PET-MR與PET-CT 顯像中不同器官18F-FDG 陽性病變SUVmax的比較

李燦，徐白萱，劉家金，富麗萍

解放軍總醫(yī)院核醫(yī)學科，北京 100853；*通訊作者 富麗萍 flp39@163.com

PET-CT 成功應(yīng)用于腫瘤領(lǐng)域20 余年以來，為患者的個體化治療及監(jiān)測提供了可靠、精確的信息[1]。與CT 相比，MRI 具有較高的軟組織分辨率，并且無電離輻射，還能提供一些功能顯像等多參數(shù)信息[2]，因此PET-MR 一體機一經(jīng)問世即引起臨床廣泛關(guān)注。PET-MR與PET-CT 在腫瘤患者正常組織、PET 陽性病變的標準化攝取值（SUV）、全身腫瘤分期之間具有良好的相關(guān)性[3-4]。然而，與PET-CT 相比，基于MRI 衰減校正方法的有效性及準確性以及強磁場對正電子運行軌跡影響等不確定的因素可能對 PETMR 定量分析的準確性產(chǎn)生影響[5-6]。由于MRI 信號強度與軟組織密度分布無直接關(guān)系，PET-MR 中的MRI圖像不能直接用于衰減校正。目前PET-MR 衰減校正的方法主要有基于分割法和圖譜的配準法[5-8]。我院 PET-MR 衰減校正使用分割法，在軀干中將圖像分割為不同的組織類別（主要為脂肪、軟組織、肺和背景/空氣），生成衰減校正圖。由于組織器官解剖結(jié)構(gòu)不同，局部密度存在差異，本研究擬探討PET-MR與PET-CT 在不同器官部位病變最大 SUV 值（SUVmax）的差異，加深對 PET-MR 定量分析能力的理解。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析 2012年5月—2013年2月解放軍總醫(yī)院符合以下標準的患者。納入標準：以腫瘤相關(guān)主訴就診，且同一天先后接受 PET-CT和PET-MR檢查的150例患者，其中男86例，平均年齡（53.63±13.05）歲；女 64例，平均年齡（50.28±11.23）歲。行 PET-MR 及 PET-CT檢查前告知患者檢查流程及詳細經(jīng)過，并簽署知情同意書。

1.2 PET-CT 顯像 患者空腹至少 6 h，在安靜環(huán)境下休息至少20 min。18F-脫氧葡萄糖（18F-FDG）由本科室自行合成，放化純度>95%，靜脈注射18F-FDG 4.44～5.55 MBq/kg（0.12～0.15 mCi/kg）后，休息 55～60 min采集圖像。掃描范圍為下頜至股骨中段，2 min/床位（Biograph 64，Siemens），累計10 min/人。CT圖像掃描參數(shù)：管電壓120 kV，管電流100 mA，層厚、層間距均為5 mm，螺距為1。PET 采集采用3D 模式，2 min/床位（30%重疊）。PET 衰減校正圖像（PETCT_AC）重建采用亞序列最大期待值法（OSEM）和基于 CT 的雙線性衰減校正，3 次迭代，21個子集，3D 高斯濾波半高寬為4.0 mm，散射校正。

1.3 PET-MR 顯像 兩次PET 數(shù)據(jù)采集僅接受一次18F-FDG 注射。PET-MR 數(shù)據(jù)采集在PET-CT 后進行，兩次檢查間隔25～45（32±7）min。采用Siemens Biograph mMR 一體機，PET 數(shù)據(jù)采集5 min/床位，累計45 min/人。采用基于Dixon 序列為基礎(chǔ)的衰減校正方法，PET圖像重建參數(shù)：OSEM 迭代算法，3 次迭代，21個子集，高斯濾波半高寬4.0 mm，散射校正。采集MR圖像采用全景矩陣線圈，覆蓋軀干大部（頸部至股骨中段），采用與PET 同時進行的序列組對每個床位進行MR 數(shù)據(jù)采集。應(yīng)用序列包括：橫軸面3D 容量呼吸保持T1WI（3D volumetric interpolated breath-hold T1-weighted sequence，T1WI 3D-VIBE）；橫軸面脂肪抑制 T2WI 快速自旋回波序列（turbo spin echo，T2WI TSE）；橫軸面擴散加權(quán)成像（DWI），b=50、800 s/mm2。上腹部數(shù)據(jù)采集時應(yīng)用呼吸控制及膈肌導航技術(shù)，無需注射 MR 對比劑。PET-MR 衰減校正后即為PETMR_AC。

1.4 圖像分析 為評價 PETAC_MR 和 PETAC_CT定量分析的能力，將所有經(jīng)病理或臨床證實同時存在結(jié)構(gòu)（CT 及MRI）及18F-FDG-陽性顯像的病灶用于數(shù)據(jù)分析。感興趣區(qū)的選擇和測量均由2名醫(yī)師（分別有 12年和 5年P(guān)ET-CT 經(jīng)驗、2年和 6年MR 經(jīng)驗）共同完成。手動將感興趣區(qū)置于基于 MRI 的衰減校正圖（MRAC-PET）和基于 CT 的衰減校正圖（CTAC-PET）中18F-FDG 陽性病變的最大層面，獲得同一病灶2個影像系統(tǒng)定量分析數(shù)值，即SUVmax-CT和SUVmax-MRI。依據(jù)病灶所在不同部位分為6組（即頭頸部、肺部、肝臟、胰腺、胃腸道和骨骼），按照不同部位進行分析。

1.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 13.0 軟件，Kolmogorov-Smirnov檢驗用于正態(tài)分布的檢測。采用配對t檢驗及 Wilcoxon 配對秩和檢驗比較 6組 SUVmax的平均值，采用Pearson 相關(guān)分析和Bland-Altman檢驗評價2個成像系統(tǒng)SUVmax的相關(guān)性和一致性，P<0.05 表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 150例患者均順利完成 PET-CT與PET-MR 配對檢查，無嚴重不良反應(yīng)。經(jīng)病理證實6組的112個18F-FDG 陽性病灶中，104個為惡性病灶（經(jīng)活檢、手術(shù)病理或病史+實驗室檢查確診），8個為良性病灶（均經(jīng)病理證實），112個病灶分布于頭頸部（15例）、肺部（15例）、肝臟（31例）、胰腺（21例）、胃腸道（11例）、骨骼（19例）（表1）。頭頸部病變：惡性13例，分別為原發(fā)性鼻咽癌1例、非霍奇金淋巴瘤2例、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移10例；良性病變2例，分別為炎性肌纖維母細胞瘤1例、淋巴結(jié)結(jié)核1例。肺部病變：惡性病變12例（原發(fā)性肺癌9例、轉(zhuǎn)移瘤3例），良性病變3例（伴有真菌感染及壞死的慢性肉芽腫性炎2例、結(jié)核1例）。肝臟病變31例均為惡性，包括原發(fā)性肝細胞肝癌9例、膽管癌5例、肝轉(zhuǎn)移瘤14例、膽囊癌3例。胃腸道腫瘤均為腺癌。胰腺病變：惡性腫瘤18例（腺癌13例、神經(jīng)內(nèi)分泌癌 4例、囊腺癌 1例），良性病變 3例（慢性胰腺炎）。骨骼病變均為惡性，包括：骨轉(zhuǎn)移16例、多發(fā)性骨髓瘤1例、非霍奇金淋巴瘤2例。

2.2 兩種檢查病灶SUVmax比較及相關(guān)性分析 6組數(shù)據(jù)（頭頸部、肺部、肝臟、胃腸道、胰腺和骨骼）中，SUVmax_MRI均高于相應(yīng) SUVmax_CT，但差異無統(tǒng)計學意義（表1）。SUVmax_MRI與SUVmax_CT均呈高度正相關(guān)（r=0.96、0.97、0.96、0.95、0.94、0.91，P<0.05），見圖1。

表1 112個病變SUVmax_CT 和SUVmax_MRI 在6個組織器官中的比較結(jié)果（±s）

表1 112個病變SUVmax_CT 和SUVmax_MRI 在6個組織器官中的比較結(jié)果（±s）

注：SUVmax_CT：采用PET-CT 測得的最大標準化攝取值；SUVmax_MRI：采用PET-MR 測得的最大標準化攝取值

SUVmax 值頭頸部（n=15）肺部（n=15）肝臟（n=31）胃腸道（n=11）胰腺（n=21）骨骼（n=19）SUVmax_CT 8.93±5.01 7.52±4.91 6.72±4.13 10.07±5.82 7.38±4.66 8.70±4.34 SUVmax_MRI 9.14±4.58 8.40±5.90 7.03±4.90 10.71±5.90 7.69±4.82 9.00±4.90 P 值 0.20 0.72 0.80 0.35 0.10 0.71

圖1 在頭頸部（A）、肺部（B）、肝臟（C）、胃腸道（D）、胰腺（E）和骨骼（F）中確診的陽性病灶（n=112）采用PETMR 測得的SUVmax_MRI與采用PET-CT 測得的SUVmax_CT 相關(guān)性分析。SUVmax_MRI與SUVmax_CT 均呈高度正相關(guān)

2.3 6組數(shù)據(jù) 2個成像系統(tǒng)之間病變 SUVmax比較定義|k－1|為斜率變異度參數(shù)，評價兩組 SUVmax之間的差異，數(shù)據(jù)最大變異出現(xiàn)在肺部（0.16），其次為頭頸部（0.13），其他變異依次為胃腸道（0.11）、肝臟（0.08）、骨骼（0.03）和胰腺（0.02）（圖2）。

圖2 在頭頸部（A）、肺部（B）、肝臟（C）、胃腸道（D）、胰腺（E）和骨骼（F）中確診的陽性病灶（n=112）SUVmax 值。X 軸顯示6組病變的數(shù)量，Y 軸顯示PET-CT 和PET-MR 得到SUVmax 值。盒子的底部和頂部對應(yīng)范圍是25%和75%，其內(nèi)條帶代表中位數(shù)，空心方塊代表平均值，菱形代表離群值，上下兩端對應(yīng)范圍是5%到95%

3 討論

既往有學者開展了對單一部位PET-MR 和PETCT 的18F-FDG 陽性病變的配對研究，如肺結(jié)節(jié)、骨等[9-10]，但是由于實驗設(shè)備硬件不同，采集參數(shù)存在差異，導致無法針對不同部位病變進行較為精確的平行比較。本研究在前期大樣本PET-CT與PET-MR 配對定量分析的基礎(chǔ)上[11-12]，在同一實驗條件下按照病變所在器官部位進行配對比較，考察基于Dixon 序列的衰減校正方法在對不同部位18F-FDG 陽性病灶定量分析的能力。

本研究結(jié)果顯示，6組數(shù)據(jù)中18F-FDG 陽性病灶的SUVmax_MRI與SUVmax_CT具有良好的相關(guān)性和一致性，其均值在兩臺影像設(shè)備間差異無統(tǒng)計學意義。但是SUVmax數(shù)據(jù)間最大的差異出現(xiàn)在肺部。肺部實質(zhì)MRI 具有挑戰(zhàn)性，肺部質(zhì)子密度低[13]及短橫向弛豫時間[14-15]，影響可用的MRI 信號。此外，呼吸運動和心臟大血管波動均可影響PET圖像定量分析的準確性[13]。本研究中，15例肺部病灶中，9例原發(fā)性非小細胞肺癌，3例轉(zhuǎn)移瘤，3例肉芽腫性病變。所有病變均為孤立的、邊界清晰的病變，最大徑1.5～7.8 cm，伴有不同程度的18F-FDG 攝?。⊿UVmax_CT為 1.50～16.68，SUVmax_MRI為 1.44～20.56）。在腫瘤 T 分期的判定上，PET-CT 和 PET-MR 具有相同的效能[16-17]。10 mm以上結(jié)節(jié)PET-MR與PET-CT 的檢出率相似[18-19]，但是對于10 mm 以下的小病灶PET-MR 存在遺漏微小肺轉(zhuǎn)移灶的風險[18]。由于樣本所限，對于1 cm 以下小結(jié)節(jié)病灶本研究尚未涉及。Chandarana 等[20]發(fā)現(xiàn)，與PET-CT 相比，PET-MR 能夠發(fā)現(xiàn)18F-FDG 陽性結(jié)節(jié)的 96%、所有結(jié)節(jié)的 70%和直徑≥5 mm 結(jié)節(jié)的89%，但是對于直徑≤4 mm 的結(jié)節(jié)，PET-MR 僅檢出38%。在其后續(xù)的針對PET-MR 遺漏的直徑<5 mm 的結(jié)節(jié)隨訪中發(fā)現(xiàn)，97%的結(jié)節(jié)吸收消失或維持穩(wěn)定，提示這些小結(jié)節(jié)是良性病灶且不需要明確的臨床干預[21]。上述結(jié)果提示，目前PET-MR 系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)肺部實性小病灶的能力尚不能替代胸部CT 掃描，尤其是有原發(fā)腫瘤病史的患者，微小轉(zhuǎn)移灶的檢測仍需采用胸部CT檢測。由此可見，PET-MR 對肺部實性病變的檢出率和定量分析的價值尚需進一步驗證。

兩組SUVmax數(shù)據(jù)間頭頸部病變差異較為明顯，其可能原因為：①本研究中頭頸部PET-MR圖像使用軀干采集及重建條件，視野較大（500 mm×500 mm），影響局部圖像的分辨率及信噪比；②目前采用的基于組織分割法進行衰減校正，提取組織的種類和算法的分割精度影響效果。頭頸部解剖結(jié)構(gòu)復雜，密度分布不均勻，存在骨骼（頸椎）、空氣（氣管）、軟組織（血管、肌肉）等，利用Dixon 序列進行PET-MR 衰減校正時，相對狹小的顯像視野內(nèi)存在密度差異顯著的組織結(jié)構(gòu)，導致其難以反映衰減系數(shù)在局部的細微變化。

另外，骨骼在MR T1WI 呈弱信號，與空氣很難辨別，但骨骼與空氣的線性衰減系數(shù)卻相差很大，因此基于MR 衰減校正會在骨骼部位存在較大偏差[22]。本研究中，SUVmax_MRI與SUVmax_CT數(shù)據(jù)顯示骨骼病變差異較小，其可能原因是：骨骼病變多為骨轉(zhuǎn)移瘤，局部骨質(zhì)破壞并伴有周圍軟組織腫塊形成。由于致密骨質(zhì)導致衰減校正的偏差相應(yīng)減少，進而以軟組織腫塊為主體進行PET 衰減校正，因此兩組SUVmax數(shù)據(jù)間差異較小，并與肝臟及胰腺組織近似。

總之，18F-FDG 陽性病灶在2個成像系統(tǒng)6組數(shù)據(jù)的比較中，SUVmax_MRI與SUVmax_CT無顯著差異。PET-MR 可以提供可靠的、與PET-CT 相似的定量診斷信息用于腫瘤患者的臨床評估。SUVmax數(shù)據(jù)間最大的差異出現(xiàn)在肺部，其次在頭頸部，這種結(jié)果對臨床工作（尤其是療效監(jiān)測與評估）可能產(chǎn)生的影響需加以關(guān)注，期待未來的大樣本、多中心臨床研究進行探討和驗證。