18F-FDG PET在放療靶區(qū)中的價值

陳 松，李亞明

（中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學科，遼寧 沈陽 110001）

近年來隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，放射治療學也發(fā)生了巨大的變化。2006年出現(xiàn)了適型放療和調(diào)強放療的概念，它使得放療科醫(yī)生能在醫(yī)學影像的指導下精確的調(diào)整放療的靶區(qū)形狀和劑量，減少了放療對正常組織的副作用[1]。

2000年Ling等[2]提出了生物學靶區(qū)的理論，根據(jù)其理論，生物學靶區(qū)可初步定義為在一系列腫瘤生物學因素決定的治療靶區(qū)內(nèi)放射性敏感性不同的區(qū)域，這些因素包括細胞增殖及凋亡、細胞周期的調(diào)控、癌基因及抑癌基因的改變、乏氧及血供情況、浸潤及轉(zhuǎn)移特性等。傳統(tǒng)勾畫的放療靶區(qū)所依據(jù)的影像學資料有CT、MR等，其中CT的應用最為廣泛，CT有著無幾何失真，可以測定出病灶的CT值，能夠根據(jù)CT值計算出放療劑量的優(yōu)點，但是CT也有著先天的不足，對于正常軟組織和腫瘤，平掃CT的對比不足，這使得利用CT來勾畫頭頸部、肺、食道、前列腺、乳腺等器官的腫瘤時顯得力不從心[1]，而PET/CT能提供的信息更加豐富，除了CT所能提供的信息外，還包括了腫瘤細胞的密度、耐受射線的腫瘤細胞的空間分布、喪失功能的腫瘤細胞的空間分布等情況[3]。

1 PET在非小細胞肺癌患者靶區(qū)確定中的應用

對于非小細胞肺癌患者來說，應用PET/CT圖像勾畫靶區(qū)主要有2個優(yōu)勢：首先，在診斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移方面，PET比CT更加靈敏和特異，常能夠發(fā)現(xiàn)在CT上沒有形態(tài)學改變而在PET上有代謝增高的假陰性結(jié)果，或在CT上有形態(tài)學改變但PET示代謝正常的假陽性結(jié)果。De Ruysscher等[4]對44例患者的研究發(fā)現(xiàn)，18F-FDG PET改變了11人的放療靶區(qū)，并使得其中10人的臨床分期下調(diào)、放療靶區(qū)縮小。其次，在對于病灶大小的判斷方面，PET能夠更好的顯示病變的范圍，比較容易區(qū)分病變和正常組織，使得原來在CT上不能區(qū)分的病變能夠區(qū)分，這一點在存在肺不張的情況下優(yōu)勢極為明顯。Bradley等[5]的研究顯示58%（14/24）的患者的放療靶區(qū)因PET而縮小，其中3例存在肺不張的患者通過PET將癌變的組織和正常肺組織區(qū)分開，從而使靶區(qū)減小，10例患者發(fā)現(xiàn)了縱隔淋巴結(jié)有轉(zhuǎn)移，1例患者在肺內(nèi)發(fā)現(xiàn)了新的病灶。Erdi等[6]對11例非小細胞癌（NSCLC）患者分別使用CT、PET/CT來勾畫靶區(qū)并進行了分析，結(jié)果顯示，使用PET/CT后所有患者的放療靶區(qū)都發(fā)生了變化，7例患者的計劃放療靶區(qū)因PET發(fā)現(xiàn)了在CT上未發(fā)現(xiàn)的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和新的病灶而增加了19%（5%~46%），4例患者的計劃放療靶區(qū)因避開了CT認為是腫瘤的炎性組織、肺不張而縮小了18%（2%~48%）。盡管目前很多文獻都相繼報道了PET/CT指導下的放療靶區(qū)勾畫與CT指導下靶區(qū)的勾畫有很大區(qū)別，改變了22%~65%的患者的大體腫瘤靶區(qū)的勾畫[5]，但對于PET/CT在放療中的應用能否改善患者預后的研究還有待進一步的隨訪調(diào)查。

2 應用PET確定放療靶區(qū)

目前應用PET勾畫腫瘤患者的放療靶區(qū)尚有一些問題有待解決。首先勾畫靶區(qū)的方法目前尚無較好的解決方案。目前應用的勾畫靶區(qū)的方法包括目測法、標準化攝取值法、自動化公式法等，這些方法各有利弊。

1997年Bachaud等[7]通過水模試驗提出了固定閾值法，研究認為對于體積>4ml的腫瘤以腫瘤SUVmax的36%~44%為閾值勾畫邊界比較合理，同時他們也提到這個閾值和腫瘤的SUV與周圍正常組織的SUV之比有一定的關(guān)系，他們使用這種畫法為10位患者的17個原發(fā)或轉(zhuǎn)移的肺癌病灶勾畫靶區(qū)，并與CT勾畫的靶區(qū)相比較，平均差異為8.4%，不具有統(tǒng)計學意義。隨后又有一些學者做了類似的實驗，提出了以SUVmax的40%~50%為閾值的觀點[8-9]，也有部分學者認為SUVmax的20%作為閾值更為合適[10-11]。

由于固定閾值法對于體積偏小的腫瘤靶區(qū)勾畫效果較差，后來又有一種更為復雜的計算方法出現(xiàn)，2003年Daisne等[12]通過制作小體積低對比度的水模計得到了一種通過腫瘤和周圍本底的SUV的比值作為參數(shù)來計算閾值的方法，這種畫法對于體積較小、對比度不高的腫瘤勾畫邊界的效果較好。2004年，Black等[13]制作的更為完善的水模包含了各種大小、對比度的靶區(qū)給出了一個以平均SUV為參數(shù)計算閾值的方法。

2006年，Biehl等[11]使用固定閾值法對19例行PET/CT的NSCLC患者的PET靶區(qū)和CT靶區(qū)進行比較，發(fā)現(xiàn)不同直徑的腫瘤的最佳閾值不同，隨著直徑的增大，閾值也應適當?shù)目s小，同時隨著本底SUV值的增加閾值也應增加，所以固定閾值法會擴大小直徑腫瘤的靶區(qū)、縮小大直徑腫瘤的靶區(qū)，他認為對于不同直徑的靶區(qū)應選取不同的閾值。

2007年，Jentzen等[14]通過體模試驗得到了一種以腫瘤直徑、腫瘤的最大SUV和周圍本底的平均SUV之比為自變量的計算閾值的公式，這個公式將腫瘤直徑對閾值的影響也設計在其中，這個公式在臨床中應用，與CT勾畫的靶區(qū)相比，相符程度較高，體積<7.5ml的病灶r2=0.986，體積>7.5ml的病灶r2=0.970。

此外，還有人提出以SUV=2.5為閾值勾畫腫瘤的邊界[15-16]。

至今，對于PET勾畫靶區(qū)的方法仍沒有統(tǒng)一。很多學者發(fā)表了關(guān)于不同勾畫方法比較的研究，大多數(shù)研究都認為標準化攝取值法的靶區(qū)<自動化公式法計算出來的靶區(qū)

3 影響靶區(qū)勾畫的其他影響因素

目前多數(shù)的研究都認為公式法勾畫的靶區(qū)較為合理，但是公式法受諸多因素的影響，不同的研究有不同的公式，各不相同，大多數(shù)都使用了靶區(qū)SUV和本底SUV之比作為參數(shù)，部分公式使用的是靶區(qū)的SUVmax，另一部分使用的是靶區(qū)的平均SUV。這兩種方法各有優(yōu)缺點：首先，這些公式均通過水模實驗得到。不同于水模實驗中比活性均勻的靶區(qū)，實際測量中遇到的腫瘤其SUV攝取多不均勻，某些腫瘤中某一點FDG異常濃聚，使其SUVmax并不能很好的代表整個腫瘤的顯像劑攝取水平，而選用平均SUV來計算，穩(wěn)定性較SUVmax更好，更好的反映了腫瘤對顯像劑的攝取。然而由于平均SUV會受到感興趣區(qū)的影響，很多情況下勾畫感興趣區(qū)時并不知道腫瘤的實際大小，這使得計算腫瘤的平均SUV遇到了一定的困難，同時腫瘤的平均SUV較SUVmax更易受到部分容積效應的影響，越小的腫瘤其平均SUV越不準確。其次，使用SUV作為自變量，就必須注意到諸多影響到PET圖像SUV的因素都可能影響閾值公式的準確性[19]。①圖像采集的時間，SUV是時間依賴性的，病灶的SUV隨時間的變化而改變，通常惡性病灶的SUV在注射后90min上升到一個較高的水平。因此，18F-FDG注射后圖像采集時間必須統(tǒng)一。②腫瘤的大小，受到PET的分辨率的較大影響，部分容積效應會影響腫瘤SUV的測定，當腫塊大小只有分辨度的1.5倍大小時，其所測量的SUV只有實際SUV的60%左右，當腫瘤大小達到PET分辨率的4倍以上時，其所顯示的SUVmax和實際SUV的差異才會達到<5%[20]。③圖像重建的方法，重建方法也會影響SUV值，其中濾波反投影法重建的圖像會低估真實放射性計數(shù)約20%，其低估程度遠大于疊代重建法；亞序列最大期待值法（Ordered-subsets expectation maximization，OSEM）重建的圖像，其疊代次數(shù)也顯著影響SUV[21]。同時，如18F-FDG注射時漏于皮下、系統(tǒng)的空間分辨率、不正確的掃描探測器準直校正和劑量校準、腫瘤本身的異質(zhì)性等因素都影響到所測SUV的準確性[22]。因此使用其它精細的量化分析，包括簡化動量分析、Patlak圖表分析、動量模型法，來制作公式可能會更加準確，然而這些方法并不常見于常規(guī)的臨床應用[23]。

總之，目前PET/CT用于精確放療靶區(qū)的勾畫還有待于更加深入的研究，如何改進現(xiàn)有的勾畫方法，以及目前的靶區(qū)勾畫方法能否改善放療的預后，尚需更多的臨床實驗來印證。

[1]Moran JM,Elshaikh MA,Lawrence TS.Radiotherapy:what can be achieved by technicalimprovementsin dose delivery?[J]. Lancet Oncol,2005,6(1):51-58.

[2]Ling CC,Humm J,Larson S,et al.Towards multidimensional radiotherapy(MD-CRT):biological imaging and biological conformality[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2000,47(3):551-560.

[3]司宏偉，耿建華，陳盛祖.PET-CT在調(diào)強適形放療中的臨床應用[J].國外醫(yī)學（放射醫(yī)學核醫(yī)學分冊），2005，29（5）：223-226.

[4]De Ruysscher D,Wanders S,van Haren E,et al.Selective mediastinal node irradiation based on FDG-PET scan data in patients with non-small-cell lung cancer:a prospective clinical study[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2005,62(4):988-994.

[5]Bradley J,Thorstad WL,Mutic S,et al.Impact of FDG-PET on radiation therapy volume delineation in non-small-cell lung cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2004,59(1):78-86.

[6]Erdi YE,Rosenzweig K,Erdi AK,et al.Radiotherapy treatment planning forpatientswith non-smallcelllungcancerusing positron emission tomography(PET)[J].Radiother Oncol,2002,62 (1):51-60.

[7]Bachaud JM,Marre D,Dygai I,et al.The impact of18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography on the 3D conformal radiotherapy planning in patients with non-small cell lung cancer [J].Cancer Radiother,2005,9(8):602-609.

[8]Erdi YE,Mawlawi O,Larson SM,et al.Segmentation of lung lesion volume by adaptive positron emission tomography image thresholding[J].Cancer,1997,80(12):2505-2509.

[9]Scarfone C,Lavely WC,Cmelak AJ,et al.Prospective feasibility trial of radiotherapy target definition for head and neck cancer using 3-dimensional PET and CT imaging[J].J Nucl Med,2004, 45(4):543-552.

[10]Fernando S,Kong FM,Kessler M,et al.Using FDG-PET to delineate gross tumor and internal target volumes[J].J Radiat Oncol Biol Phys,2005,63(suppl):S400-S401.

[11]Biehl KJ,Kong FM,Dehdashti F,et al.18F-FDG PET definition of gross tumor volume for radiotherapy of non-small cell lung cancer:is a single standardized uptake value threshold approach appropriate?[J].J Nucl Med,2006,47(11):1808-1812.

[12]Daisne JF,Sibomana M,Bol A,et al.Tri-dimensional automatic segmentation of PET volumes based on measured source-tobackground ratios:influence of reconstruction algorithms[J].Radiother Oncol,2003,69(3):247-250.

[13]Black QC,Grills IS,Kestin LL,et al.Defining a radiotherapy target with positron emission tomography[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2004,60(4):1272-1282.

[14]Jentzen W,Freudenberg L,Eising EG,et al.Segmentation of PET volumes by iterative image thresholding[J].J Nucl Med, 2007,48(1):108-114.

[15]Nestle U,Kremp S,Schaefer-Schuler A,et al.Comparison of different methods for delineation of18F-FDG PET-positive tissue fortargetvolume definition in radiotherapy ofpatientswith non-small cell lung cancer[J].J Nucl Med,2005,46(8):1342-1348.

[16]Paulino AC,Johnstone PA.FDG-PET in radiotherapy treatment planning:Pandora’s box?[J].IntJ RadiatOncolBiolPhys, 2004,59(1):4-5.

[17]Nestle U,Schaefer-Schuler A,Kremp S,et al.Target volume definition for18F-FDG PET-positive lymph nodes in radiotherapy of patients with non-small cell lung cancer[J].Eur J Nucl Med Mol Imaging,2007,34(4):453-462.

[18]Yu HM,Liu YF,Hou M,et al.Evaluation of gross tumor size using CT,18F-FDG PET,integrated18F-FDG PET/CT and pathological analysis in non-small cell lung cancer[J].Eur J Radiol，2009，72(1):104-113.

[19]Keyes JW.SUV:standard uptake or silly useless value?[J].J Nucl Med,1995,36(10):1836-1839.

[20]Geworski L,Knoop BO,de Cabrejas ML,et al.Recovery correction for quantitation in emission tomography:a feasibility study [J].Eur J Nucl Med,2000,27(2):161-169.

[21]Jaskowiak CJ,Bianco JA,Perlman SB,et al.Influence of reconstruction iterations on18F-FDG PET/CT standardized uptake values[J].J Nucl Med,2005,46(3):424-428.

[22]朱蘇雨，胡炳強.PET/CT用于腫瘤精確放療靶區(qū)勾畫的困惑[J].國際放射醫(yī)學核醫(yī)學雜志，2007，31（4）：217-221.

[23]Hunter GJ,Hamberg LM,Alpert NM,et al.Simplified measurement of deoxyglucose utilization rate[J].J Nucl Med,1996,37 (6):950-955.