鼻咽癌治療方案應用18F-FDG PET/CT勾畫方法時相效應的評估

陳楊宗 唐坤 林潔 林信實 徐慧 鄭祥武*

調強放療（IMRT）和其他現(xiàn)代放療（RT）技術主要依賴于高質量的醫(yī)學成像?；诔上竦陌畜w積勾畫在治療規(guī)劃中確定原發(fā)性腫瘤和頸部淋巴結轉移瘤的位置和邊界至關重要［1］。使用葡萄糖類似物18F-FDG的PET提供與通過CT或MRI獲得的解剖數(shù)據(jù)互補的生物學信息。利用PET/CT勾畫頭頸部癌的大體腫瘤體積（GTV）的差異相當大，部分原因是各機構在基于生理成像確定惡性疾病閾值方面存在分歧［2］。研究已表明，在注射后幾個小時內(nèi)，惡性腫瘤的18F-FDG攝取量持續(xù)增加，這種時相變異可能會導致與RT規(guī)劃不一致。本研究評估常用于NPC腫瘤體積勾畫的8種方法的時相穩(wěn)健性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2017年11月至2020年7月本院鼻咽癌（NPC）患者20例。男14例，女6例；年齡35~77歲，平均年齡（58.3±10.7）歲。原發(fā)性腫瘤部位在鼻腔［3］。疾病分期包括T2~T4、N0~N2和M0。在治療前72 h，對所有患者進行成像。納入標準：（1）經(jīng)活檢證實的NPC；（2）能夠合作參與手術。排除靶體積18F-FDG攝取量低的患者。采用直接鼻咽鏡檢查和組織活檢診斷，對所有接受評估的患者進行系統(tǒng)分期，包括胸部平片、血清生化學、對比增強CT和頭頸部MRI掃描。國際癌癥控制聯(lián)盟和美國癌癥聯(lián)合委員會TNM分期系統(tǒng)第七版用于分期。本項目經(jīng)本院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 方法 （1）PET/CT圖像采集方案：患者血糖水平正常（<120 mg/dL），并在FDG PET/CT成像前禁食6 h。在注射重量調整后標準劑量18F-FDG（3.7 MBq/kg）后30 min，開始頭頸部圖像采集，這使用基于全環(huán)LYSO混合PET/CT掃描儀（Philips Genimi 64 TF；Philips Medical Systems）。在使用120 kVp、80 mA、16×1.25 mm探測器準直、1.6射束間距、3.75 mm截面厚度和5 mm重建間距（以匹配PET截面厚度）的成像程序中，從基底顱骨通過鎖骨獲得低劑量CT。在CT程序后，使用5 min循環(huán)采集三維PET數(shù)據(jù)，即掃描和采集初始化分別為2 min和3 min。在同一區(qū)域中共獲得13個掃描循環(huán)，整個掃描持續(xù)65 min。在患者處于仰臥位，并用獨立頭部支架和覆蓋頭頸部區(qū)的剛性定制面罩固定患者［4］，以減少圖像采集過程中運動偽影的情況下，進行所有掃描。在一個頭頸部支架上安裝的定制設計的面罩用于固定患者。PET/CT的一般設置遵循本中心使用方案。（2）MRI和CT采集：使用3T超導系統(tǒng)獲得橫向MRI掃描。在長時間掃描（PET/CT和MRI）中，使用U形彈性枕頭固定患者。使用雙探測器螺旋CT掃描儀。在Omnipaque造影劑給藥后，位置從頂點到鎖骨下5 cm進行掃描。（3）GTV勾畫：采用4種分割策略中的8種GTV勾畫方法：①閾值法，其中固定閾值范圍為腫瘤內(nèi)最大體素值的40%~70%（GTV-40%，GTV-50%，GTV-60%，GTV-70%）；②絕對SUV（GTV-SUV2.5和GTV-SUV 3）；③基于梯度的分水嶺分割方法（GWT）；④解剖生物輪廓（ABC）。由一名經(jīng)驗豐富的放射科醫(yī)師和一名放射腫瘤科醫(yī)師基于CT和MRI數(shù)據(jù)集，繪制GTV輪廓。GTV-CT體積包括解剖異常和對比增強區(qū)域。最初，基于T2加權圖像，確定GTV-MRI體積，但必要時，與對比前和對比后T1加權圖像相比較。T2加權像上惡性腫瘤的標準是解剖結構與正常對側相比的單側變化、腫塊效應、結節(jié)狀或浸潤性異常組織、脂肪替代和低強度［5］。針對其他實驗結果，盲法完成所有GTV勾畫?；诮馄蕵酥?，使用圖像融合計劃評估給予不同的GTV方法獲得的體積重疊（或不匹配）［6-7］。分別包括GTV-CT（或GTV-MRI）和8個基于PET的GTV之間的重疊體積，并將重疊部分（OF-CT或OFMRI）計算為相對于GTV-CT（或GTV-MRI）的重疊體積。分別包括GTV-CT（或GTV-MRI）和8個基于PET的GTV之間的體積不匹配，并將不匹配部分（MIS-CT或MIS-MRI）計算為相對于GTV-CT（或GTV-MRI）的不匹配GTV-PET體積。計算相似系數(shù)，以測量相似性。對于特定患者，認為GTV-MRI是“銀標準”，且認為OF-MRI>95%且MIS-MRI<5%的PET/CT GTV是“可接受的PET/CT GTV”?？山邮艿腜ET/CT GTV的相似系數(shù)應>0.95。

1.3 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件。計量資料以（±s）表示，GTV比較采用Mann-Whitney U檢驗，Tukey顯著性檢驗用于顏色矩陣的方差分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 NPC的FDG攝取量的時相差異 FDG攝取量分布變化見圖1，其中SUVmax增加和活動邊界不規(guī)則變化。在注射后30~90 min內(nèi)，主要感興趣區(qū)的平均SUVmax從（7.20±4.07）變?yōu)椋?1.04±5.58）。用各種勾畫程序在不同時間點獲得的平均體積見圖2。在注射后30~80 min內(nèi)，GTV-CT和GTV-GWT得出的體積相似。在40~90分鐘內(nèi)，GTV-CT和GTV-2.5得出的體積相似。其他7個基于PET的GTV（GTV-40%，GTV-50%，GTV-60%，GTV-70%，GTV-SUV2.5，GTV-SUV3，及GTV-ABC）得出的值比GTV-CT的?。≒<0.001）。在30~60 min內(nèi)，GTV-MRI和GTV-40%得出的體積相似，而在相同時間框架內(nèi)，GTV-MRI和GTV-ABC獲得的體積相似。4種百分比閾值法（GTV-40%，P=0.01；GTV-50%，P=0.001；GTV-60%，P=0.001和GTV-70%，P=0.0005）得出的值均比GTV-SUV2.5小。3種百分比閾值法（GTV-50%，P=0.02；GTV-60%，P=0.005和GTV-70%，P=0.002）得出的值比GTV-SUV3方法小。3種百分比閾值法（GTV-50%，P<0.0001；GTV-60%，P<0.0001和GTV-70%，P<0.0001）得出的值比GTVABC方法小。GTV-40%和GTV-ABC差異無統(tǒng)計學意義（P=0.72）。4種百分比閾值法（GTV-40%，GTV-50%，GTV-60%，GTV-70%）均觀察到一個明顯的趨勢，在注射后30~90 min內(nèi)GTV減小。對于絕對SUV方法（GTV-SUV2.5和GTV-SUV3）觀察到相反的趨勢，其中在30~90 min內(nèi)觀察到GTV明顯增大趨勢。在50 min前，觀察到GTV-ABC值快速減小，之后體積穩(wěn)定。在80 min后，觀察到GTV-GWT值快速減小，但之前體積穩(wěn)定（見圖3）。

圖1 NPC患者的18F-FDG PET/CT成像的時相變異

圖2 使用各種勾畫程序獲得的不同時間點的平均體積

圖3 不同勾畫程序的時相差異比較的顏色矩陣

2.2 GTV勾畫方法的穩(wěn)健性 為了以半定量方式評估時相差異，并評估各種方法的穩(wěn)健性，GTV-GWT（88.17%）和GTV-ABC（86.98%）獲得的百分比差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），為了進一步評估時相變異效應，計算變異系數(shù)作為患者內(nèi)時相變異性量度。除GTV-60%和GTV-70%外，其余平均變異系數(shù)均<10%。6種方法比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。見表1。

表1 18F-FDG PET/CT成像的8種方法測定的患者內(nèi)時相變異性

2.3 PET/CT GTV與GTV-CT和GTV-MRI的相似性分析 PET/CT GTV和GTV-MRI的相似系數(shù)指數(shù)：GTV-40%的平均相似系數(shù)0.81~0.88；GTV-ABC 0.82~0.88。GTV-50%的相似系數(shù)僅在最開始時（30~40 min）>0.8，并隨時間的推移而減?。?.72~0.82）。其他5個PET/CT GTV的相似系數(shù)均<0.8：GTV-60% 0.58~0.71，GTV-70% 0.40~0.50，GTV-2.5 0.60~0.72，GTV-30.51~0.75，GTV-GWT 0.55~0.57（見圖4）。PET/CT GTV和GTVCT的相似系數(shù)：PET/CT GTV的平均相似系數(shù)均<0.7：GTV-40% 0.46~0.57，GTV-50%0.33~0.44，GTV-60% 0.23~0.31，GTV-70% 0.13~0.20，GTV-2.5 0.49~0.70，GTV-3 0.41~0.60，GTV-GWT 0.65~0.71。見圖5。

圖4 采用各種PET/CT勾畫程序獲得的不同時間點的相對于MRI的平均相似系數(shù)

圖5 采用各種PET/CT勾畫程序獲得的不同時間點的相對于CT的平均相似系數(shù)

2.4 可接受點的計數(shù)時間分布 對于特定患者，OFMRI值>95%且MIS-MRI值<5%的基于PET的GTV可接受；各種分割方法提供完全不同的性能。GTV-ABC涵蓋57%的患者，其中在35~55 min相似性可接受。GtV-40%涵蓋57%的患者，其中在50~55 min相似性可接受。在其他時間點或其他GTV涵蓋更少患者，其中相似性可接受。見圖6。

圖6 可接受點的計數(shù)時間分布

3 討論

大多數(shù)處理PET GTV測定的擬議工作均依賴于閾值，要么基于先驗CT，要么使用從體模研究中得到的固定閾值。

本研究中，強調對NPC患者進行18F-FDG PeT/CT成像的時相變異性。使用閾值法進行GTV勾畫時，估算的GTV體積將取決于所選擇的閾值水平。Ford等提出的體模和患者數(shù)據(jù)表明這些參數(shù)之間的敏感性依賴性高。通常在注射后1 h，獲得18F-FDG PET/CT成像。無證據(jù)表明將這種選擇用作最佳治療規(guī)劃時間。本研究顯示，在注射18F-FDG后35~55 min，GTV-ABC可能是最佳選擇，假設MRI是合適的銀標準，在注射18F-FDG后35~70 min，GTV-40%是次要選擇。這些發(fā)現(xiàn)明顯不同于當前與18F-FDG PET/CT掃描相關的臨床實踐，且先前對NPC的研究未涉及這一點。此外，在估算GTV的時相變異方面，無一致標準。不清楚這種變異是否最終影響臨床結局。GTV-GWT和GTV-ABC可能會降低治療規(guī)劃時相變異風險。閾值法和絕對SUV方法對SUV變化敏感。每分鐘SUV都在變化，并導致時相變異。由于GWT和ABC方法主要取決于信號對比度，并且受SUV變化的影響較小，這兩種方法比其他方法更穩(wěn)健。

雖然GTV-GWT本身夠穩(wěn)健，但其得出的體積比GTV-MRI的大得多，但仍比GTV-CT的略小。在當前臨床實踐中，認為頭頸部癌癥治療規(guī)劃的MRI是一種極好的工具。因此，非常謹慎地采用GTV-GWT。然而，在GTV勾畫方面，MRI存在局限性［8-9］。應進一步研究GTV-GWT和GTV-MRI的綜合性能比較。

目前，推薦MRI為NPC的成像方式，因軟組織對比度極好且臨床結局可接受［10］。本研究中，采用GTVMRI作為銀標準。然而，在NPC治療規(guī)劃中，MRI是否優(yōu)于18F-FDG PET/CT仍不清楚?；谇笆霭l(fā)現(xiàn)，GTVABC夠穩(wěn)健，且與GTV-MRI的相似性高。由于穩(wěn)健性或與GTV-MRI的相似性降低，GTV-40%、GTV-50%、GTV-2.5、GTV-3和GTV-GWT的使用仍存在爭議。此外，GTV-60%和GTV-70%的穩(wěn)健性及與GTV-MRI的相似性均差，不建議用于NPC治療規(guī)劃。