肝臟18F-FDG PET半定量方法比較分析

李艷麗　劉國兵　吳　冰　譚　輝　呼　巖　石洪成△

(1上海市影像醫(yī)學(xué)研究所　上海　200032;2復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科　上?！?00032)

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肝臟18F-FDG PET半定量方法比較分析

李艷麗1,2劉國兵2吳冰2譚輝2呼巖1,2石洪成1,2△

(1上海市影像醫(yī)學(xué)研究所上海200032;2復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科上海200032)

【摘要】目的比較肝臟(18)氟脫氧葡萄糖正電子發(fā)射體層攝影/計算機(jī)體層攝影[2-(fluorine-18)-fluoro-2-deoxy-D-glucose positron emission tomography/computed tomography,(18)F-FDG PET/CT]半定量方法及其受血糖、血脂、肝酶、體質(zhì)指數(shù) (body mass index,BMI)、年齡及性別等因素的影響。方法回顧性分析678例健康人群PET/CT、常見血液化驗結(jié)果及基本信息等資料,測量肝臟平均標(biāo)準(zhǔn)化攝取值 (standardized uptake value,SUV)和基于瘦質(zhì)體重 (lean body mass,LBM)與體表面積 (body surface area,BSA)校正的SUV(LBM)和SUV(BSA)。比較三者的變異系數(shù)大小,并采用相關(guān)、偏相關(guān)和多元線性回歸分析比較三者受血液化驗指標(biāo)的影響程度。結(jié)果SUV、SUV(LBM)和SUV(BSA)的變異系數(shù) (23.3%、23.4%和24.7%)相當(dāng)。SUV受年齡、BMI、高密度脂蛋白 (high density lipoprotein,HDL)和三酰甘油 (triglyceride,TG)的影響 (P值均<0.05),SUV(BSA)受性別、年齡、BMI和HDL的影響 (P值均<0.05),而SUV(LBM)僅與性別和年齡有關(guān) (β=0.092和0.004,P=0.002和0.007),不受常見血液化驗指標(biāo)的影響。結(jié)論肝臟SUV和SUV(BSA)均受常見血液指標(biāo)的影響,而SUV(LBM)不受血液化驗指標(biāo)的影響,有望用于(18)F-FDG PET半定量評估。

【關(guān)鍵詞】(18)氟脫氧葡萄糖;標(biāo)準(zhǔn)化攝取值;瘦質(zhì)體重;體表面積;正電子發(fā)射體層攝影/計算機(jī)體層攝影;肝臟

*This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (81271608).

肝臟18氟脫氧葡萄糖正電子發(fā)射體層攝影/計算機(jī)體層攝影[2-(fluorine-18)-fluoro-2-deoxy-D-glucose positron emission tomography/computed tomography,18F-FDG PET/CT]顯像可用于腫瘤的診斷、分期、療效評價及預(yù)后評估[1-4]。標(biāo)準(zhǔn)化攝取值 (standardized uptake value,SUV)是一種反映組織葡萄糖代謝率的半定量分析指標(biāo),廣泛用于PET/CT圖像分析以幫助鑒別病灶的良惡性和評估療效等,可以彌補(bǔ)目測分析法受圖像分析者經(jīng)驗及其主觀因素影響的不足。肝臟基礎(chǔ)18F-FDG攝取可為臨床疾病診斷提供參考[5-7],但其常用半定量指標(biāo)SUV受受檢者體重、血糖、血脂、肝功能指標(biāo)、注射顯像劑劑量、顯像時間和成像技術(shù)等諸多因素的影響[5,8-9]。因此,臨床需要一個更穩(wěn)定的半定量指標(biāo)。

Tahari等[10]對1 033例樣本進(jìn)行回顧性分析,發(fā)現(xiàn)SUV值與患者的體重呈中等強(qiáng)度相關(guān) (男:r=0.58,P<0.000 1;女:r=0.54,P<0.000 1),而基于瘦質(zhì)體重(lean body mass,LBM)對SUV值校正后的SUVLBM與患者體重的相關(guān)性減弱 (男:r=0.11,P=0.01;女:r=-0.35,P=0.000 1),表明體重對SUVLBM的影響小于對SUV的影響,但作者并未對SUVLBM其他影響因素 (如血液指標(biāo))及SUV其他校正方法進(jìn)行全面探討。本研究擬對基于LBM和體表面積 (body surface area,BSA)計算的SUVLBM和SUVBSA與SUV進(jìn)行比較,以期尋找一個較為穩(wěn)定的半定量指標(biāo)。

材 料 和 方 法

對象納入和資料收集回顧性分析2010年12月至2013年9月在復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科行18F-FDG PET/CT檢查的健康者資料,共4 443例。入選標(biāo)準(zhǔn):(1)有PET/CT資料; (2)臨床初步診斷無明顯異常。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)患有可能影響肝臟代謝疾病者,如腫瘤、急性炎癥、高脂血癥、脂肪肝、肝硬化或肝沉積病、肝切除或肝移植、脾臟切除、糖尿病或空腹血糖>7.0 mmol/L、甲亢或甲旁亢和急慢性腎衰或心衰等; (2)肝功能、血糖、血脂檢查結(jié)果或基本資料不全者; (3)圖像質(zhì)量差者或僅有局部PET/CT資料者。最終納入678例研究對象,其中男性484例 (71.4%),女性194例 (28.6%);年齡24～74歲,中位年齡46歲。

記錄基本臨床資料、乙肝病毒感染狀態(tài)、血糖、血脂及肝功能檢查結(jié)果。具體包括性別、年齡、身高 (cm)、體重 (kg)、乙肝表面抗原 (hepatitis B virus surface antigen,HBsAg)、血糖 (blood sugar,BG,mmol/L)、總膽固醇 (total cholesterol,TC,mmol/L)、三酰甘油 (triacylglycerol,TG,mmol/L)、高密度脂蛋白 (high density lipoprotein,HDL,mmol/L)、低密度脂蛋白 (low density lipoprotein,LDL,mmol/L)、總膽紅素 (total bilirubin,TBil,μmol/L)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶 (alanine aminotransferase,ALT,U/L)和谷草轉(zhuǎn)氨酶 (aspertate aminotransferase,AST,U/L)。

成像技術(shù)及圖像分析PET/CT檢查采用GE Discovery VCT 64 (美國GE公司)成像儀。檢查前禁食至少6 h,注射前測量BG、身高和體重,靜脈注射18F-FDG (上?？婆d藥業(yè)有限公司)0.12 mCi/kg并休息1 h后顯像。掃描范圍從顱頂至股骨上段。CT參數(shù)為:管電壓120～140 kV,管電流140 mAs,轉(zhuǎn)速0.33 s/圈,螺距0.516,矩陣512×512;層厚3.75 mm、間距1.25 mm。PET成像采用3D模式,每視野15 cm,層厚3.75 mm,每床位2 min,每人5～7個床位。PET數(shù)據(jù)先基于CT進(jìn)行衰減校正,進(jìn)而基于有序子集最大期望算法 (ordered subset expectation maximization,OSEM)進(jìn)行濾波后重建,最后進(jìn)行PET和CT圖像融合。利用工作站自帶軟件于門脈主干層面肝右葉勾畫直徑3 cm球形感興趣區(qū) (region of interest,ROI) (圖1),軟件自動計算出常規(guī)SUV,以及經(jīng)LBM和BSA校正后的SUV值,分別記為SUVLBM和SUVBSA,取各自均值用于分析。SUV、SUVLBM和SUVBSA計算公式如下:

BSA (m2)=體重0.425×身高0.725×0.007 184

注:體重 (kg);身高 (cm)

Axial images of CT (A) and PET (B) onportal vein level were selected to place regions of interests (circles),with mean SUV,SUVLBMand SUVBSAmeasured to be 1.9,1.4 and 0.5 respectively.

圖147歲男性患者PET/CT檢查圖像

Fig 1PET/CT scans of a 47 years old male patient

統(tǒng)計學(xué)分析統(tǒng)計分析采用SPSS 20軟件進(jìn)行,雙側(cè)檢驗P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義;分類變量以均mean±SD的形式描述,連續(xù)性變量以例數(shù)和百分比形式描述。通過比較SUV、SUVLBM和SUVBSA的變異系數(shù) (coefficient of variation,CV)衡量個體間變異大小;采用獨(dú)立樣本t檢驗比較分類變量組間SUV、SUVLBM和SUVBSA的差異;采用相關(guān)及偏相關(guān)分析統(tǒng)計三者受連續(xù)性變量的影響程度;采用多元逐步線性回歸分析三者的獨(dú)立影響因素和程度。

結(jié)果

一般情況納入對象包括男性484例,女性194例，年齡 (46.8±8.5)歲。SUV、SUVLBM和SUVBSA分別為1.92±0.448、1.47±0.344和0.49±0.121,三者變異系數(shù)相當(dāng),依次為23.3%、23.4%和24.7% (表1)。SUV與性別間差異無統(tǒng)計學(xué)意義 (t=1.467,P=0.143),而SUVLBM和SUVBSA與性別間差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (t=-3.251,5.571;P=0.001,<0.001，表2)。423例有HBs-Ag檢查結(jié)果,其中47 例 (11.1%)陽性,376例 (88.9%)陰性;HBsAg陰、陽性組間SUV、SUVLBM及SUVBSA差異均無統(tǒng)計學(xué)意義 (表2)。

表1　肝臟 SUV、SUVLBM和SUVBSA統(tǒng)計比較

血糖、血脂和肝功能指標(biāo)統(tǒng)計匯總及其與肝臟SUV、SUVLBM和SUVBSA的相關(guān)和偏相關(guān)分析結(jié)果如表3所示,各指標(biāo)均值的95%可信區(qū)間 (95%CI)均在正常值范圍內(nèi)。SUV與年齡、BMI、HDL和TG的相關(guān)和偏相關(guān)關(guān)系均顯著,調(diào)整其他變量前后P值均<0.05;SUVBSA與年齡、BMI和HDL的相關(guān)和偏相關(guān)關(guān)系均顯著,調(diào)整其他變量前后P值均<0.05;而SUVLBM僅受年齡的影響,調(diào)整其他變量前后的P值分別為0.012和0.045。

表2　分類變量間SUV、SUVLBM和SUVBSA的分布差異

表3　連續(xù)性變量統(tǒng)計匯總及其與肝臟 SUV、SUVBSA和SUVLBM的相關(guān)和偏相關(guān)分析結(jié)果

ns：Not significant,with the variables being excluded from the corresponding model of correlation or partial correlation analysis.

將表2中P<0.05的變量和表3中調(diào)整前后P均<0.05的變量為自變量,相應(yīng)的肝SUV、SUVLBM和SUVBSA為應(yīng)變量進(jìn)行多元線性逐步回歸分析,結(jié)果見表4。影響SUV變異的獨(dú)立因素有年齡、BMI、HDL和TG,各自每增加一個單位,依次預(yù)示SUV增加0.007、0.014、0.193和0.034。影響SUVBSA變異的獨(dú)立因素有性別、年齡、BMI和HDL,男性SUVBSA平均比女性低0.029,年齡、BMI和HDL每增加一個單位,依次預(yù)示SUVBSA增加0.002,減少0.004和增加0.047。而SUVLBM不受常見血液化驗指標(biāo)的影響,僅受性別和年齡的影響,男性SUVLBM平均比女性高0.092,年齡每增加1歲,預(yù)示SUVLBM增加0.004 (β=0.004);年齡對SUVLBM的影響幅度小于常規(guī)SUV (β=0.007)。

ns：Not significant,with the variables being excluded from the corresponding model of correlation or partial correlation analysis.Dependent variables:liver SUV,SUVBSAand SUVLBM.

討論

本研究發(fā)現(xiàn)健康人群肝臟攝取18F-FDG SUV受年齡、BMI、HDL和TG的影響,而SUVLBM僅與性別和年齡有關(guān),不受HBsAg、BMI、血糖、血脂水平和肝功能指標(biāo)的影響,且二者的個體間變異相當(dāng) (23.3%vs. 23.4%)。因此,與常規(guī)SUV相比,以SUVLBM作為衡量肝臟18F-FDG攝取狀況的半定量指標(biāo)可能優(yōu)于SUV。

Kamimura等[11]報道,肝臟SUV受BMI、TG和HDL的影響。BMI是衡量人體肥胖程度的指標(biāo)之一,有研究指出,肥胖和高脂血癥可誘發(fā)機(jī)體慢性低水平炎癥,BMI和血脂與肝臟攝取18F-FDG間的正相關(guān)關(guān)系可能源自肝實質(zhì)對機(jī)體慢性炎癥的應(yīng)答反應(yīng)[12]。Abele等[6]也指出,肥胖患者18F-FDG代謝增高,與肝實質(zhì)長期低水平炎性反應(yīng)有關(guān),致使肝臟本底SUV增加。Batallés等[5]和Kim等[13]指出,以LBM代替體重對SUV進(jìn)行校正,很大程度上能剔除其受軀體脂肪及血脂的影響。Paquet等[14]研究發(fā)現(xiàn),以LBM對SUV進(jìn)行校正并不會增加其個體間變異,正如本次研究發(fā)現(xiàn)SUVLBM和SUV的變異系數(shù)相當(dāng) (23.3%vs. 23.4%);可惜該研究并沒有分析比較二者受血脂和肝功能指標(biāo)的影響。Zasadny等[15]發(fā)現(xiàn),當(dāng)體重變化范圍為50～100 kg時,正常肝臟的本底SUV變異接近50%,而SUVLBM從體重中剔除了脂肪因素,受體脂的影響明顯減少,對衡量肝臟18F-FDG攝取程度更穩(wěn)定。本研究結(jié)果顯示SUVLBM不受BMI、血脂、肝功能指標(biāo)的影響,與此觀點(diǎn)相符。

雖然SUVBSA的變異系數(shù)與SUV相當(dāng),但與SUVLBM相比,以SUVBSA作為肝臟18F-FDG攝取半定量指標(biāo)可能不理想。原因在于:首先,SUVBSA的測量值(0.49±0.121)與常規(guī)SUV測量值(1.92±0.448)相差甚遠(yuǎn),有悖日常運(yùn)用習(xí)慣;其次,與SUV相比,SUVBSA也受BMI和HDL的影響,并不能削弱體脂和血脂對其影響。Wahl等[16]研究也發(fā)現(xiàn)SUVLBM優(yōu)于SUVBSA,個體間的差異小,認(rèn)為SUVLBM更適合衡量肝臟18F-FDG攝取程度。

本研究發(fā)現(xiàn),年齡均是影響SUV、SUVLBM和SUVBSA的獨(dú)立因素。研究顯示正常肝臟攝取18F-FDG隨年齡增長不斷增高至40～50歲達(dá)平臺,50歲以后又繼續(xù)緩慢增長;每增長一歲,肝臟SUV值增加0.002～0.016[5,9,17-18]。本文結(jié)果顯示年齡對SUV、SUVLBM和SUVBSA影響的偏回歸系數(shù)依次為0.007、0.004和0.002,與文獻(xiàn)報道結(jié)果相似。但相比之下,年齡對SUVLBM的影響幅度 (β=0.004)小于SUV (β=0.007)。這可能是受體脂的影響,體重隨年齡變化的波動幅度大于LBM,致使基于體重計算的SUV受年齡影響的幅度亦大于基于LBM計算的SUVLBM。

肝臟18F-FDG基礎(chǔ)攝取是臨床疾病診斷的一個參考,但常用半定量指標(biāo)SUV受BMI、血脂、血糖等諸多因素的影響;而基于LBM計算的SUVLBM,不受BMI、血糖、血脂及肝功能指標(biāo)等因素的影響,僅與性別和年齡有關(guān),并且年齡對SUVLBM(β=0.004)的影響幅度也比對SUV (β=0.007)小。因此,與SUV相比,SUVLBM用于衡量肝臟18F-FDG攝取狀況可能優(yōu)于SUV。

本研究的局限在于沒有考慮基礎(chǔ)血液18F-FDG活度對肝臟背景SUV值的影響,亦未探討正常肝臟背景SUV受成像技術(shù)、ROI勾畫及部分容積效應(yīng)等因素的影響,故仍需進(jìn)一步探討分析。

正常肝臟SUV受BMI、HDL和TG的影響,而基于LBM計算的SUVLBM不受BMI、血糖、血脂和肝功能指標(biāo)的影響,用于衡量肝臟18F-FDG攝取狀況可能優(yōu)于SUV,具有潛在的臨床應(yīng)用價值。

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Semi-quantitative methods for hepatic18F-FDG PET:a comparative study

LI Yan-li1,2,LIU Guo-bing2,WU Bing2,TAN Hui2,HU Yan1,2,SHI Hong-cheng1,2△

(1ShanghaiInstituteofMedicalImaging,Shanghai200032,China;2DepartmentofNuclearMedicine,ZhongshanHospital,FudanUniversity,Shanghai200032,China)

【Abstract】ObjectiveTo compare semi-quantitative methods of hepatic 2-(fluorine-18) -fluoro-2-deoxy-D-glucose ((18)F-FDG) positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) and their influencesby factors,such as blood glucose,blood lipids,liver enzymes,BMI,age and gender.MethodsData on PET/CT,common serum biochemical test results and basic information from 678 healthy people were retrospectively collected.Mean SUV of liver was measured and corrected based on lean body mass (LBM) and body surface area (BSA) of each subject,which were named as SUV(LBM) and SUV(BSA),respectively.Coefficients of variation (CV) of SUV,SUV(LBM) and SUV(BSA) were compared to estimate their inter-individual variations.Correlation,partial correlation and multiple linear stepwise regression analysis were performed to identify the variability of these three measurements to common serum biochemical indices.ResultsCV of SUV,SUV(LBM) and SUV(BSA) was comparable to each other (23.3%,23.4% and 24.7%,respectively).SUV was significantly affected by age,body mass index (BMI),high density lipoprotein (HDL) and triglyceride (TG),with P-value all less than 0.05; SUV(BSA )was significantly affected by gender,age,BMI and HDL,with P-value all less than 0.05; while SUV(LBM )was only affected by gender and age (β=0.092,0.004;P=0.002,0.007).ConclusionsSUV and SUV(BSA )of liver were affected by common serum biochemical indices while SUV(LBM)was not.Therefore,SUV(LBM) is prospective to be used for (18)F-FDG PET semi-quantitative evaluation.

【Key words】2-(fluorine-18)-fluoro-2-deoxy-D-glucose;standardized uptake value;lean body mass;body surface area;positron emission tomography/computed tomography;liver

(收稿日期:2015-06-25;編輯:王蔚)

【中圖分類號】R814

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

doi:10.3969/j.issn.1672-8467.2016.02.003

國家自然科學(xué)基金 (81271608)

△Corresponding authorE-mail:shihongcheng@ sina.com