基于定制化人体仿生模型的PET/CT成像部分容积效应校正中恢复系数的计算研究

本研究针对PET/CT成像中部分容积效应（PVE）导致小病灶标准化摄取值（SUV）测量失准的问题，通过定制化人体仿生模型模拟不同尺寸病灶（0.3-2.8 cm），在四家医院的多品牌PET/CT系统（含数字/模拟探测器）上开展实验。结果表明恢复系数（RC）与病灶尺寸及解剖区域相关，且不受扫描设备显著影响，为临床小病灶（<0.5 cm）的定量分析提供了标准化校正工具，对提升肿瘤代谢评估准确性具有重要意义。

　　

在肿瘤精准诊疗领域，PET/CT成像技术因其能同时提供代谢与解剖信息而成为重要工具。然而，当面对小于系统分辨率2-3倍（约4-5 mm）的微小病灶时，部分容积效应（PVE）会导致标准化摄取值（SUV）测量严重失真——就像试图用模糊镜头拍摄微小物体时丢失细节一样。这种效应使得临床医生难以准确评估小肿瘤的真实代谢活性，进而影响治疗决策。更棘手的是，当前国际通用的NEMA标准体模仅能评估>1 cm的病灶，且采用均质水模无法模拟真实人体组织密度差异，导致校正模型与临床实际存在鸿沟。

针对这一技术瓶颈，土耳其博阿齐奇大学（Bo?azi?i University）生物医学工程研究所的Gunes Yavuz团队创新性地开发了定制化人体仿生模型。该模型通过嵌入6种尺寸（0.3-2.8 cm）的放射性球体，并置于胸、腹、盆三个解剖区域，首次实现了对亚厘米级病灶（0.3, 0.5, 0.9 cm）在异质组织环境中的PVE系统研究。研究团队联合四家医疗机构，覆盖西门子、飞利浦、GE等主流厂商的模拟/数字PET/CT系统（含TOF和Q-Clear等先进技术），通过144次扫描获取不同球体尺寸、背景活度比（4:1和8:1）的RC数据。

关键技术方法包括：1）采用3D打印定制仿生模型模拟人体组织异质性；2）多中心标准化扫描协议确保数据可比性；3）基于渐近回归模型（ARM）的RC曲线拟合；4）线性回归分析评估设备/区域因素影响。

【结果发现】

• RC与病灶尺寸强相关：0.3 cm球体的RC低至0.075-0.154，而2.8 cm球体可达0.8-0.9，证实PVE对小病灶的影响呈数量级差异。

• 解剖区域影响有限：胸、腹、盆部RC差异<10%，提示校正模型可跨区域适用。

• 设备技术差异显著：数字PET系统（Site-4）虽图像质量更优，但因校准问题RC反低于模拟设备，强调设备特异性校准的必要性。

【讨论与意义】

这项发表于《BioMedical Engineering OnLine》的研究首次证明：人体仿生模型可突破NEMA体模的尺寸限制，为亚厘米级病灶提供临床实用的RC校正数据库。尤为关键的是，研究发现RC主要取决于病灶尺寸而非解剖位置，这意味着未来可开发通用型校正算法。研究还揭示了当前数字PET系统在定量校准方面的潜在缺陷，为厂商改进技术提供了实证依据。

随着人工智能在医学影像分析中的普及，该研究建立的RC数据库将成为AI算法训练的重要基准——就像为"智能诊断"提供了一把校准微小病灶测量的"标尺"。作者展望未来开发儿童/老年等特定人群仿生模型，并最终通过AI构建虚拟体模，实现全自动化PVE校正，这将极大推动PET成像在早期肿瘤检测和疗效评估中的应用价值。