PET-CT呼吸門控顯像對(duì)肺部結(jié)節(jié)的應(yīng)用研究.pdf

1、第一部分背景：
　　 PET／CT（Positron emission tomography/ computed tomography，PET／CT）的分子水平PET檢查的高靈敏度、特異性結(jié)果與清晰顯示解剖的CT的結(jié)果相結(jié)合，尤其在腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)方面，已經(jīng)使其成為一個(gè)廣為接受的對(duì)腫瘤的診斷、評(píng)估、分期和再分期的手段。
　　 在PET／CT系統(tǒng)中，CT掃描很快，普及型CT全身掃描需要數(shù)秒時(shí)間，一個(gè)呼吸周期基本能得到所需的圖

2、像，獲得的圖像幾乎是某時(shí)刻的快照，因此基本不受呼吸運(yùn)動(dòng)影響；而PET掃描速度較慢，每個(gè)體位PET采集要2分鐘-10分鐘，獲得的是經(jīng)歷幾個(gè)，甚至幾十個(gè)呼吸周期的平均圖像。因此在對(duì)肺部進(jìn)行PET／CT掃描時(shí)，由于CT掃描速度明顯快于PET掃描速度，PET和CT掃描受呼吸運(yùn)動(dòng)位移的影響不同，從而導(dǎo)致PET／CT圖像中相同層面的PET圖像和CT圖像在位置及相位上存在一定程度的不匹配而形成PET圖像偽影。
　　 另外一個(gè)產(chǎn)生呼吸偽影的原因

3、是由于在PET／CT系統(tǒng)中，PET圖像的衰減校正是通過CT掃描得到的組織密度圖像完成的，同一個(gè)患者的PET圖像和CT圖像在空間位置和時(shí)相上并不完全匹配(特別在運(yùn)動(dòng)幅度最大的膈膜附近)，用瞬間的CT圖像去對(duì)平均PET的圖像做衰減校正必然出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致PET圖像出現(xiàn)偽影，可能影響胸腹部腫瘤的準(zhǔn)確診斷與治療計(jì)劃的制定。
　　 控制呼吸偽影對(duì)肺部病變的診斷、癌癥分期和放療靶區(qū)的劃定有很重要的意義。呼吸控制技術(shù)以1999年開展的主動(dòng)呼吸控

4、制（active breathing control，ABC）技術(shù)和深吸氣呼吸控制（deep-inhalation breath holding，DIBH）技術(shù)為代表。減少呼吸所致運(yùn)動(dòng)的方法有：外源性呼吸限制(如：呼吸機(jī)的強(qiáng)制通氣)和自我呼吸限制(隨呼吸命令進(jìn)行呼吸控制)，還有就是通過呼吸運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行呼吸門控。由于前者要求患者必須進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，許多患者并不能耐受這一過程。目前呼吸門控成為減少呼吸偽影和進(jìn)行放療靶區(qū)劃定的依據(jù)。

5、　　 呼吸門控的PET／CT顯像（respiratory-gated PET/CT，RG PET/CT），即4D PET／CT的呼吸門控采集，是指通過特定的設(shè)備采集呼吸運(yùn)動(dòng)信號(hào)，利用特殊的掃描程序，將呼吸周期分為若干時(shí)相，然后將與呼吸信號(hào)同步采集的各時(shí)相圖像信息歸類分析，將處于同一呼吸時(shí)相的PET圖像和CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)和衰減校正，從而提供病灶三維空間影像隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)信息。其中CT圖像不僅提供解剖學(xué)信息，還用于PET圖像的衰減校正。

6、國外有少量文獻(xiàn)對(duì)RG PET／CT進(jìn)行了報(bào)道，但國內(nèi)僅有數(shù)篇綜述，尚未見到任何臨床研究報(bào)道。國外對(duì)PET/CT及4D CT對(duì)放療生物靶區(qū)劃定的意義做了較多研究，而對(duì)RGPET／CT對(duì)放療靶區(qū)劃定的價(jià)值尚無定論；少量文獻(xiàn)對(duì)呼吸幅度門控PET/CT的標(biāo)準(zhǔn)化攝取值(standard uptake value，SUV)、腫瘤體積和信噪比進(jìn)行了研究。RG PET／CT對(duì)呼吸偽影校正的價(jià)值，呼吸門控PET中各種半定量指標(biāo)如SUV值對(duì)臨床診斷、分期和

7、放療靶區(qū)的勾畫的價(jià)值成為臨床研究的熱點(diǎn)。
　　
　　 目的：通過復(fù)習(xí)文獻(xiàn)及模擬呼吸器的采集，建立合適的RG PET/CT條件和方法；對(duì)肺部結(jié)節(jié)進(jìn)行RG PET/CT門控采集，并與非門控PET/CT進(jìn)行比較，初步探討呼吸門控技術(shù)對(duì)肺部結(jié)節(jié)SUV、體積估測(cè)的影響；測(cè)量呼吸運(yùn)動(dòng)所引起的位置移動(dòng)變化；對(duì)呼吸門控技術(shù)不同時(shí)相與非門控采集肺部結(jié)節(jié)SUV、體積和位移進(jìn)行相關(guān)性分析；觀察RG PET/CT與常規(guī)采集信噪比的差異及輻射劑量

8、的差別，以期為臨床提供有價(jià)值的信息。
　　 方法：2010年5月至2011年3月在我科進(jìn)行PET/CT顯像的患者，發(fā)現(xiàn)有多個(gè)肺部結(jié)節(jié)，并同意進(jìn)行呼吸門控顯像的患者共19例，14例患者進(jìn)入本研究，其中男6例，女8例，年齡29～80歲，平均年齡（63.7±7.1）歲。PET/CT為GE Discovery VCT型。18F-FDG注射劑量按5.55～7.40MBq/kg計(jì)算，注藥后靜臥休息60min，顯像前排空膀胱。然后用3D模式采

9、集PET圖像，約6—7個(gè)床位。按2 min／床位進(jìn)行PET掃描，用CT對(duì)PET圖像進(jìn)行衰減校正、圖像重建和融合。呼吸門控采集時(shí)要求患者平穩(wěn)、均勻呼吸，用Varian公司實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄呼吸曲線，并向PET／CT 采集控制系統(tǒng)發(fā)送呼吸運(yùn)動(dòng)節(jié)律信號(hào)。先啟動(dòng)呼吸控制系統(tǒng)記錄呼吸節(jié)律信號(hào)，再進(jìn)行RG PET/CT采集。CT為4D掃描，PET 共掃1個(gè)床位6分鐘，分為6個(gè)bins。CT 圖像的“后門控”處理在后臺(tái)工作站上進(jìn)行。先對(duì)呼吸曲線設(shè)置不同

10、的相位值，共設(shè)定6個(gè)時(shí)相（phase1-phase6）：0，16％，33％，50％，66％，83％，吸氣末為0，呼氣末為50％，下一個(gè)吸氣末為100％(即0時(shí)相)，一直循環(huán)；再對(duì)不同相位設(shè)置運(yùn)動(dòng)幅度可接受的相位范圍；最終得到6個(gè)相位的多層CT 圖像系列。將得到的不同時(shí)相CT 重新發(fā)回采集工作站，PET 掃描的呼吸門控圖像在后處理工作站自動(dòng)劃分為6個(gè)時(shí)相的呼吸門控系列圖像，從而得到相匹配的一個(gè)呼吸周期內(nèi)6個(gè)時(shí)相的PET/CT 融合圖像。S

11、UV、體積和位移由AW 系統(tǒng)半自動(dòng)分析獲得，每個(gè)肺部結(jié)節(jié)的每個(gè)指標(biāo)均要進(jìn)行非門控圖像、門控顯像的6個(gè)時(shí)相共七次測(cè)量。SNR 由公式算出。部分病人進(jìn)行了放療靶區(qū)的勾畫。
　　 結(jié)果：①通過復(fù)習(xí)文獻(xiàn)和呼吸模擬器的呼吸門控采集，在保證PET計(jì)數(shù)和CT圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡可能避免CT的輻射危害，得到了適合臨床應(yīng)用的RG PET/CT采集方法。呼吸門控CT采集條件管電壓120KV，管電流30mA，掃描范圍略大于PET一個(gè)床位即15.7cm

12、，螺距及層厚均為固定采集條件，只有電影采集時(shí)間(cine duration=234567+18)隨著每個(gè)病人不同的呼吸周期而變化；呼吸門控PET采集條件與常規(guī)采集不同，主要為呼吸信號(hào)觸發(fā)的每個(gè)床位6分鐘、6個(gè)bin的采集，制定成專門的采集協(xié)議，每個(gè)病人均可用此協(xié)議完成采集。②本研究對(duì)37個(gè)肺部結(jié)節(jié)進(jìn)行RG PET/CT檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)呼吸門控顯像可以提高病灶的SUV值。SUVmax和SUVmean分別可以達(dá)到13.69±6.70和8.56

13、±4.11，明顯高于非門控PET/CT 12.76±6.74及7.66±4.009P＜0.001:；SUVmax提高率可高達(dá)39.99％，最高為32.34％，二者平均提高率為7.29％和11.72％（P＜0.001）；SUVmax在門控與非門控PET/CT中有差別，但相關(guān)性非常好（r=0.971），線性回歸方程為Y?=1.384+0.964x；在門控顯像中，根據(jù)呼吸曲線人為區(qū)分出6個(gè)時(shí)相，分別對(duì)SUVmax與SUVmean進(jìn)行測(cè)定，并與

14、非門控顯像分別進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)：門控顯像各時(shí)相SUVmax與SUVmean均高于非門控顯像；不同時(shí)相間以phase1即吸氣末最高，而phase4（呼氣末吸氣初）最低；不同時(shí)相彼此之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），但不同時(shí)相與非門控顯像SUV變化相關(guān)性很高（P＜0.01)；本研究還對(duì)4個(gè)結(jié)節(jié)常規(guī)顯像中SUV<2.5(定義為輕度攝取)的肺部結(jié)節(jié)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其中有一個(gè)結(jié)節(jié)SUVmax在門控顯像中由2.13升至2.52，變化率達(dá)到18.31

15、％，如果以臨床判斷標(biāo)準(zhǔn)SUV是否大于2.5作為標(biāo)準(zhǔn)，那么呼吸門控顯像有可能影響到臨床診斷和分期；③用呼吸門控與非門控PET 顯像對(duì)病灶體積大小的測(cè)量比較發(fā)現(xiàn)：非門控PET/CT測(cè)定肺部結(jié)節(jié)體積為5.27±7.74，去除呼吸運(yùn)動(dòng)偽影，應(yīng)用RG PET/CT所得到的病灶體積明顯減小，更趨于真實(shí)，僅有4.36±6.97，二者之間差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且二者間有很好的相關(guān)性（r=0.957）；RG PET/CT顯像不同時(shí)相與非門控顯像所測(cè)定的體積有

16、很好的相關(guān)性；對(duì)1名患者應(yīng)用RG PET/CT 進(jìn)行了放療靶區(qū)勾畫，由于RG PET/CT所測(cè)定的病灶范圍和體積已經(jīng)考慮了呼吸運(yùn)動(dòng)影響，所以有可能減小相應(yīng)放療生物靶區(qū)的面積；④對(duì)37個(gè)結(jié)節(jié)分別選取不同呼吸時(shí)相PET和CT 病灶匹配的層面，對(duì)每個(gè)結(jié)節(jié)進(jìn)行三維測(cè)定包括非門控狀態(tài)1次，門控狀態(tài)6個(gè)時(shí)相共6次，因此每個(gè)結(jié)節(jié)處理7次，得到相應(yīng)的三維位置變化，主要由前后位、頭腳位和左右位組成。由于每個(gè)結(jié)節(jié)位置不同，不能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，因而采用以Pha

17、se 1即吸氣末作為參考點(diǎn)（“0”），其他時(shí)相與第一時(shí)相求差值后進(jìn)行比較，觀察其結(jié)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，并描繪出每個(gè)病灶運(yùn)動(dòng)的軌跡。結(jié)果顯示：肺部結(jié)節(jié)的呼吸運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)；呼吸運(yùn)動(dòng)在頭腳位，即沿身體長軸上下移動(dòng)幅度最明顯，其中Phase3 即呼氣末移動(dòng)幅度最大F上下移動(dòng)的幅度最大可以達(dá)到(1.72G5.88)cmH非門控顯像與呼吸門控不同時(shí)相間位置移動(dòng)沒有相關(guān)性。⑤本文研究顯示在現(xiàn)有的采集條件下，門控與非門控PET/CT顯像SNR差別沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意

18、義，表明現(xiàn)有采集條件能滿足圖像判定的要求；在不影響圖像質(zhì)量的前提下，將CT管電流降至30mA，減少了患者所受照射，每個(gè)床位患者所接受的輻射劑量均高于非門控顯像；在RG PET/CT顯像中，經(jīng)過模擬呼吸周期和cine duration 參數(shù)我們得到:呼吸門控PET/CT 輻射劑量與呼吸周期呈正相關(guān)關(guān)系，呼吸周期越長，完成掃描所需要的時(shí)間越長，遭受的輻射劑量越大。
　　 結(jié)論：①RG PET/CT在實(shí)時(shí)呼吸門控監(jiān)測(cè)儀器記錄呼吸曲線和

19、患者自由、平穩(wěn)呼吸的前提下，4D CT采集條件管電壓120KV，管電流30mA，及4D PET呼吸信號(hào)觸發(fā)的每個(gè)床位6分鐘、6個(gè)bins的采集就能滿足臨床要求；②RG PET/CT與非門控采集相比較，可以顯著提高肺部結(jié)節(jié)SUV值，從而改變疾病的診斷和分期；③RG PET/CT可消除呼吸偽影，使病灶的大小更趨于真實(shí)，為放療生物靶區(qū)勾畫提供更加準(zhǔn)確的依據(jù)；④通過RG PET/CT對(duì)不同門控時(shí)相的肺部病灶三維位置位移的分析，肺部病灶呼吸運(yùn)動(dòng)呈

20、現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)，其中以沿身體長軸上下位置移動(dòng)的幅度最明顯；⑤管電流為30mA進(jìn)行的RG PET/CT采集，信噪比接近于非門控顯像，能滿足臨床需求；⑥RG PET/CT輻射劑量高于非門控采集，呼吸門控PET/CT輻射劑量與呼吸周期呈正相關(guān)關(guān)系，呼吸周期越長，完成掃描所需要的時(shí)間越長，遭受的輻射劑量越大。
　　
　　 第二部分
　　 目的：初步評(píng)價(jià)18F-FDG PET/CT在癌性胸腔積液中應(yīng)用價(jià)值。
　　 法資

21、料與方法：回顧性分析27例胸腔積液患者，經(jīng)胸腔穿刺或隨訪證實(shí)，惡性胸水9例，良性胸水7例，未經(jīng)證實(shí)的腫瘤合并胸水11例。分析癌性胸腔積液SUVmax（避開胸膜和肺組織）、胸膜結(jié)節(jié)及增厚的PET/CT表現(xiàn)。
　　 結(jié)果：良、惡性胸腔積液的SUVmax 比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。良、惡性胸水各自在雙時(shí)間點(diǎn)顯像的SUVmax 比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。9例癌性胸水中，PET 發(fā)現(xiàn)31處局灶性高代謝灶，CT 僅發(fā)現(xiàn)13 枚胸膜結(jié)節(jié)。12 處