SPECT/CT定量分析對腫瘤患者脊柱頸胸段骨病變的診斷價值

段云，楊雯，楊穎卓，何文果，王喬，徐蓉生

(四川省腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學科，四川 成都 610041)

99mTc-MDP全身骨顯像是全球使用最廣泛的診斷骨轉移的成像方式，可檢測腫瘤骨轉移和骨良性病變。全身骨顯像使用MDP標記的99mTc，通過滲入羥基磷灰石的晶體結構中而積累在重塑骨骼中[1-2]，99mTc-MDP骨吸收取決于骨成骨細胞活性，血管生成和環(huán)境因素。全身平面骨顯像對腫瘤骨轉移敏感度高，但特異性相對較低。骨骼的良性疾病，如關節(jié)和椎間盤退變性疾病，也會引發(fā)骨轉換和放射性示蹤劑積累的增加，特別是脊柱頸胸段的骨關節(jié)炎是背部和頸部疼痛的常見原因[3]，在臨床上經(jīng)常需要鑒別腫瘤患者的疼痛是骨轉移或者骨關節(jié)炎引起。近年來，由于單模態(tài)成像方法(CTMRI，SPECT)的不足，研究人員對影像學檢查的興趣轉向融合成像技術。本研究通過西門子SPECT/CT Symbia Intevo16融合成像新技術xSPECT的應用[4]，使用SUV( 標準攝取值，Standardized Uptake Value)進行量化[5]，測量SUVmax(SUV最大值)，采用SUVmax定量分析全身骨顯像中99mTc-MDP高攝取的成像結果，探討定量分析對腫瘤患者脊柱頸胸段骨關節(jié)炎和骨轉移的診斷作用。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析本院2018年5月～2019年7月經(jīng)病理證實的57例腫瘤患者，均為首次全身骨顯像并伴有脊柱頸胸段高代謝灶，其中前列腺癌患者32例均為男性，乳腺癌患者25例均為女性，年齡28～85歲，平均(58.9±12.7)歲；根據(jù)脊柱頸胸段骨高代謝灶結果判定分為兩組：骨轉移組34例和骨關節(jié)炎組23例，并測量每位患者正常腰椎SUVmax值作為對照組。脊柱頸胸段骨高代謝灶結果采用結合SPECT、CT、MRI、病理或者隨訪6個月以上的方式判定。所有患者均排除脊柱有外傷史、手術史及放療史。所有患者的數(shù)據(jù)從病歷和影像檔案中檢索，收集包括患者年齡和性別在內(nèi)的人口統(tǒng)計學特征、體重指數(shù)、肌酐水平、堿性磷酸酶水平以及放射性示蹤劑注入和圖像獲取之間的時間間隔。本項研究得到了本院倫理委員會批準，每位患者均簽署了知情同意書。

1.2 顯像劑

MDP藥盒為成都欣科醫(yī)藥科技有限公司提供，Mo-99mTc發(fā)生器由北京原子高科股份有限公司提供，嚴格按操作規(guī)程自行標記，99mTc-MDP放化純度>95%。注射劑量按10 MBq/kg計算。

1.3 全身骨顯像及融合顯像的顯像儀器、采集條件以及顯像方法

顯像設備均為同一臺SIEMENS Symbia Intevo 16雙探頭SPECT/CT ，CT為具備診斷功能的16排螺旋CT。采集能峰140kev，窗寬20%。注射99mTc-MDP 3h后，所有患者均在低能量高分辨率準直儀上進行了全身平面成像，掃描速度為20cm/min，矩陣 256×1024，放大倍數(shù)1倍，顯像結束后立即在可疑脊柱頸胸段骨病變部位做局部SPECT/CT融合斷層顯像。融合顯像SPECT 矩陣 256×256，放大倍數(shù) 1，采集60幀 ，每幀15 s，CT掃描采用電壓130kV和自動mAs的低劑量模式。采集完成后，后臺重建處理出的SPECT、CT、SPECT/CT的融合圖像，并根據(jù)重建圖像生成SPECT數(shù)據(jù)，在后處理圖像上對SUV進行量化，并使用xSPECT重建算法測量SUVmax。

1.4 SPECT/CT圖像分析

對骨轉移組中的每例患者均測量了SPECT/CT上可見的所有脊柱頸胸段骨轉移灶的SUVmax (圖1a)。對于骨關節(jié)炎組中的每例患者，在SPECT/CT上測量了脊柱頸胸段活動性退行性病變及小關節(jié)炎的SUVmax (圖1b)。對于對照組中所有患者(57例)，均在4-5 cm3的目標區(qū)域(ROI ,region of interest)中測量了腰椎的SUVmax，在SPECT/CT上未見腰椎轉移及骨關節(jié)炎病變。

1.5 統(tǒng)計分析

采用SPSS21的Wilcoxon秩和檢驗比較了臨床特征和SUV水平在骨轉移組與骨關節(jié)炎組之間的統(tǒng)計差異。計量資料采用平均數(shù)(ˉχ±s)表示。采用MedCalc v19.0.7分析比較骨轉移和骨關節(jié)炎的敏感性、特異性和受試者工作特性(ROC)曲線下的最高面積(AUC)，進行Z統(tǒng)計。根據(jù)Youden指數(shù)分別定義來確定病變之間SUVmax的最佳臨界值。P<0.05具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 患者臨床特征和SUV水平關系

骨轉移組和骨關節(jié)炎組在年齡、性別、體重指數(shù)、肌酐、放射性示蹤劑注射與xSPECT成像之間的時間以及正常腰椎SUVmax之間無顯著差異(P>0.05)；骨轉移和骨關節(jié)炎組之間的ALP有顯著性差異(P<0.01)，見表1。所有患者的腰椎SUVmax水平為9.1±2.0。

在骨轉移組中，分析了34例患者的頸胸段骨轉移灶共143個(91個成骨改變，17個溶骨改變，32個混合改變和3個骨膜改變)， SUVmax水平為22.1±8.8。在骨關節(jié)炎組中，分析了23例患者的頸胸段活動性局灶性骨關節(jié)炎44個(頸椎23個，胸椎21個)，SUVmax水平為13.9±5.6。骨轉移組的SUVmax水平高于骨關節(jié)炎組和對照組，骨關節(jié)炎組的SUVmax水平高于對照組，每組之間的SUVmax水平均有顯著性差異(P<0.001),見圖2。

圖1(a) 一名乳腺癌的56歲女性患者，背痛，融合顯示T3胸椎骨轉移病變，測得SUV max為23.6。圖1(b)一名前列腺癌的69歲男性患者，頸痛，融合顯示C6-7雙側小關節(jié)面的骨關節(jié)炎病變，測得左側小關節(jié)面SUV max 為14.9。

圖2 骨轉移灶、骨關節(jié)炎和正常腰椎的SUVmax水平總箱圖

2.2 SUVmax水平在骨轉移組和骨關節(jié)組的診斷價值比較

采用ROC曲線分析評估SUVmax水平在骨轉移組和骨關節(jié)組的診斷效率，結果如圖3所示。

SUVmax水平比較在骨轉移組-對照組中診斷效率最佳(AUC=0.922，敏感性84.62%、特異性88.64%，表2，圖3a)；骨關節(jié)炎組-對照組(AUC=0.884，敏感性80.42%、特異性86.36%，表2，圖3b)；骨轉移組-骨關節(jié)炎組(AUC=0.826，敏感性63.57%、特異性75.00%，表2，圖3c)。三組診斷能力均有顯著性差異(P<0.001)。

表2 組間SUVmax水平比較的ROC分析結果主要參數(shù)

圖3 ROC曲線分析了SUVmax對骨轉移和骨關節(jié)炎的診斷效率。(a)區(qū)分骨轉移灶和正常腰椎的診斷能力；(b)區(qū)分骨關節(jié)炎和正常腰椎的診斷能力；(c)區(qū)分骨轉移灶和骨關節(jié)炎的診斷能力

2.3 非成骨性骨轉移的SUVmax對骨關節(jié)組的診斷效能

99mTc-MDP通過與骨組織羥基磷灰石晶體結合而顯影，攝取99mTc-MDP多少與骨組織成骨細胞活性等有關，即成骨細胞越活躍攝取的99mTc-MDP越多，SUV值越大。所以在骨轉移引起的骨質(zhì)破壞類型中，本研究重點關注骨關節(jié)炎對非成骨性改變的高代謝骨轉移灶(共52個病灶，17個溶骨改變，32個混合改變和3個骨膜改變)的診斷能力。非成骨性改變骨轉移SUVmax水平為16.5±4.9，ROC分析結果及曲線顯示SUV max對于區(qū)分脊柱頸胸段非成骨性骨轉移與骨關節(jié)炎的變化均有很好的診斷準確性(AUC=0.769，圖4)。定義脊柱頸胸段非成骨性骨轉移的SUVmax的最佳臨界值為15.02，使用該臨界值，其敏感性、特異性、陽性和陰性預測值分別為73.08%，77.27%，79.20%和70.80 %,Z值=5.268，其診斷能力有顯著性差異(P<0.001)。

圖4 ROC曲線分析非成骨性骨轉移對骨關節(jié)炎的診斷效率

3 討論

SPECT/CT融合顯像可以獲得的解剖圖像和分子圖像，利用CT可實現(xiàn)更精確的衰減校正和對病變的精確解剖定位，并增加示蹤劑的探測效率。相對于簡單的平面或SPECT而言，SPECT/CT增加攝取的正確定位更能增加研究者的診斷信心[6-9]。特別是對腫瘤患者引起的骨疼痛不適而言，究竟是骨轉移還是骨關節(jié)炎造成？SPECT/CT提供的診斷信息對于其臨床診斷具有很好的可信度。

本研究中，骨轉移組ALP水平高于骨關節(jié)炎組，與骨轉移患者的成骨細胞活躍合成、分泌ALP增加有關，兩組差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。本研究骨轉移組與骨關節(jié)炎組SUVmax水平分別為22.1±8.8、13.9±5.6，與正常腰椎對照組(9.1±2.0)相比，均有顯著性差異(P<0.01)。在三組的ROC分析結果顯示，SUVmax水平在骨轉移組-對照組中診斷效能最佳(AUC=0.922，敏感性84.62%，特異性88.64%)，骨轉移組-骨關節(jié)炎組也有很高的診斷效能(AUC=0.826，敏感性63.57%，特異性75.00%)，每組比較診斷能力均有顯著性差異(P<0.001)。骨轉移灶和骨關節(jié)炎SUVmax水平高與骨轉換快、骨代謝旺盛有關，本文研究結果與Ryoo、Tabotta等學者研究結果接近[10-11]。學者Ryoo將SUV值校正后SUV值均較小[10]，但顯著性的差異依然有統(tǒng)計學意義。因此，我們推測SUVmax水平變化有助于區(qū)分診斷骨轉移和骨關節(jié)炎的能力。

99mTc-MDP通過循環(huán)與骨組織羥基磷灰石晶體產(chǎn)生化學吸附而顯影，病變部位攝取99mTc-MDP多少與骨組織成骨細胞活性、血管生成、機體代謝等有關，即成骨細胞越活躍，血供越豐富，攝取的99mTc-MDP越多，SUV值越大。所以在本研究中，我們重點比較了非成骨性改變骨轉移-骨關節(jié)炎組的SUVmax診斷能力，非成骨性改變骨轉移SUVmax水平為16.5±4.9，非成骨性骨轉移SUVmax(AUC =0.769)有較高診斷效能，診斷能力有顯著性差異(P<0.01)，因此， SUVmax水平有助于區(qū)分診斷非成骨性骨轉移和骨關節(jié)炎的能力，本文研究結果與學者 Beck、 Arvola等[12-13]研究的結果接近。本研究選擇溶骨型、混合型等非成骨性骨轉移比較，主要溶骨型、混合型骨轉移成骨細胞相對不活躍，對99mTc-MDP攝取相對稍差，SUVmax值相對要低，但通過比較高代謝的溶骨型、混合型骨轉移的SUVmax值水平要高于骨關節(jié)炎組，這一研究結果表明，在臨床工作中采用SUVmax值診斷骨關節(jié)炎和骨轉移可行性的價值。

在本項研究中，筆者發(fā)現(xiàn)SPECT/CT的骨顯像定量分析可以幫助區(qū)分脊柱頸胸段骨轉移與骨關節(jié)炎的變化，提高骨顯像診斷的特異性。使用最大截斷值SUVmax≥15.02可以區(qū)分骨關節(jié)炎的骨轉移敏感性、特異性、陽性和陰性預測值分別為73.08%，77.27%，79.20%和70.80 %。學者Ryoo[10]、Tabotta[11]等研究得出診斷骨轉移的最大截斷值分別為SUVmax≥20、SUVmax≥19.5，高于本研究的SUVmax≥15.02，主要是由于本組骨轉移病例的SUVmax水平主要為溶骨型和混合型。學者Umeda、Kuji等[14-15]采用局部體積效應(PVE)校正SUVmax值，當SUVmax≥7即有很好的定量精度。由此筆者認為，在同一定量分析模式下，采用最大截斷值SUVmax≥15.02區(qū)分診斷骨轉移和骨關節(jié)炎時均具有很高的敏感性和積極的預測價值。

當然，還有其它核醫(yī)學方法可用于檢測和表征腫瘤患者的骨轉移。一項研究對新診斷為前列腺癌的患者采用18F-NaF PET/CT或99mTc-MDP SPECT/CT的臨界值進行比較，兩種方式之間沒有重大差異[16]。此外，Arvola等[17]最近的一項研究顯示，99mTc-MDP SPECT/CT和18F-NaF PET/CT的SUV之間有很強的相關性。作者得出的結論是， SPECT/CT是臨床量化骨轉移或者骨關節(jié)炎病變的骨代謝適用工具。

因此，定量骨顯像技術可以提高骨SPECT/CT的準確性，從而使骨顯像在腫瘤患者骨轉移的新型多模態(tài)成像時代保持競爭優(yōu)勢。這項研究表明，基于定量數(shù)據(jù)分析，腫瘤患者脊柱頸胸段骨轉移與骨關節(jié)炎變化之間的骨掃描攝取99mTc-MDP有顯著差異，轉移中的SUVmax明顯更高。筆者認為，對于脊柱頸胸段病變SUV 最大臨界值SUVmax≥15.02可以進一步提高骨骼掃描的特異性。總之，將定量數(shù)據(jù)分析添加到骨顯像圖像結果解釋中，可以幫助更可靠地表征惡性與良性局灶性骨病變，從而提高骨顯像的總體診斷性能。

本研究的主要局限性在于：屬于回顧性分析，數(shù)據(jù)在單個中心獲得，受試者人數(shù)少，部分溶骨型、混合型骨轉移為視覺判定，入組患者病種較少，未評估局部體積效應(PVE)對SUV 的影響。