【摘要】目的探讨基于特定重建算法及校正方法的SPECT／CT绝对定量方法及其影响因素。方法分别对Jaszczak圆柱模型、国际电工委员会(IEC)体模进行SPECT／CT显像。根据圆柱模型重建图像获得系统容积感兴趣区(VOI)灵敏度(S。。)，对IEC体模内已知活度的不同大小热区进行绝对定量计算，并计算其定量精确性。比较三维(3D)一有序子集最大期望值迭代法(OSEM)和二维(2D)一OSEM重建算法、CT衰减校正(AC)和无衰减校正(NOAC)、散射校正(sc)和无散射校正(NOSC)及有无部分容积效应(PVE)校正对定量精确性的影响。采用两样本t检验、单因素方差分析和Pearson相关分析处理数据。结果使用3D—OSEM+PVE校正+CTAC+SC时，6个不同容积热区球体绝对定量值与真实值(374kBq／m1)的平均差异为一2．49％，其定量误差与球体容积无明显相关性(r=一O．795，P>O．05)。无PVE校正时，各球体定量误差随球体容积减小而增大(r=一0．852，P<0．05)。不同重建方法的不同容积球体的定量值与真实值间的平均差异有统计学意义(F=826．631，P<0．05)，其中3D—OSEM+CTAC+NOSC重建图像小于2D一0sEM+C11Ac+NOSc[(52．83+13．79)和(61．33±15．00)kBq／m]]，3D—OSEM+CTAC+SC小于3D—OSEM+CTAC+NOSC[(9．33_+547)和(5283_+13．79)ktkl／rnl]，3D—OSEM+CTAC+NOSC小于3D—OSEM+NOAC+NOSC[(52．83±13．79)和(307．66_+9．24)kBq／ml；均P<0．05]。结论基于3D—OSEM重建算法、CTAC、SC、PVE校正的SPECT／CT绝对定量可获得精确的定量结果。

【关键词】体层摄影术,发射型计算机,单光子,体层摄影术,x线计算机,图像处理,计算机辅助,模型,结构

定量分析是核医学显像技术的主要特点和优势之一．其中SPECT绝对定量是指通过一系列技术手段获得脏器、病灶组织对放射性药物摄取的绝对量。本研究通过模型实验，探索建立SPECT／CT绝对定量的方法及流程，并分析影响定量精确性的相关因素．现报道如下。

材料与方法

1．仪器和设备。采用德国Siemens公司SymbiaT16SPECT／CT仪，配低能高分辨准直器，系统空间分辨率6．76mln，系统平面灵敏度87k·S～·MBq～，配16排螺旋CT。放射性活度计(RM．905a型)为北京中恒创新科技有限公司产品．灵敏度3．7kBq。显像模型为美国DataSpectrum公司生产的Jaszczak圆柱模型(无插件)、美国电气制造商协会(NationalElectricalManufacturersAssociation．NEMA)国际电工委员会(InternationalElectrotechnicalCommission，IEC)体模(内置热区球体插件直径分别为10、13、17、22、28和37mm，容积分别为0．52、1．15、2．57、5．57、11．49和26．25m1)。

2．实验方法。(1)Jaszczak模型显像。在Jaszczak模型中分别注人放射性浓度为70．76和39．45kBq／IIll的99Tc“溶液进行2次显像，每次显像采集2组不同时间(20s／帧和10s／帧，各120帧)的原始数据，每组重复采集3次。采集矩阵128×128，放大倍数1．35。采用双能窗，主能窗130～150keV，散射窗110～130keV，窗宽15％，步进式360。采集。CT扫描参数：电压120kV，电流150mA，层厚10mm，螺距1．0。采用三维(3dimensional，3D)一有序子集最大期望值迭代法(ordered．subsetsexpectationmaximi．zation，OSEM)重建图像，6个子集，8次迭代，采用CT衰减校正(attenuationcorrection，AC)和散射校正(scattercorrection，SC)获得断层图像。

(2) 系统容积感兴趣区(volumeofinterest，VOI)灵敏度(|s。。。)的计算。在Jaszczak模型SPECT／CT融合图像中勾画3000ml的VOI。S。Ⅲ采用下式[1]计算：

式中众(j)为特定球体VOI的真实计数率，需通过公式(2)作衰变校正；i’指特定的成像条件。

比较特定小球绝对定量值及真实活度(放射性浓度)，计算不同大小球体在有和无放射性计数恢复校正时的定量误差：定量误差=(定量值一真实值)／真实值X100％。

(5) 不同重建算法及相关校正对定量精确性的影响。基于2．(4)中采集的原始数据进行图像重建：①3D—OSEM+CTAC+SC：②3D—OSEM+CTAC十无散射校正(noscattercorrection，NOSC)；③二维(2dimensional．2D)一OSEM+CTAC+NOSC；④3D．OSEM+无衰减校正(noattenuationcorrection，NOAC)+NOSC。按公式(4)对重建图像中的球体进行定量计算，并验证其定量精确性；比较不同重建方式各球体的定量值与其真实活度值的差异。3．统计学处理。采用SPSS17．0软件处理数据，符合正态分布的计量数据以元±s表示。

2组间数据比较行两样本t检验。多组间数据比较采用单因素方差分析，相关性分析采用Pearson相关，P<0．05为差异有统计学意义。

结果

基于Jaszczak圆柱模型2次显像共12次数据采集的重建图像，平均Svo,为(13．32+0．32)cpm／kBq，不同放射性浓度的模型显像获得的svo。间差异无统计学意义[(13．30+0．30)和(13．32+0．31)cpm／kBq；t=一0．091，P>0．05]。不同采集时间显像获得的．s。o。间差异亦无统计学意义[(13．29±0．29)和(13．33±o．32)cpm／kBq；￡=一0．231，P>0．05]。

IEC体模重建图像各球体VOI勾画见图1。各球体VOI放射性计数密度与其真实计数密度的差异随球体容积增大而减小(r=一0．832，P<O．05)。热区放射性浓度为764kBq／II!a的IEC体模显像中，O．52rnl球体计数密度的平均差异为(8279_+63)cpm／ml，26．25ml球体平均差异为(1725_+24)cpm／ml。基于IEC体模不同热区放射性浓度(764和355kBq／m1)2次显像共12次数据采集的重建图像。0．52—26．25ml球体平均C，分别为0．21±0．01、0．34±0．02、0．53±0．03、0．62+_0．01、0．74±0．01和0．84±0．01；各球体平均C。随球体容积的增大而增大(r=0．841，P<0．05)。

IEC体模重建图像各球体在有或无部分容积效应(partialvolumeeffect，PVE)校正的定量计数结果及定量误差见表l。使用3D．OSEM+PVE校正+CTAC+SC时，6个不同容积热区球体绝对定量值与真实值平均差异为一2．49％．其定量误差与球体容积无明显相关性(r=-0．795，P>0．05)。无PVE校正时，各球体定量误差明显增加，且随球体容积减小而增大(r=-0．852，P<0．05)。

不同重建算法和校正状态下，各球体定量结果及其定量误差见表2，其中3D．OSEM+CTAC+SC的定量误差最小．3D—OSEM+NOAC+NOSC的定量误差最大。4种方法的各球体平均定量值与其真实值间的平均差异有统计学意义(F=826．631，P<O．05)。其中。3D—OSEM+CTAC+NOSC明显小于2D．OSEM+CTAC+NOSC[(52．83+13．79)和(61．33±15．00)kBq／m1]，3D．OSEM+CTAC+SC小于3D—OSEM+CTAC+NOSC[(9．33±5．47)和(52．83+13．79)kBq／m1]，3D—OSEM+CTAC+NOSC小于3D—OSEM+NOAC+NOSCf(52．83±13．79)和(307．66_+9．24)kBq／ml；均P<O．05]。

讨论

SPECT／CT仪的出现使SPECT的精确定量成为临床应用和研究的热点，多项研究[2刮均获得了小于10％的定量误差百分比。本研究采用已知放射性活度的均匀圆柱模型做定标实验。测定仪器S。o。(cpm／kBq)，再对待定量球体勾画VOI，获得单位容积的放射性计数(counts／m1)，转换计算后获得球体的绝对定量值(kBq／m1)。本研究各球体平均定量误差为一2．49％。且与球体容积无明显相关(r=0．795，P>0．05)。

SPECT图像空间分辨率相对较差．其定量结果易受重建算法、有无AC、散射及PVE等的影响[5]。目前．PET和SPECT的重建算法有解析算法和迭代算法，后者可明显改善图像质量，尤其是采用的三维重建技术使其可进行深度响应校正，恢复空间分辨率，大大提高了断层图像的分辨率。Zeintl等[1]对99Tc”进行的定量研究采用了3D—OSEM+PVE校正+CTAC+Sc，其模型的平均定量误差为3．6％。本研究使用3D—OSEM重建时各球体的定量值与真实值的平均差异明显小于2D．OSEMf(52．83±13．79)和(61．33±15．00)kBq／m1]。

AC对射线在体内的衰减进行精确补偿是SPECT定量的基础．CTAC能明显增加深部组织的放射性计数，提高图像分辨率。基于CTAC的SPECT定量方法可明显提高定量精确性M。]。本研究中容积为26．25IIll的球体在3D．OSEM+CTAC+NOSC的定量误差为一15。78％．而在3D—OSEM+NOAC+NOSC的定量误差为一81．82％。散射也是影响SPECT图像质量及定量精确性的重要因素之一，目前有多种方法可用于SPECT的SC旧]。双能窗法最为常用。DaSilva等[91采用99Tc…心脏模型及活体进行定量研究，应用CTAC和PVE校正，而未行SC，其模型的定量误差为4％～7％，活体的定量误差为10％。本研究采用sc时各球体的定量值与真实值的平均误差明显小于NOSC的定量误差『(9．33±5．47)和(52．83+13．79)kBq／m1]。

PVE对SPECT定量的影响与物体体积密切相关。Dewaraja等[91对131I定量模型的研究显示，容积为8～95ml的球体的平均定量误差小于17％，4ml球体的定量误差为3l％。本研究采用放射性计数恢复的方法进行PVE校正[1引，无校正时容积为26．25“的球体定量误差为一16．04％。0．52ml球体的定量误差为一79．68％：有校正时各球体的定量精确性得到明显提高(一4．81％—一0．53％)，且其定量误差与球体容积无明显相关。

本研究表明．采用合适的重建算法及相关校正技术，SPECT可获得精确的绝对定量值。但SPECT绝对定量计算过程复杂．影响因素较多．须进行严格的质量控制。本研究仅探讨了特定重建算法及校正状态下特定容积球体的定量计算，未讨论其他可能影响定量精确性的因素(如测量误差、仪器性能、病灶形状及位置、采集及重建参数等)。因此，本研究结果只适用于实验所用机型及实验中的特定条件下。