宮頸癌18F-FDG PET與MR體積測量一致性探討的PET/MR研究

魯玥玥，孫洪贊，馬全美，辛 軍

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110004）

宮頸癌在世界上是女性患者中第二常見的惡性腫瘤，在發(fā)展中國家是引起女性死亡的第三常見原因[1]。我國宮頸癌發(fā)病率和死亡率在世界各國中一直處于偏高水平[2]。放射治療是進(jìn)展期宮頸癌患者的主要治療手段。放療前準(zhǔn)確勾畫宮頸癌生物靶體積（Biological target volume，BTV）的范圍是決定放療成敗的關(guān)鍵。但由于PET空間分辨率低，腫瘤邊緣顯示不清，在PET生物靶區(qū)的勾畫中，不少研究者應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)攝取值（Standardized uptake value，SUV）來進(jìn)行半定量的分析，但目前對于PET勾畫生物靶區(qū)的方法仍沒有統(tǒng)一。對于宮頸癌患者，在勾畫PET生物靶體積的邊界中，目前并沒有一個統(tǒng)一的SUVmax閾值，研究的準(zhǔn)確性是否可信都有待驗(yàn)證。

MRI由于高度的軟組織分辨率，可以作為評價不能手術(shù)的進(jìn)展期宮頸癌體積的最準(zhǔn)確的影像學(xué)檢查方法[3]。PET/MR作為一種先進(jìn)的影像學(xué)技術(shù)，將PET的生物學(xué)功能與MR的高精度的解剖結(jié)構(gòu)融為一體，不需要患者更換掃描床，能夠減少因?yàn)榛颊呶恢靡苿釉趫D像融合中的誤差。本文以MR T2WI上宮頸癌腫瘤的體積作為宮頸癌體積的金標(biāo)準(zhǔn)[4]。我們試圖在宮頸癌大體體積的測量中，通過評估PET/MR上不同SUVmax上PET的體積與MR體積的相關(guān)性，來得到一個使PET上腫瘤體積和MR體積最一致的SUVmax閾值。

1 材料和方法

1.1 臨床資料

本文前瞻性的收集了從2012年6—12月確診宮頸癌并且正在進(jìn)行規(guī)律放療的26例女性患者。納入標(biāo)準(zhǔn)為：組織病理學(xué)證實(shí)為宮頸癌，F(xiàn)IGO分期為進(jìn)展期（ⅡB期或以上）的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)為：任何接受過手術(shù)或其他治療的患者；體內(nèi)有節(jié)育環(huán)或其他金屬置入物的患者；有幽閉恐懼癥的患者；圖像無法融合或因偽影顯示不清的患者。其中1例患者為宮頸原位癌，1例患者行手術(shù)治療，1例患者圖像無法融合，3例PET圖像顯示不清而被排除。

納入研究的患者共有20例。平均年齡51歲（中位年齡52歲，范圍31～67歲）。在這個分析中，所有入選的20例患者中，14例（70%）為ⅡB期，6例（30%）為ⅢB期。所有的患者都需要簽訂知情同意書。這項研究經(jīng)過了中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院評審委員會的批準(zhǔn)。

1.2 PET/MR 檢查方法

研究采用Philips公司的Ingenuity TF PET/MR儀，采用改進(jìn)的Gemini TOF PET和3T Achieva MR組合。Ingenuity TF PET/MR儀的性能與單獨(dú)PET/CT和MR在本質(zhì)上性能是一致的。采用GE公司的MINItraceⅡ回旋加速器生產(chǎn)18F-FDG。

患者禁食4～6 h，根據(jù)患者不同的體質(zhì)量，靜脈注射18F-FDG（放化純度＞95%）250～350 MBq不等，暗室內(nèi)靜臥（60±12）min。患者被要求掃描之前排空膀胱。所有患者均行盆腔PET、MR掃描及全身PET掃描。盆腔掃描包括一個快速3D T1加權(quán)梯度回波MR序列（atMR），用于MRmap的計算，盆腔PET發(fā)射采集（一個床位，4 min）和一個診斷性MR序列（大概30 min）。全身PET掃描包括atMR和全身PET發(fā)射采集（10～12個床位，每個2 min）。掃描范圍為從陰道水平至髂骨水平。Q-body線圈用于atMR圖像的獲得，Torsol XL盆腔線圈用于診斷性盆腔MR的掃描。盆腔MR，T2WI上參數(shù)如下：橫斷位T2加權(quán)turbo快速自旋回波（TSE）TR/TE 2 583/90 ms，voxel size 0.36/0.36/5.00，層 厚 /間 隔 5.0/1.0 mm，NSA 2。冠狀位 T2加權(quán) turbo快速自旋回波（TSE）TR/TE 1 587/100 ms，voxel size 0.83/0.84/5.00，層厚/間隔 5.0/1.0 mm，NSA 2。矢狀位 T2加權(quán)turbo 快速自旋回波（TSE）TR/TE 3 408/60 ms，voxel size 0.49/0.49/5.00，層厚/間隔 5.0/1.0 mm，NSA 2。

在整個掃描過程中，患者仰臥于掃描床上保持不動，掃描床自動在MR和PET儀器之間移動。掃描過程中所有患者保持自主呼吸。

1.3 圖像的分析

PET體積的計算：PET圖像均使用的衰減加權(quán)亞序列最大期待值法（Ordered-subsets expectation maximization，OSEM）進(jìn)行圖像重建。我們在采集MR圖像的過程中所用到的Q-body線圈是一種梯度回波掃描，其產(chǎn)生了PET衰減校正所需的衰減圖[5]。在PET圖像上，我們選取20%～60%（間隔5%）的SUVmax，PET處理系統(tǒng)自動勾畫生成腫瘤體積（圖1）。記錄FDG-PET在不同百分比的SUVmax值上腫瘤的平均體積和中位體積。

MR T2WI上體積的計算：宮頸癌在T2WI上為高信號。宮頸癌的體積包括宮頸和宮旁組織能見到的大體腫塊的體積。T2WI上腫塊的體積由兩名有經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師共同測量（圖1）。繪制T2WI MR矢狀圖像上每一層上腫塊的輪廓，通過計算每一層的面積乘以（層厚+間隔）得到的MR上腫塊的體積（層厚 5.00 mm，間隔 1.00 mm）。

圖1 女，47歲，宮頸癌ⅢB期。圖1a：MRI矢狀位T2加權(quán)上腫塊的輪廓。圖 1b～1f分別為 20%、30%、40%、50%、60%SUVmax時，PET上的自動生成的體積與MR的融合圖像。Figure 1. A 47-year-old woman with stage ⅢB disease.Figure 1a:The mass contour at MRI T2-weighted sagittal.Figure 1b～1f:The fused image of the PET automatic volume at 20%,30%,40%,50%,and 60%SUVmax,respectively with MR.

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

用Pearson相關(guān)系數(shù)分析20%～60%（間隔5%）百分閾值上自動生成的PET的體積和MR上腫瘤體積的相關(guān)性。計算和比較MRI體積和不同百分比SUVmax時PET體積之差的平均值。用T檢驗(yàn)，檢驗(yàn)MRI體積和不同百分比SUVmax時PET體積差異有無統(tǒng)計學(xué)意義。全部資料采用SPSS 17.0軟件處理。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者信息

納入研究的患者共有20例。患者31～67歲，中位年齡52歲。其中14例（60%）為ⅡB期，6例（30%）為ⅢB 期。MRI上的平均體積為 35.6 cm3。在PET 上，原發(fā)腫瘤平均 SUVmax 值為 12.9±4.9。

2.2 不同百分比SUVmax時PET體積和MRI體積的相關(guān)性

隨著SUVmax閾值百分比的增加，F(xiàn)DG PET自動繪制的體積減小。平均MRI體積與35%SUVmax值時 PET 體積有顯著的相關(guān)性（P＜0.001），Pearson相關(guān)系數(shù)和絕對系數(shù)分別為0.888和0.789。在35%的 SUVmax時，F(xiàn)DG PET上的平均體積為（32.5±17.6） cm3，見表 1。

2.3 MRI體積和不同百分比SUVmax時PET體積之差的平均值

隨著百分閾值的增加，PET體積逐漸減小（表2），MRI和35%SUVmax PET體積最相關(guān)時，二者體積之差最小（圖2），意味著在35%SUVmax時MRI與PET體積一致性最好。而且，根據(jù)T檢驗(yàn)（表2）35%SUVmax 閾值時，P=0.061，MR 體積與 PET 體積之間差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義。

Table 1 Correlation between PET volumes at different percentages of SUVmax and MRI volumes

圖2 MRI體積（cm3）與不同百分比SUVmax上PET體積（cm3）之差的平均值。Figure 2. The average values of the volume differences(cm3)between MRI volume with PET volume(cm3)at different percentages of SUVmax.

Table 2 t-test analyses of volume differences between MRI with PET volume at different percentages of SUVmax

3 討論

放射治療是進(jìn)展期宮頸癌的最主要治療方式。立體適形放療（Conformal radiationtherapy，CRT）、調(diào)強(qiáng)放療（Intensity modulated radiationtherapy，IMRT）等精確放療技術(shù)可使放療高劑量區(qū)的分布在三維方向上與靶體積外形一致、并可使靶體積邊緣劑量梯度的銳減，從而提高靶體積劑量、降低周圍正常組織的損傷。放療前準(zhǔn)確勾畫腫瘤靶體積（Gross tumor volume elinieal taget volume，GTV）至關(guān)重要，然而CT、MR等傳統(tǒng)的勾畫靶體積的方法不能有效地反映腫瘤的生物和代謝活性以及靶體積內(nèi)不同區(qū)域放療敏感性的差異，可能會導(dǎo)致過度治療。近年來，隨著功能影像學(xué)的發(fā)展，運(yùn)用解剖、功能等不同信息的顯像模式來繪制腫瘤的輪廓和制定放療計劃已經(jīng)應(yīng)用于放療實(shí)踐中[6-10]。通過功能影像學(xué)技術(shù)顯示具有放療敏感性不同的生物學(xué)靶區(qū)，利用物理調(diào)強(qiáng)的照射技術(shù)給予不同的生物學(xué)靶區(qū)不同的照射劑量，從而最大限度的殺滅腫瘤組織并保護(hù)正常組織。PET成像的優(yōu)勢在于它能很好地提供腫瘤的分子生物信息，識別腫瘤的生物學(xué)過程，顯示具有放射敏感性不同的生物學(xué)靶區(qū)，近年來，運(yùn)用PET輔助宮頸癌放療計劃也取得了肯定價值。Kruser等[11]在不同腫瘤的研究中，當(dāng)PET用于放療常規(guī)中，至少有68%的患者腫瘤大體體積、治療模式或局部劑量發(fā)生了改變。Dolezelova等[12]研究報道51例局部晚期宮頸癌患者（ⅡB～ⅢB），放療計劃前對比CT和PET/CT融合圖像，結(jié)果19例（37%）病人改變了病變范圍，9例（17.5%）病人改變了治療區(qū)域。Ciernik等[13]對比研究放療前CT和PET/CT勾畫的靶體積，結(jié)果8例宮頸癌患者中，CT勾畫的GTV中有2例不同于PET/CT影像下勾畫的GTV，體積大約改變了25%。Fleming等[14]用PET/CT與MR對63例進(jìn)展期宮頸癌患者進(jìn)行對比分析，其中76%的患者治療方案和放療計劃都發(fā)生了改變。

由于PET的成像原理比較特殊，圖像分辨率低，如何在PET圖像上準(zhǔn)確地勾畫出腫瘤的邊緣是確定生物靶區(qū)的關(guān)鍵。然而，迄今為止，在PET圖像上勾畫腫瘤的邊界的方法并沒有達(dá)到一致性。目前有許多針對在PET/CT圖像上勾畫GTV靶區(qū)的研究[15]，最簡單的方法是在PET/CT融合圖像上完全憑視覺勾畫出代謝增高的區(qū)域，但這種方法受操作者水平影響較大[16]。固定閾值法是利用某一固定的標(biāo)準(zhǔn)攝取值的截點(diǎn)值（SUV閾值）來描繪與腫瘤大體體積相當(dāng)?shù)腇DG熱區(qū)的方法，不少學(xué)者選擇了SUV值2.5為閾值勾畫GTV的邊界，SUV隨本底的高低而改變，而且受部分容積效應(yīng)影響較大[17]，當(dāng)SUVmax較低時，不適合應(yīng)用于臨床靶區(qū)邊界勾畫。還有學(xué)者提出一種特殊的“Halo”暈環(huán)勾畫法[18]，但這種方法只在特定的軟件上可行。還有一些研究者在尋找某種系統(tǒng)特異性的公式，用來計算靶區(qū)邊界閾值，如與靶區(qū)內(nèi)平均SUV相關(guān)的公式法[19]，還有一些包含最大SUV、平均SUV、本底SUV等更多參數(shù)的公式[20]，但這些方法比較復(fù)雜，其可行性及準(zhǔn)確性也并沒有得到證實(shí)。現(xiàn)在越來越多的研究傾向于用百分?jǐn)?shù)閾值法來確定靶體積，即用靶區(qū)最高攝取值的某個等百分?jǐn)?shù)閾值線作為病灶的邊界。不少學(xué)者在非小細(xì)胞肺癌的研究中，通過模型實(shí)驗(yàn)得出了40%[21]，42%[22]，50%[23]的邊界閾值。對于宮頸癌患者，Grigsby等通過比較PET與CT的體積，得到一個40%的SUVmax閾值，另有學(xué)者得到30%到35%的SUVmax閾值[24-25]。我們的研究采用SUVmax百分?jǐn)?shù)閾值法來確定靶體積，減少了本底SUV對病灶的影響，操作更簡單，臨床應(yīng)用更廣泛。

目前，對于局部進(jìn)展期宮頸癌的相關(guān)研究，基本上都是以CT上腫塊的體積作為參照標(biāo)準(zhǔn)的，而CT并不能真實(shí)的代表宮頸癌腫塊的體積。本研究以PET/MR同體機(jī)上MRI T2WI上宮頸癌腫瘤的體積作為宮頸癌體積的金標(biāo)準(zhǔn)。與CT相比，MR上測得的腫瘤體積與腫瘤大體標(biāo)本體積最相關(guān)，能夠準(zhǔn)確勾畫出腫瘤的真實(shí)體積[26]。本實(shí)驗(yàn)采用通過繪制每一層輪廓的邊界來計算MRI上腫瘤體積的方法，準(zhǔn)確性優(yōu)于之前的研究中根據(jù)直徑測體積的方法[27]。

我們的研究結(jié)果表明隨著百分閾值的增加，PET上繪制的病變體積逐漸減小。在35%SUVmax值時PET體積與MRI體積相關(guān)性較大。而且在35%SUVmax閾值時，二者體積之差的平均值最小。T檢驗(yàn)分析不同SUVmax百分閾值時MRI和PET體積差異，在35%SUVmax閾值時二者之間差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義，因此35%SUVmax閾值時，宮頸癌在PET上的體積與MR體積最相關(guān)。而且我們在影像學(xué)上可以看到采取35%SUVmax閾值勾畫的PET圖像與MR的融合圖像匹配良好（圖3）。有研究用PET/CT與MR分體機(jī)分析了宮頸癌腫瘤在PET上的體積和在MR上體積的相關(guān)性，得到30%～35%SUVmax閾值相關(guān)性最大，這與我們的研究結(jié)果基本一致[25]。

圖3 女，47歲，宮頸癌ⅢB期。MRI上腫塊的體積為29.4 cm3，采取35%SUVmax閾值勾畫的PET圖像準(zhǔn)確，PET/MR的融合圖像匹配良好。Figure 3.A 47-year-old woman with stageⅢB cervical cancer.Tumor volume on MRI was29.4 cm3,PET images were outlined accurately,and thefusionimagesofPET andMR were well matched.

PET/MR融合技術(shù)的產(chǎn)生，使功能成像技術(shù)又進(jìn)入了一個新的臺階。PET圖像與MR圖像同機(jī)融合的PET/MR一體機(jī)，將功能影像和解剖影像完美結(jié)合，同一掃描床免除了多次掃描的不便利，不需要改變患者體位即可獲得MRI和PET圖像，縮短了采集時間，減少了分體機(jī)因?yàn)榛颊呶恢酶淖兌斐傻膱D像配準(zhǔn)的誤差，使代謝圖像與解剖位置的配準(zhǔn)更簡單、更精確。PET/MR能清楚地顯示出腫瘤的代謝狀態(tài)，將高度的軟組織分辨率、高敏感性、低輻射等優(yōu)勢融為一體，實(shí)現(xiàn)了對病變的準(zhǔn)確定位和定性。PET和MR圖像融合并不是簡單的PET和MR圖像重疊，而是提供了在高分辨率解剖結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)顯示細(xì)胞代謝的信息。

掃描過程中影響因素有：①圖像采集的時間，病灶的SUV隨時間的變化而改變，通常惡性病灶的SUV在注射后90 min上升到一個較高的水平。因此，18F-FDG注射后圖像采集時間必須統(tǒng)一。②腫瘤的大小，受到PET的分辨率的影響，部分容積效應(yīng)會影響腫瘤SUV的測定，當(dāng)腫塊大小只有分辨率的1.5倍大小時，所測量的SUV明顯小于實(shí)際值[28]。③圖像重建的方法，重建方法也會影響SUV，其中濾波反投影法重建的圖像會低估真實(shí)放射性計數(shù)約20%，其低估程度遠(yuǎn)大于疊代重建法；OSEM重建的圖像，其疊代次數(shù)也顯著影響SUV。同時，如18FFDG注射時漏于皮下、系統(tǒng)的空間分辨率、不正確的掃描探測器準(zhǔn)直校正和劑量校準(zhǔn)、腫瘤本身的異質(zhì)性等因素都影響到所測SUV的準(zhǔn)確性，也就會影響腫瘤邊界的選擇。另外，對于一些比較大的腫瘤，膀胱內(nèi)濃聚的放射性物質(zhì)對PET成像產(chǎn)生偽影（圖4），如果宮頸腫瘤位置與膀胱相鄰，可能會影響PET上宮頸癌腫瘤勾畫的準(zhǔn)確性。目前我們已經(jīng)通過盡量統(tǒng)一采集時間、統(tǒng)一重建方式、掃描前排空膀胱來減少膀胱內(nèi)濃聚的放射性對腫瘤靶區(qū)勾畫的影響。我們還可以通過插入導(dǎo)尿管，口服大量水稀釋FDG濃度，口服利尿藥物來加速FDG的排泄來減少誤差。

由于本研究是一項前瞻性研究，目前仍存在一些不足。由于研究的病例有限，本實(shí)驗(yàn)并沒有針對腫瘤的分期、各個病理類型進(jìn)行比較。進(jìn)展期宮頸癌不能手術(shù)治療，無法得到與病理學(xué)體積上的對比。然而病理大體體積也有一定的局限性，腫瘤標(biāo)本從在體狀態(tài)到手術(shù)切除后這一過程中因?yàn)轫g帶的牽拉和標(biāo)本內(nèi)血液流失所造成體積和形狀的改變，是不可避免的因素[25]。

PET/MR目前已開始應(yīng)用于臨床[29-32]，在宮頸癌中已有初步應(yīng)用[31-32]，但目前并沒有數(shù)據(jù)比較PET/MR掃描中PET的體積和MRI上靶體積的相關(guān)性。我們的研究是在PET/MR上以比較PET/MR繪制的PET上腫塊的體積和MRI的體積來獲得一個SUVmax閾值為目的研究。我們研究的結(jié)果表明，在PET/MR同體機(jī)上，當(dāng)取35%SUVmax值時PET體積與MRI體積有顯著的相關(guān)性，對于PET生物靶體積的勾畫提供了一個準(zhǔn)確的參照標(biāo)準(zhǔn)，對于進(jìn)展期宮頸癌放療前靶體積的勾畫、放療計劃的制定提供了有力的依據(jù)。

圖4 女，53歲，宮頸癌ⅡB。MRI上腫塊的體積為 46.0 cm3。圖 4a：MR T2加權(quán)矢狀位上宮頸癌的輪廓。圖4b：35%SUVmax值時PET上自動勾畫的腫塊的輪廓。圖4c：PET/MR融合圖像，對于體積較大的腫塊，受鄰近膀胱內(nèi)濃聚的放射性的影響，在PET上繪制靶體積受到一定影響。Figure 4.A 53-year-old woman with stageⅡB cervical cancer.Tumor volume on MRI was 46.0 cm3.Figure 4a:Outline of cervical tumor on MR T2-weighted sagittal image.Figure 4b:The tumor contour was generated automatically on PET at 35%SUVmax values.Figure 4c:The fusion image of PET/MR.For larger tumors near the bladder,the PET target volume can be affected by the uptake of radioactive substances in the bladder.