1、实验研究OSEM 和 TVEM 重建算法对全景 PET 短时采集图像质量的对比研究昝柯宇1，2，赵敏捷1，2，崔晓1，柴雷英1，程召平1，段艳华11 山东第一医科大学第一附属医院核医学科山东济南250014;2 山东第一医科大学山东济南250117【摘要】目的探讨比较有序子集最大期望值迭代算法(OSEM)与正则化迭代法(TVEM)对全景 PET 短时扫描图像质量的影响，并确定短时 PET 扫描获得最佳图像质量的最优正则化系数(值)。方法通过模体试验的背景变异性(BV)、背景变异系数(COV)和小球活度恢复系数(CC)评估不同时间下 OSEM 和 TVEM(=0 15 0 95)两种重建算法 P
2、ET 图像质量的影响。连续收集行18F-FDG 全景 PET/CT 检查的 45 例患者资料，采用与模体相同的算法序列进行重建。按照病变大小分为 3 组。比较各组的肝脏背景噪声、信噪比(SN)、病变最大标准化摄取值(SUVmax)和靶本比(TB)。行 Kappa 检验和 Wilcoxon 秩和检验分析数据。结果模体研究显示相同采集时间下 TVEM 的 BV、COV 均小于 OSEM，热球的 CC 均高于 OSEM(除 60 s 0 75，0 95)，且随着 值的增加而降低。临床结果显示在相同时间下TVEM 中背景噪声均低于 OSEM(P 0 001)，且随时间和 值的增加而减低，肝脏 SN 随
3、采集时间和 值的增加而增高。TVEM 组病变 SUVmax 和 TB 比 OSEM 增高(P 0 001)，小于 10 mm 的病变 SUVmax 增高更明显(提升范围40.8%54 9%)。2 位医师对图像质量的诊断一致性较强(kappa 值为 0 729)。结论与 OSEM 相比，TVEM 可以降低 图像噪声、显著提高图像质量及病变的SUVmax，10 mm病变更显著。对于全景PET短时采集，推荐使用T=60 s，=0 35 0 55。【关键词】正电子发射断层显像术;体层摄影术，X 线计算机;脱氧葡萄糖;重建算法中图分类号:322 4;817文献标识码:A文章编号:1006-9011(20
4、23)04-0632-05Comparative study of OSEM and TVEM algorithms on image quality of total-body PET with short acquisitionZAN Keyu1，2，ZHAO Minjie1，2，CUI Xiao1，CHAI Leiying1，CHENG Zhaoping1，DUAN Yanhua11 Department of Nuclear Medicine，The First Affiliated Hospital of Shandong First Medical University，Jinan
5、 250014，China2 Shandong First Medical University，Jinan 250117，China【Abstract】ObjectiveTo compare the effects of the ordered subset expectation maximum(OSEM)and total variation regular-ized expectation maximization(TVEM)on the image quality of total-body PET with short acquisition，and to determine th
6、e opti-mal regularization factor(value)for obtaining the best image quality for short-time PET scans MethodsThe BV，COV，andCC were evaluated between different reconstruction algorithmsOSEM and TVEM(=0 15 0 95)with different acquisi-tion time in the phantom test Forty-five patients who underwent total
7、-body18F-FDG PET/CT were collected and the data were re-constructed using the same algorithmic sequence as the phantom study All lesions were divided into 3 groups by longest axis di-ameter The image noise，signal-to-noise ratio(SN)of liver，maximum standardized uptake value(SUVmax)，and target-to-back
8、ground ratio(TB)of lesions were compared among the groups Kappa test and Wilcoxon rank sum test were performedesultsIn phantom study，the BV and COV values of TVEM algorithm with the same acquisition time were smaller than thoseof OSEM algorithm，and the CC of hot sphere was higher than that of OSEM(e
9、xcept 60s-0 75，0 95)，and decreased with in-creasing value Clinical studies showed that image noise was lower in TVEM than OSEM at the same time(P 0 001)anddecreased with increasing time and value Liver SN increased with increasing acquisition time and value Lesion SUVmaxand TB were higher in the TVE
10、M group than OSEM(P 0 001)，and SUVmax increased more significantly in lesions smal-ler than 10 mm(increased from 40 8%to 54 9%)There was strong diagnostic agreement between the 2 physicians for imagequality(kappa value of 0 729)ConclusionCompared with OSEM，TVEM can reduce image noise，and significant
11、ly improveimage quality and SUVmax of lesions，especially for lesions less than 10 mm For total-body PET with short-time acquisition，thecombination of T=60 s and =0 35 0 55 are recommended【Key words】Positron-emission tomography;Tomography，X-ray computed;Deoxyglucose;econstruction algorithm基金项目:国家自然科学
12、基金项目(编号:82202235);山东省自然科学基金面上项目(编号:Z2022MH165)作者简介:昝柯宇(1996-)，女，毕业于潍坊医学院，本科学历，在读硕士研究生，主要从事影像医学与核医学诊断工作通信作者:段艳华E-mail:15966067246163 com236医学影像学杂志 2023 年第 33 卷第 4 期J Med Imaging Vol33 No4 202318F-FDG PET/CT 已广泛应用于肿瘤、心血管和神经系统等疾病诊断和治疗监测1，且在发热待查病因学诊断方面发挥着重要的作用2，除检查费用外，放射辐射和采集时间长是制约 PET 应用的主要因素。最新的全景 PET
13、 扫描仪具有 194 cm 轴向视野，可同时获取整个人体的符合光子，提高检测灵敏度3-4，从而使得减少放射性核素注射活度和缩短数据采集时间成为可能5。临床上多采用有序子集期望值最大化算法(or-dered subset expectation maximization，OSEM)进行图像重建，但 OSEM 通常在有限的迭代次数内停止以保持图像质量与噪声的平衡，因此会影响病变的定量分析6。正则化迭代算法(total variation regular-ized expectation maximization，TVEM)是新一代迭代重建技术，该算法是在 OSEM 基础上引入一个抑制噪声的惩罚函数
14、(由正则化系数 值控制)，使病变的 SUV 值更准确、图像分辨率更好7。本研究旨在比较 OSEM 和 TVEM 两种算法对短采集时间全身 PET 图像质量的影响，并确定最佳的正则化系数 值。1资料与方法1 1NEMA 模体试验选择美国国家电气制造商协会(national electri-cal manufacturers association，NEMA)的图像质量模体，模型包含 6 个直径依次为 10、13、17、22、28、37mm 的球体。前 4 个球体内注入18F-FDG 活性浓度为 10 6 MBq/L 的溶液(热球)，球体外溶液18F-FDG 的比活度为 2 65 MBq/L，靶本
15、比为 4:1，后两个球体内注入纯水(冷球)。使用 uEXPLOE PET/CT 扫描仪(上海联影医疗公司)，扫描时间为10 min，进一步重建为300 s、180 s、60 s，并进行 OSEM 及 TVEM 算法重建。OSEM 设置子集 20，3 次迭代，TOF+PSF 建模，矩阵 192 192，层厚 2 886 mm。TVEM 的 值为0 15、0 35、0 55、0 75、0 95，TOF+PSF，共24个序列。背景噪声用背景变异系数(COV)表示，在三个连续层面的模体背景上绘制三个圆形感兴趣区域(OI)，面积为 1074 mm2，共 9 个 OI。背景 COV定义为标准差 SD 与平
16、均像素的比值。将 9 个 OI的 COV 平均值作为模体背景的最终 COV 值。根据EAL 程序的建议8，COV 15%表示可接受的噪声水平。在球体的中央层面绘制与球体直径相同的圆形 OI，根据 NEMA NU-2-2012 标准，分析每个球体的对比恢复系数(CC)和背景变异性(BV)。CCH=CHCB-1aHaB-1100%(1)CCC=(1 CCCB)100%(2)BV=SDCB(3)其中 CCH为热球的对比恢复系数，CCC为冷球的对比恢复系数，CH、CB、CC 分别为热球(H)、背景(B)与冷球(C)OI 的平均计数，aH 和 aB 分别是热球 与 背 景 OI 中 的 活 度 浓 度。SD 为 背 景 标准差。1 2临床评估1 2 1观察对象首先选取 8 例行18F-FDG PET/CT 扫描的患者资料，共 20 个病变进行预实验。其次，连续收集行18F-FDG PET/CT 检查的 45 例患者，的 100 个病变 PET 图像，其中男性 28 例，女性 17例，年龄 34 84 岁，平均年龄 65 岁。平均体质量指数(body mass index，BMI)为22 9 kg