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PET/CT呼吸门控显像对肺部结节的应用研究

武志芳  
【摘要】:背景PET/CT(Positron emission tomography/ computed tomography,PET/CT)的分子水平PET检查的高灵敏度、特异性结果与清晰显示解剖的CT的结果相结合,尤其在肿瘤、神经系统方面,已经使其成为一个广为接受的对肿瘤的诊断、评估、分期和再分期的手段。 在PET/CT系统中,CT扫描很快,普及型CT全身扫描需要数秒时间,一个呼吸周期基本能得到所需的图像,获得的图像几乎是某时刻的快照,因此基本不受呼吸运动影响;而PET扫描速度较慢,每个体位PET采集要2分钟-10分钟,获得的是经历几个,甚至几十个呼吸周期的平均图像。因此在对肺部进行PET/CT扫描时,由于CT扫描速度明显快于PET扫描速度,PET和CT扫描受呼吸运动位移的影响不同,从而导致PET/CT图像中相同层面的PET图像和CT图像在位置及相位上存在一定程度的不匹配而形成PET图像伪影。 另外一个产生呼吸伪影的原因是由于在PET/CT系统中,PET图像的衰减校正是通过CT扫描得到的组织密度图像完成的,同一个患者的PET图像和CT图像在空间位置和时相上并不完全匹配(特别在运动幅度最大的膈膜附近),用瞬间的CT图像去对平均PET的图像做衰减校正必然出现误差,导致PET图像出现伪影,可能影响胸腹部肿瘤的准确诊断与治疗计划的制定。 控制呼吸伪影对肺部病变的诊断、癌症分期和放疗靶区的划定有很重要的意义。 呼吸控制技术以1999年开展的主动呼吸控制(active breathing control,ABC)技术和深吸气呼吸控制(deep-inhalation breath holding,DIBH)技术为代表。减少呼吸所致运动的方法有:外源性呼吸限制(如:呼吸机的强制通气)和自我呼吸限制(随呼吸命令进行呼吸控制),还有就是通过呼吸运动监测设备进行呼吸门控。由于前者要求患者必须进行呼吸训练,许多患者并不能耐受这一过程。目前呼吸门控成为减少呼吸伪影和进行放疗靶区划定的依据。 呼吸门控的PET/CT显像(respiratory-gated PET/CT,RG PET/CT),即4D PET/CT的呼吸门控采集,是指通过特定的设备采集呼吸运动信号,利用特殊的扫描程序,将呼吸周期分为若干时相,然后将与呼吸信号同步采集的各时相图像信息归类分析,将处于同一呼吸时相的PET图像和CT图像进行配准和衰减校正,从而提供病灶三维空间影像随时间变化的运动信息。其中CT图像不仅提供解剖学信息,还用于PET图像的衰减校正。 国外有少量文献对RG PET/CT进行了报道,但国内仅有数篇综述,尚未见到任何临床研究报道。国外对PET/CT及4D CT对放疗生物靶区划定的意义做了较多研究,而对RGPET/CT对放疗靶区划定的价值尚无定论;少量文献对呼吸幅度门控PET/CT的标准化摄取值(standard uptake value,SUV)、肿瘤体积和信噪比进行了研究。 RG PET/CT对呼吸伪影校正的价值,呼吸门控PET中各种半定量指标如SUV值对临床诊断、分期和放疗靶区的勾画的价值成为临床研究的热点。 目的通过复习文献及模拟呼吸器的采集,建立合适的RG PET/CT条件和方法;对肺部结节进行RG PET/CT门控采集,并与非门控PET/CT进行比较,初步探讨呼吸门控技术对肺部结节SUV、体积估测的影响;测量呼吸运动所引起的位置移动变化;对呼吸门控技术不同时相与非门控采集肺部结节SUV、体积和位移进行相关性分析;观察RG PET/CT与常规采集信噪比的差异及辐射剂量的差别,以期为临床提供有价值的信息。 方法2010年5月至2011年3月在我科进行PET/CT显像的患者,发现有多个肺部结节,并同意进行呼吸门控显像的患者共19例,14例患者进入本研究,其中男6例,女8例,年龄29~80岁,平均年龄(63.7±7.1)岁。PET/CT为GE Discovery VCT型。18F-FDG注射剂量按5.55~7.40 MBq/kg计算,注药后静卧休息60 min,显像前排空膀胱。然后用3D模式采集PET图像,约6—7个床位。按2 min/床位进行PET扫描,用CT对PET图像进行衰减校正、图像重建和融合。呼吸门控采集时要求患者平稳、均匀呼吸,用Varian公司实时监测系统记录呼吸曲线,并向PET/CT采集控制系统发送呼吸运动节律信号。先启动呼吸控制系统记录呼吸节律信号,再进行RG PET/CT采集。CT为4D扫描,PET共扫1个床位6分钟,分为6个bins。CT图像的“后门控”处理在后台工作站上进行。先对呼吸曲线设置不同的相位值,共设定6个时相(phase1-phase6):0,16%,33%,50%,66%,83%,吸气末为0,呼气末为50%,下一个吸气末为100%(即0时相),一直循环;再对不同相位设置运动幅度可接受的相位范围;最终得到6个相位的多层CT图像系列。将得到的不同时相CT重新发回采集工作站,PET扫描的呼吸门控图像在后处理工作站自动划分为6个时相的呼吸门控系列图像,从而得到相匹配的一个呼吸周期内6个时相的PET/CT融合图像。SUV、体积和位移由AW系统半自动分析获得,每个肺部结节的每个指标均要进行非门控图像、门控显像的6个时相共七次测量。SNR由公式算出。部分病人进行了放疗靶区的勾画。 结果①通过复习文献和呼吸模拟器的呼吸门控采集,在保证PET计数和CT图像质量的基础上,尽可能避免CT的辐射危害,得到了适合临床应用的RG PET/CT采集方法。呼吸门控CT采集条件管电压120KV,管电流30mA,扫描范围略大于PET一个床位即15.7cm,螺距及层厚均为固定采集条件,只有电影采集时间(cine duration=234567+18)随着每个病人不同的呼吸周期而变化;呼吸门控PET采集条件与常规采集不同,主要为呼吸信号触发的每个床位6分钟、6个bin的采集,制定成专门的采集协议,每个病人均可用此协议完成采集。 ②本研究对37个肺部结节进行RG PET/CT检查,结果发现呼吸门控显像可以提高病灶的SUV值。SUVmax和SUVmean分别可以达到13.69±6.70和8.56±4.11,明显高于非门控PET/CT 12.76±6.74及7.66±4.00 9P 0.001:;SUVmax提高率可高达39.99%,最高为32.34%,二者平均提高率为7.29%和11.72%(P 0.001);SUVmax在门控与非门控PET/CT中有差别,但相关性非常好(r=0.971),线性回归方程为Y. =1.384+0.964x;在门控显像中,根据呼吸曲线人为区分出6个时相,分别对SUVmax与SUVmean进行测定,并与非门控显像分别进行比较发现:门控显像各时相SUVmax与SUVmean均高于非门控显像;不同时相间以phase1即吸气末最高,而phase4(呼气末吸气初)最低;不同时相彼此之间差异无统计学意义(P0.05),但不同时相与非门控显像SUV变化相关性很高( P 0.01);本研究还对4个结节常规显像中SUV2.5(定义为轻度摄取)的肺部结节进行了分析,发现其中有一个结节SUVmax在门控显像中由2.13升至2.52,变化率达到18.31%,如果以临床判断标准SUV是否大于2.5作为标准,那么呼吸门控显像有可能影响到临床诊断和分期; ③用呼吸门控与非门控PET显像对病灶体积大小的测量比较发现:非门控PET/CT测定肺部结节体积为5.27±7.74,去除呼吸运动伪影,应用RG PET/CT所得到的病灶体积明显减小,更趋于真实,仅有4.36±6.97,二者之间差别有统计学意义,且二者间有很好的相关性(r=0.957);RG PET/CT显像不同时相与非门控显像所测定的体积有很好的相关性;对1名患者应用RG PET/CT进行了放疗靶区勾画,由于RG PET/CT所测定的病灶范围和体积已经考虑了呼吸运动影响,所以有可能减小相应放疗生物靶区的面积; ④对37个结节分别选取不同呼吸时相PET和CT病灶匹配的层面,对每个结节进行三维测定包括非门控状态1次,门控状态6个时相共6次,因此每个结节处理7次,得到相应的三维位置变化,主要由前后位、头脚位和左右位组成。由于每个结节位置不同,不能进行统计分析,因而采用以Phase 1即吸气末作为参考点(“0”),其他时相与第一时相求差值后进行比较,观察其结节的运动,并描绘出每个病灶运动的轨迹。结果显示:肺部结节的呼吸运动呈现三维运动;呼吸运动在头脚位,即沿身体长轴上下移动幅度最明显,其中Phase3即呼气末移动幅度最大F上下移动的幅度最大可以达到(1.72G5.88)cmH非门控显像与呼吸门控不同时相间位置移动没有相关性。 ⑤本文研究显示在现有的采集条件下,门控与非门控PET/CT显像SNR差别没有统计学意义,表明现有采集条件能满足图像判定的要求;在不影响图像质量的前提下,将CT管电流降至30mA,减少了患者所受照射,每个床位患者所接受的辐射剂量均高于非门控显像;在RG PET/CT显像中,经过模拟呼吸周期和cine duration参数我们得到:呼吸门控PET/CT辐射剂量与呼吸周期呈正相关关系,呼吸周期越长,完成扫描所需要的时间越长,遭受的辐射剂量越大。 结论①RG PET/CT在实时呼吸门控监测仪器记录呼吸曲线和患者自由、平稳呼吸的前提下,4D CT采集条件管电压120KV,管电流30mA,及4D PET呼吸信号触发的每个床位6分钟、6个bins的采集就能满足临床要求; ②RG PET/CT与非门控采集相比较,可以显著提高肺部结节SUV值,从而改变疾病的诊断和分期; ③RG PET/CT可消除呼吸伪影,使病灶的大小更趋于真实,为放疗生物靶区勾画提供更加准确的依据; ④通过RG PET/CT对不同门控时相的肺部病灶三维位置位移的分析,肺部病灶呼吸运动呈现三维运动,其中以沿身体长轴上下位置移动的幅度最明显; ⑤管电流为30mA进行的RG PET/CT采集,信噪比接近于非门控显像,能满足临床需求;⑥RG PET/CT辐射剂量高于非门控采集,呼吸门控PET/CT辐射剂量与呼吸周期呈正 相关关系,呼吸周期越长,完成扫描所需要的时间越长,遭受的辐射剂量越大。 目的:初步评价18F-FDG PET/CT在癌性胸腔积液中应用价值。 资料与方法:回顾性分析27例胸腔积液患者,经胸腔穿刺或随访证实,恶性胸水9例,良性胸水7例,未经证实的肿瘤合并胸水11例。分析癌性胸腔积液SUVmax(避开胸膜和肺组织)、胸膜结节及增厚的PET/CT表现。 结果:良、恶性胸腔积液的SUVmax比较,差异无统计学意义。良、恶性胸水各自在双时间点显像的SUVmax比较,差异无统计学意义。9例癌性胸水中,PET发现31处局灶性高代谢灶,CT仅发现13枚胸膜结节。12处CT表现胸膜增厚的病灶中,PET显示20处局灶性高代谢灶。 结论:胸腔积液本身的SUVma及双时间点显像SUVmax对癌性、良性胸膜病变鉴别没有价值。PET/CT有助于癌性胸膜病变的定性诊断。


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