PET-CT呼吸門控顯像對肺部結節(jié)的應用研究.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、特異性結果與清晰顯示解剖的CT的結果相結合，尤其在腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)方面，已經(jīng)使其成為一個廣為接受的對腫瘤的診斷、評估、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)秒時間，一個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刻的快照，因此基本不受呼吸運動影響；而PET掃描速度較慢，每個體位PET采集要2分鐘-10分鐘，獲得的是經(jīng)歷幾個，甚至幾十個呼吸周期的平均圖像。因此在對肺部進行PET／CT掃描時，由于CT掃描速度明顯快于PET掃描速度，PET和CT掃描受呼吸運動位移的影響不同，從而導致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，同一個患者的PET圖像和CT圖像在空間位置和時相上并不完全匹配(特別在運動幅度最大的膈膜附近)，用瞬間的CT圖像去對平均PET的圖像做衰減校正必然出現(xiàn)誤差，導致PET圖像出現(xiàn)偽影，可能影響胸腹部腫瘤的準確診斷與治療計劃的制定。
　　 控制呼吸偽影對肺部病變的診斷、癌癥分期和放療靶區(qū)的劃定有很重要的意義。呼吸控制技術以1999年開展的主動呼吸控

4、制（active breathing control，ABC）技術和深吸氣呼吸控制（deep-inhalation breath holding，DIBH）技術為代表。減少呼吸所致運動的方法有：外源性呼吸限制(如：呼吸機的強制通氣)和自我呼吸限制(隨呼吸命令進行呼吸控制)，還有就是通過呼吸運動監(jiān)測設備進行呼吸門控。由于前者要求患者必須進行呼吸訓練，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，是指通過特定的設備采集呼吸運動信號，利用特殊的掃描程序，將呼吸周期分為若干時相，然后將與呼吸信號同步采集的各時相圖像信息歸類分析，將處于同一呼吸時相的PET圖像和CT圖像進行配準和衰減校正，從而提供病灶三維空間影像隨時間變化的運動信息。其中CT圖像不僅提供解剖學信息，還用于PET圖像的衰減校正。

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

7、放療靶區(qū)的勾畫的價值成為臨床研究的熱點。
　　
　　 目的：通過復習文獻及模擬呼吸器的采集，建立合適的RG PET/CT條件和方法；對肺部結節(jié)進行RG PET/CT門控采集，并與非門控PET/CT進行比較，初步探討呼吸門控技術對肺部結節(jié)SUV、體積估測的影響；測量呼吸運動所引起的位置移動變化；對呼吸門控技術不同時相與非門控采集肺部結節(jié)SUV、體積和位移進行相關性分析；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值的信息。
　　 方法：2010年5月至2011年3月在我科進行PET/CT顯像的患者，發(fā)現(xiàn)有多個肺部結節(jié)，并同意進行呼吸門控顯像的患者共19例，14例患者進入本研究，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個床位。按2 min／床位進行PET掃描，用CT對PET圖像進行衰減校正、圖像重建和融合。呼吸門控采集時要求患者平穩(wěn)、均勻呼吸，用Varian公司實時監(jiān)測系統(tǒng)記錄呼吸曲線，并向PET／CT 采集控制系統(tǒng)發(fā)送呼吸運動節(jié)律信號。先啟動呼吸控制系統(tǒng)記錄呼吸節(jié)律信號，再進行RG PET/CT采集。CT為4D掃描，PET 共掃1個床位6分鐘，分為6個bins。CT 圖像的“后門控”處理在后臺工作站上進行。先對呼吸曲線設置不同

10、的相位值，共設定6個時相（phase1-phase6）：0，16％，33％，50％，66％，83％，吸氣末為0，呼氣末為50％，下一個吸氣末為100％(即0時相)，一直循環(huán)；再對不同相位設置運動幅度可接受的相位范圍；最終得到6個相位的多層CT 圖像系列。將得到的不同時相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劃分為6個時相的呼吸門控系列圖像，從而得到相匹配的一個呼吸周期內(nèi)6個時相的PET/CT 融合圖像。S

11、UV、體積和位移由AW 系統(tǒng)半自動分析獲得，每個肺部結節(jié)的每個指標均要進行非門控圖像、門控顯像的6個時相共七次測量。SNR 由公式算出。部分病人進行了放療靶區(qū)的勾畫。
　　 結果：①通過復習文獻和呼吸模擬器的呼吸門控采集，在保證PET計數(shù)和CT圖像質(zhì)量的基礎上，盡可能避免CT的輻射危害，得到了適合臨床應用的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，只有電影采集時間(cine duration=234567+18)隨著每個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，主要為呼吸信號觸發(fā)的每個床位6分鐘、6個bin的采集，制定成專門的采集協(xié)議，每個病人均可用此協(xié)議完成采集。②本研究對37個肺部結節(jié)進行RG PET/CT檢查，結果發(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個時相，分別對SUVmax與SUVmean進行測定，并與

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

15、％，如果以臨床判斷標準SUV是否大于2.5作為標準，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 顯像對病灶體積大小的測量比較發(fā)現(xiàn)：非門控PET/CT測定肺部結節(jié)體積為5.27±7.74，去除呼吸運動偽影，應用RG PET/CT所得到的病灶體積明顯減小，更趨于真實，僅有4.36±6.97，二者之間差別有統(tǒng)計學意義，且二者間有很好的相關性（r=0.957）；RG PET/CT顯像不同時相與非門控顯像所測定的體積有

16、很好的相關性；對1名患者應用RG PET/CT 進行了放療靶區(qū)勾畫，由于RG PET/CT所測定的病灶范圍和體積已經(jīng)考慮了呼吸運動影響，所以有可能減小相應放療生物靶區(qū)的面積；④對37個結節(jié)分別選取不同呼吸時相PET和CT 病灶匹配的層面，對每個結節(jié)進行三維測定包括非門控狀態(tài)1次，門控狀態(tài)6個時相共6次，因此每個結節(jié)處理7次，得到相應的三維位置變化，主要由前后位、頭腳位和左右位組成。由于每個結節(jié)位置不同，不能進行統(tǒng)計分析，因而采用以Pha

17、se 1即吸氣末作為參考點（“0”），其他時相與第一時相求差值后進行比較，觀察其結節(jié)的運動，并描繪出每個病灶運動的軌跡。結果顯示：肺部結節(jié)的呼吸運動呈現(xiàn)三維運動；呼吸運動在頭腳位，即沿身體長軸上下移動幅度最明顯，其中Phase3 即呼氣末移動幅度最大F上下移動的幅度最大可以達到(1.72G5.88)cmH非門控顯像與呼吸門控不同時相間位置移動沒有相關性。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)計學意

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關系，呼吸周期越長，完成掃描所需要的時間越長，遭受的輻射劑量越大。
　　 結論：①RG PET/CT在實時呼吸門控監(jiān)測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呼吸信號觸發(fā)的每個床位6分鐘、6個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，為放療生物靶區(qū)勾畫提供更加準確的依據(jù)；④通過RG PET/CT對不同門控時相的肺部病灶三維位置位移的分析，肺部病灶呼吸運動呈

20、現(xiàn)三維運動，其中以沿身體長軸上下位置移動的幅度最明顯；⑤管電流為30mA進行的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關系，呼吸周期越長，完成掃描所需要的時間越長，遭受的輻射劑量越大。
　　
　　 第二部分
　　 目的：初步評價18F-FDG PET/CT在癌性胸腔積液中應用價值。
　　 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，惡性胸水9例，良性胸水7例，未經(jīng)證實的腫瘤合并胸水11例。分析癌性胸腔積液SUVmax（避開胸膜和肺組織）、胸膜結節(jié)及增厚的PET/CT表現(xiàn)。
　　 結果：良、惡性胸腔積液的SUVmax 比較，差異無統(tǒng)計學意義。良、惡性胸水各自在雙時間點顯像的SUVmax 比較，差異無統(tǒng)計學意義。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 枚胸膜結節(jié)。12 處