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为解决混合 PET 系统在临床应用中质量保证（QA）的难题，如现有实验体模局限多、缺乏自动化分析能力等，研究人员开发了多模态 3D 打印体模和软件用于 PET（正电子发射断层扫描）混合系统的 QA 评估。结果证明了该方案的可行性和适用性，为临床提供了高效的 QA 解决方案。
在医学成像领域，混合正电子发射断层扫描（PET）系统意义重大。它能把 PET 的功能信息与计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MR）的解剖和功能信息相结合，在肿瘤、神经和心血管疾病的诊断、治疗策略制定等方面发挥关键作用。比如在肿瘤学中，PET/CT 可用于肿瘤诊断、分期及放疗计划；PET/MR 因辐射低、软组织成像好，在肿瘤和神经疾病早期诊断中愈发重要。
然而，混合 PET 系统在临床应用时，需要标准化的质量保证（QA）协议。目前实验体模存在诸多问题，多数商业体模专为单一模态设计，评估参数有限且缺乏自动化分析软件，在 PET/MR 系统中，体模材料还存在不稳定等情况。为了解决这些问题，西班牙拉费健康研究所（La Fe Health Research Institute）等机构的研究人员开展了相关研究。
研究人员开发了一种多模态 3D 打印体模和软件，用于 PET 混合系统（PET/CT 和 PET/MR）的图像质量评估，包括信号、空间分辨率、放射组学特征、配准和几何畸变等方面。
实验体模
设计了一个多部分的 3D 打印体模，各部分用于不同的质量分析。其主结构是一个圆柱体，可容纳三个可填充的圆柱形插入物，中心插入物用于配准分析，左侧内圆柱用于畸变分析，还有一个可选择使用的填充圆柱。此外，体模前面还附加了量化部分和分辨率部分等。量化部分有用于 PET 成像的填充插入物和用于 CT 成像的不同密度插入物；分辨率部分包含不同直径的 MR 可见树脂棒，用于评估图像分辨率。
质量指标
研究中设定了多种质量指标。信号量化通过获取 PET 填充量化插入物的活度浓度恢复系数（RCs）和 CT 密度插入物的校准曲线来评估；分辨率通过计算 PET、CT 和 MR 图像中棒与背景的对比度、沿棒的强度轮廓以及可区分棒的数量来评估；配准通过计算配准插入物区域的 Dice 相似系数（DSC）和相对距离来评估；放射组学计算 PET、CT 和 MR 在不同感兴趣体积中的 48 个特征；畸变通过分析 MR 成像中圆柱形插入物网格的边、网格切片之间的轴向距离和面板插入物壁来评估。
设备与软件
研究使用了三个不同的 PET/CT 系统（飞利浦 Gemini TF64 PET/CT、飞利浦 Vereos PET/CT、西门子 Biograph Vision 600 PET/CT）和一个 PET/MR 扫描仪（GE SIGNA PET/MR）。开发的 QA 软件基于 Python，可作为 3D-Slicer 程序的插件使用，输入扫描 3D 打印体模得到的 PET、CT 和 MR DICOM 图像及预定义参考分割，软件分为量化、分辨率、配准、放射组学和畸变五个模块进行分析并生成报告。
统计分析
对飞利浦 Gemini TF64 PET/CT 系统进行了 5 个月的时间特征分析，在 7 天内进行 21 次测量，每次测量连续采集三次。分析每日响应、日内变异性和长期重复性。对其他成像系统，在一天内进行三次连续采集，获取每日响应和日内变异性，并使用 Wilcoxon 符号秩检验（WSRT）比较不同设备的质量指标。
研究结果
- QA 协议可行性：通过对飞利浦 Gemini TF64 PET/CT 系统的评估，验证了 QA 协议的可行性。CT 成像的校准曲线平均为 HU = (951 ± 12) × 密度 - (944 ± 15)，PET 成像的平均 RC 为 μ = 0.90 ± 0.08。在分辨率方面，CT 和 PET 图像的对比和可区分棒数量不同；配准分析中，7 天内有 4 天未达到良好配准的阈值；放射组学特征显示 CT 和 PET 的变异性不同。
- QA 软件适用性：在另外两个 PET/CT 系统（飞利浦 Vereos PET/CT 和西门子 Biograph Vision 600 PET/CT）和一个 PET/MR 系统（GE SIGNA PET/MR）上应用该 QA 软件，结果表明该软件在不同系统上均能有效评估图像质量。如不同系统的信号量化、分辨率、配准和放射组学特征等指标各有差异。
- 不同系统图像质量可比性：不同系统的 CT 成像校准曲线不可比，PET 成像中不同系统的浓度 RCs 存在差异，配准值在不同系统间也有所不同。
研究结论与讨论
研究人员成功开发并验证了用于混合 PET 系统的图像质量保证套件（体模和软件）。该套件为图像采集和分析提供了指导，能生成即时质量报告，有助于提高临床实践水平。与现有商业体模相比，该 3D 打印体模具有多模态评估、操作简便、材料环保等优势，QA 软件可半自动提取多种质量参数，减少处理时间和用户误差。不过，该体模也存在局限性，如不模拟人体解剖结构，限制了在更现实临床场景中的分析，目前研究人员正致力于开发解剖逼真的体模。总体而言，该研究为医学成像领域的质量保证提供了新的工具和方法，对推动混合 PET 系统在临床中的应用具有重要意义。
