.4±9.09 12.80±1.01 2.73±1.67 57.33±8.39 36.93±5.46 7.53±2.31 （-3.05）b （2.49）b （2.01）b （6.51）c 肺部病灶 17 2.77±1.75 59.59±16.41 24.82±10.33 15.54±6.25 2.90±1.80 42.29±13.63 23.24±11.03 11.75±10.50 （-3.10）b （-8.54）a （-1.96）b （-2.60）c 纵隔病灶 7 2.24±0.80 62.86±9.84 32.34±8.18 10.73±1.74 2.37±0.83 51.29±16.95 29.27±6.84 10.21±6.99 （-1.05）b （2.51）c （2.86）c （0.24）b 肝脏病灶 14 3.50±2.33 83.43±19.86 32.38±11.06 17.48±4.91 3.60±2.34 58.36±14.32 31.83±11.33 8.82±2.91 （-2.41）a （10.46）a （0.91）b （15.21）a 腰椎病灶 6 1.83±1.05 465.18±198.50 242.1±189.20 72.00±30.30 1.89±0.99 418.8±212.6 241.0±191.1 63.3±32.2 （-1.46）b （1.99）b （0.39）b （47.40）c 
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图(4)表(1)
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