基于PET/CT影像外渗建模的数字孪生方法在个性化放射剂量学中的应用研究

本研究针对PET检查中放射性药物外渗（extravasation）导致的诊断准确性下降和患者安全风险问题，通过整合PET/CT DICOM数据、Synopsys? Simpleware? Medical三维建模与MCNP6.2?蒙特卡罗模拟，构建了患者特异性数字孪生模型。研究实现了18F-FDG外渗事件的精准剂量计算（与OLINDA/EXM?结果偏差仅8%），为核医学个性化剂量评估提供了创新框架。

　　

在核医学领域，正电子发射断层扫描（PET）已成为癌症诊断和分期的重要工具，但其依赖的放射性药物如18F-FDG（氟代脱氧葡萄糖）在静脉注射时可能发生外渗（extravasation）——即药物意外渗入注射点周围组织。这种现象不仅会扭曲标准摄取值（SUV）等关键诊断参数，导致病灶识别错误，更可能因局部高辐射剂量引发组织坏死。尽管已有OLINDA/EXM?等标准化剂量计算软件，但其基于球形模型的简化假设难以精确反映复杂解剖结构中的剂量分布。

针对这一临床痛点，意大利卫生部资助的研究团队在《Radiation Physics and Chemistry》发表了一项突破性研究。他们利用一例真实18F-FDG外渗患者的共记录PET/CT数据，通过高精度三维建模与蒙特卡罗模拟，首次构建了外渗事件的"数字孪生"模型。这种患者特异性方法不仅解决了传统剂量学软件个性化不足的缺陷，更为核医学安全实践提供了可推广的技术框架。

研究采用四大关键技术：1）基于伦理委员会批准的临床队列（注册号448/2021/SPER/IRCCSE）获取共记录PET/CT DICOM数据；2）使用Synopsys? Simpleware? Medical进行解剖结构分割与三维建模；3）构建非结构化四面体网格用于MCNP6.2?蒙特卡罗模拟，动态纳入18F-FDG有效半衰期（T_eff
）；4）通过RadEye SPRD探测器实测剂量率与OLINDA/EXM?计算结果双重验证。

Co-recorded PET/CT DICOM数据采集
研究选取典型18F-FDG外渗病例，通过同步PET/CT成像精确定位外渗区域，获取包括注射部位组织密度、放射性活度分布等关键参数，为数字孪生提供解剖与功能数据基础。

MCNP6.2?基准验证
蒙特卡罗模拟结果显示外渗区域吸收剂量为0.228 Gy，与OLINDA/EXM?的0.211±0.053 Gy结果仅相差8%，验证了模型的可靠性。实测剂量率显示外渗侧手臂辐射水平达对侧的116倍，凸显临床风险。

讨论
该数字孪生框架成功克服了传统体素化模型的"阶梯状"伪影问题，通过四面体网格实现解剖结构的高保真再现。动态模拟18F-FDG清除过程更真实反映外渗演变，为临床决策提供时间维度参考。

结论
这项研究建立了首个整合多模态影像、计算建模与蒙特卡罗模拟的外渗剂量学分析平台。其技术路线可直接推广至治疗用放射性药物（如177Lu标记药物）的安全性评估，对推动精准核医学发展具有重要意义。研究团队特别指出，未来结合方差缩减技术与放射生物权重因子，可进一步扩展该框架在放射治疗优化中的应用潜力。

（注：作者Lorenzo Isolan等声明研究受意大利卫生部"5perMille 2020"计划资助，Mauro Iori报告潜在利益冲突）