衰减校正与线衰减校正

与CT透射型扫描不同，PET探测的是发射型扫描，采用符合探测，有效计数量低，介质的影响不能忽略。否则，图像将不能解释，需要对采集的数据进行校正是多方面的，但最重要的是衰减校正。在电子对湮灭辐射中只有少量光子能够沿着最初的发射方向穿透介质到达探测器，其余大部分在介质中穿行时或被反射或被散射或被吸收，这种现象称为衰减。衰减的程度不仅与光子在介质中穿行的路程长度有关，而且与介质的性质有关。探测器探测一对511keVγ射线的符合事件，符合电路确认进入同一时间窗口的符合事件为来自一次湮灭。这些符合事件按各个规定投影面储存，然后用标准的断层重建技术重建，这是理想中的情形。实际上，γ光子穿透人体时，可能因为光电吸收或是康普顿散射等效应而被衰减，组织对γ光子的衰减作用有几个特性：第一，计数的损失（loss of counts），最终造成计数不足、信噪比不佳。PET采用符合探测，必须相对两侧同时探测到γ光子才会成为一个有效的计数，研究表明成对电子发生湮灭概率与湮灭反应发生的深度无关（depth independent），与γ光子穿透介质的总厚度有关，两符合光子在沿着响应线（line of response，LOR）上各处的衰减因数值均相等。第二，组织对γ光子的衰减作用还有一个重要的特性，即不均匀性（nonuniformity），指因为湮灭反应在人体组织中发生的位置不同，光子穿透各方向的介质总路径距离可能不一样，也就是说，每个投影方向上的d1+d2都不同，d1+d2越长衰减越多，反之则少。第三，不同组织对于光子的衰减系数不同，得到图像的衰减效果也不会相同，穿透肺脏（μ较低）的光子衰减要比穿透纵隔软组织（μ较高）的光子衰减得少，在未进行衰减校正的肺脏会显出较高的活性。为了让重组的断面影像更加接近原始真实的情形，衰减校正是必需的。

基于光子衰减的这些特性，临床上产生两种衰减校正的方式，一种为运算校正法（calculated correction），另外一种为测量校正法（measured correction），由于人体表面轮廓难以明确界定且光子衰减中存在非均匀性，为使衰减校正更加精确，临床上多采用第二种方法。临床常规进行透射性扫描（transmission scan）、空白扫描（blank scan）和发射扫描（emission scan），并根据得出的资料计算出每一断层的衰减校正图（attenuation map），接着在滤波反投影或迭代重建中将每个像素的衰减值修正，从而得到经衰减校正后的重建图像。传统的PET扫描仪多采用可收放式68Ge棒源作为穿透放射源进行穿透式扫描及空白扫描，利用阶段式衰减校正法（segmented attenuation correction，SAC）进行衰减校正，空白扫描也作为每日质控（daily QC）的一部分，每天只需要做一次，当日每位患者均采用该次扫描结果进行运算。透射扫描的资料中本身带有一定的散射噪声，SAC将穿透型扫描的资料划分为空气、骨骼、软组织等区域后再依照定义的各组织衰减校正系数重建出衰减校正图进行衰减校正，这可以减少衰减校正图中的噪声。

PET/CT出现以后，以X线作为透射扫描放射源的优势已被临床所接受。Kinahan PE等已经认识到利用CT进行衰减校正的一些优势所在。首先，由于X线光子高流量的特性，CT透射扫描不会被PET正电子示踪剂发出的511keV光子显著干扰。其次，CT数据相对于68Ge穿透扫描获得的数据具有低统计噪声的特点，这会最终降低衰减校正后PET图像的统计噪声。第三，CT采集数据速度快，能够缩短临床的采集时间，可以增加患者流通量。最后，由于68Ge的半衰期仅为270.8d，几乎每年都必须因活性衰减造成扫描时间延长而更换棒源。PET-CT中CT图像建成512×512矩阵图像，但为对应PET发射扫描数据而重建成128×128矩阵，将CT获得的以Hu为单位的身体各部CT值通过双线性函数被转换为511keV下的以cm–1为单位的线性衰减系数，并应用于PET发射扫描获得的数据。68Ge棒源发射出能量为511keV的基本为单能峰的光子，X线则发射波谱宽、能量低的光子（40～140keV）；511keV光子较易发生康普顿散射，而低能X线则更易产生光电效应；光电效应依赖于有效原子序数，而康普顿散射则依赖于电子密度的高低。在电子密度上，包括骨组织在内的人体各种组织是极其相似的，与之相比，各组织原子序数的差别相对大，骨组织的有效原子序数显著高于其他组织，这就从理论上推断出利用CT进行衰减校正时，将骨及其他高原子序数组织或物体的CT值转换为511keV下线性衰减系数比转换非骨组织要复杂得多。Nakamoto等对28位肿瘤或疑为肿瘤的患者进行研究发现，他们让患者在一次检查中同时接受CT透射扫描、FDG发射扫描及68Ge棒源透射扫描，利用两种透射扫描数据对同一发射扫描数据进行衰减校正，然后对图像进行分析。他们发现：当组织CT值近似于水时，利用CT及68Ge进行衰减校正所得图像无明显差异，当病变在骨组织或骨损伤处时，在分别进行衰减校正后的两幅图像同一相对位置划取ROI测两处SUV，发现差异明显有统计学意义。Kamel等以27名戴有金属义齿的肿瘤患者为研究对象，对金属物质对CT衰减校正的影响进行了研究，同样采用CT AC和68Ge AC两种衰减校正方法，他们将得到的两套图像中伪影部分和无伪影部分分别进行两两比较（CT AC和68Ge AC获得图像有伪影处划镜像ROI区，比较两者的SUV比率及差值；另外，在无伪影处划镜像ROI区，同样比较），发现在大多数伪影区所划ROI区CT AC处理后较之68Ge AC者SUV值轻度增高，在金属义齿附近区域如果采用CT AC可能会造成对PET图像判读不利的影响，影响PET-CT的定量研究工作及对PET图像的解释。在人体内各组织中，CT值的变化与两种衰减校正的差异之间存在着较弱的阳性相关。这些结果提示将高CT值转换为511keV下的衰减校正系数存在误差。Visvikis等对特定肿瘤模型、不同浓度对比剂模型的研究结果也支持以上结论，显示如果对比剂浓度过高（那时CT值接近骨组织）则CT衰减校正后易出现伪影，会影响对SUV的判断和对图像的解释。CT为PET做衰减校正的过程见图6-6。

图6-6　PET/CT扫描仪中CT为PET做衰减校正的过程