PETCT的基本原理及其在肺癌诊断和治疗中的应用

PET/CT

的基本原理及其在肺癌诊断和治疗中的应用 上海华山医院PET中心 管一晖 教授 健康新概念

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—21世纪最具价值的医学三大发明之一的PET/CT让你成为透明人！ PET/CT扫描仪的先进技术和令人吃惊的应用效果导致许多医生不顾及它刚刚出现，就纷纷采用。PET/CT为医生诊断病情提供了更直接、更快捷的检查方法。应用这一核医学技术的新设备，经过多维立体的影像显示患者犹如一个透明人，各种病灶让医生一目了然。下面的文章为我们详细的介绍了这一核医学领域的最新成果。 正电子发射计算机断层（positron emission tomography, 简称PET）是目前最有前途的显像诊断技术之一，能够无创性探测正电子放射性核素在机体内分布状况。其原理在于研究人体生理生化代谢及受体等方面起重要作用。正电子核素衰变产生的正电子与体内的负电子结合，产生一对能量相同(511 keV)但方向相反的γ光子，PET采用符合探测技术，探测到这一对光子，得到人体内不同脏器的核素分布信息，通过计算机进行图像重建处理，得到人体内标记化合物的分布图像。正电子核素主要依靠回旋加速器生产，如C、N、O、F，它们的半衰期极短，分别为20min、10min、2min、110min。PET显像11131518具有以下几个特点: a. 发射正电子的核素大多都是组成人体的重要基本元素，用它们作示踪检查合乎生理要求，不干扰人体组织代谢与内环境的平衡； b. PET能够反映组织细胞的葡萄糖、氨基酸及核酸代谢、受体分布、DNA合成动力学，同时是基因研究和新药开发的有力工具； c. PET采用符合探测技术，电子准直代替了铅栅准直，大大

提高了探测效率，增加了图像的信息量，降低了统计误差PETCT的基本原理及其在肺癌诊断和治疗中的应用

丁香园资料 Dxy061101制作 与噪声，因而提高了空间分辨率与对比度，一般PET的系统分辨率在4～6 mm； d. PET图像可以进行精确的组织衰减校正、散射校正和时间校正，从而可对病变或器官进行定量测定； e. PET所用显像剂为超短半衰期核素，人体检查所受的辐射剂量较低。 但PET反映的是有关病变的功能代谢信息，在解剖结构的精确定位方面尚存在不足。匹兹堡大学Townsend博士等1999年首先报道了他们研制的PET/CT，将PET与具有高空间分辨率的螺旋CT安装在同一机架上，一次扫描可获得PET、CT及PET与CT的融合图像，CT提供的解剖信息能够准确地与PET功能图像匹配，不但弥补了PET空间分辨率的不足，还同时为PET代谢图像提供了一种快速而精确的衰减校正方法，达到了取长补短、信息互补的目的。研究证明无论是肿瘤本身还是转移的淋巴结，PET/CT在诊断上优于PET和CT的图像融合，也优于单独使用的PET或CT。目前PET/CT的主要生产厂家和机型有 GE Discovery LS, Siemens Biograph, CTI Reveal, 和Philips Gemini，目前正在使用的多为前两种机型。2002年第88届北美放射学年会（RSNA）上CTI公司首先推出16层CT的PET/CT(REVEAL XVI PET/CT)，LSO PET与16层CT的结合将进一步有助于肿瘤的准确探测与精确定位、活检定位以及疗效的评价。 PET/CT将代谢图像与功能图像的融合，双方信息的互补能够明显提高肿瘤诊断和分期的准确性，改变了单纯采用PET和CT诊断中约30%患者的临床诊断，特别是显著提高了对小病变的诊断能力；有效地降低

单纯CT或PET或CT和PET融合影像的假阳性和假阴性，使得肿瘤的诊断和治疗上了一个新台阶。UCLA大学利用Pico-3D LSO晶体PET，每个床位1 min的发射显像，加上全身CT扫描，全身图像的采集过程缩短为10 min以内。除此之外，PET/CT另外一个重要价值是可帮助医生确定生理性摄取与肿瘤摄取，增加诊断的信心，如Cohade等报道应用FDG PET/CT可以鉴别锁骨上区域的脂肪组织（USA-Fat）、肌肉及心脏外的脂肪（误以为是纵隔淋巴结转移），347例患者359次PET/CT显像发现有49例（14.1%）锁骨上区有异常FDG摄取，其中14例（4.0%）CT显示为脂肪组织引起的FDG摄取，其SUV与转移淋巴结的SUV无显著性差异。PET/CT除了主要用于肿瘤诊断和模拟定位、治疗方案制订外，随着多层CT性能的进一步成熟与提高，心血管和神经系统疾病方面的应用也是较重要的应用领域。 PET/CT实现了功能与解剖结构的同机图像融合，克服了两者单独显像时的局限性，对肿瘤显像而言，其将影响肿瘤的诊断与治疗决策，直至放疗计划的实施和治疗疗效的监控。同时由于CT技术的进展，体检、心血管及神经系统疾病也是PET/CT重要的应用领域。但是值得提出的是，由于PET/CT在国外推出仅3年多，尚需有技术完善和成熟过程，如晶体的选择、衰减校正、呼吸及心脏门电路控制、CT的选择等。对于临床应用也有待积累，尚宜密切注意技术发展的动向，做出符合国情的、密切与医院功能定位及与相关学科对应发展的技术选择。 1 PET诊断肿瘤

的基本原理 PET在肿瘤中的应用非常广泛，能够灵敏而准确地反映

肿瘤的异常灌注和代谢、蛋白质合成、DNA复制、受体的分布情PETCT的基本原理及其在肺癌诊断和治疗中的应用

丁香园资料 Dxy061101制作 况及抗癌药物的动力学研究等。由于许多恶性肿瘤和周围的正常组织比较，其无氧糖酵解明显加速，测定F标记的脱氧葡18萄糖(F -FDG)的摄取有助于确定肿瘤的恶性程度，并可对肿瘤累及的范围、治疗效果、随访及患者的预后作出评价。另外

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恶性病变组织的重要特征是细胞分裂速率增加，由于

DNA合成增加，肿瘤组织中胸腺嘧啶脱氧核苷的浓聚也增加，氨基酸穿过肿瘤细胞膜的转移速率增加，通过F -UdR和C-MET或Tyr PET显像可以鉴别肿瘤的良恶性。PET还可用于测定激素及神

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经受体的数量及亲

和能力，如许多乳腺癌患者，原发或转移部位的雌激素受体均增加，含有雌激素受体的肿瘤可成功地应用雌激素受体药物治疗，孕酮及雌激素受体的存在是预后良好的重要指标。对低氧组织来说,可以应用相应的显像剂来完成低氧显像，为放射治疗和化疗的敏感度提供依据。总之，PET是现代肿瘤基础研究和临床应用中不可缺少的有力工具。随着技术的发展，近年的仪器向图像融合方面靠拢，PET不再是单一的PET，而是PET/CT这样的高技术设备，PET/CT的图像与单独PET相比，有CT作为定位标志，使患者的解剖结构更为清楚，同时拥有了所有CT的技术，另外由于灵敏度增高，采集时间也缩短了，使应用成本也进一步下降。 1998年美国的健康保健经济管理局（HCFA）开始为PET对肺癌单发结节的诊断支付费用，1999年HCFA已决定为肺癌单发结节的诊断和非小细胞肺癌（NSCLC）分期、CEA水平升高的结直肠癌复发的检测与定位、黑素瘤复发转移灶的检测及淋巴瘤分期患者支付PET检查费用。2000年12月HCFA已对10类疾病的PET检查支付费用，其中对肿瘤包括肺癌、淋

巴瘤、黑素瘤、结直肠癌、乳腺癌、食管癌、头颈部肿瘤的诊断、分期及再分期等。在美国这些医疗政策的出台，大大推动了PET的临床应用。根据国外文献报道及自己的应用经验，可以把以下几点作为肺PET检查适应证： （1）肺部单发结节（SPN）的鉴别诊断； （2）早期检出肺癌纵隔淋巴结及远处转移灶，提供准确的临床分期，为临床制订治疗方案提供科学依据； （3）肺癌治疗后肿瘤的纤维化瘢痕或放射性损伤与肿瘤残余及复发的鉴别诊断； （4）监测治疗的效果； （5）不明原因的恶性胸腔积液； （6）发现转移性肿瘤欲寻找其原发病灶和其他转移灶。 2 PET在肺癌中的应用 2.1 FDG PET在SPN鉴别诊断中的应用 目前评价SPN的方法包括CT检查、细针穿刺活检（TTNA）、支气管镜和直视下胸腔镜检查。CT检查是评价肺部结节的常规方法，特别是高分辨率的薄层CT，能更好地鉴别结节内的钙化方式，主要不足是对结节的诊断缺乏特异性。对不能定性的肺结节可选择透视、CT或超声波引导下的TTNA，但仍存在10%～25%的假阴性。支气管镜对位于中央位置的较大的病变可进行活检，但因大多数结节部位是支气管镜所不能达到的。胸腔镜检查虽有高的灵敏性、特异性和准确性，然而胸腔镜检查系创伤性检查，有时并不能将恶性组织全部切除。而PET具有极高的灵敏性、特异性及准确性，具体见表1。一般认为CT检PETCT的基本原理及其在肺癌诊断和治疗中的应用

丁香园资料 Dxy061101制作 查结合F -FDG PET显像是评价肺部结节最可靠及最经济的无创性诊断方案。 18表1 FDG PET在肺部单发结节鉴别诊断中的应用 作者 时间 病例数 灵敏度（%）

特异性（%） 准确性（%） 阳性预测值（%） 阴性预测值（%） Dewan 1995 35 100% 78% 94% 93% 100% 97% 82% 92% 92% 92% Duhaylonsod 1995 87 93% 88% 92% 95% 82% Gupta 1996 61 100% 62% 87% 83% 100% Inoue 1995 39 100% 58% 81% 74% 100% Knight 1996 26 96% 77% 89% --- --- Lowe 1997 197 92% 90% 91% 94% 84% Lowe 1998 89 91% 83% 92% 88% 86% Prauer 1998 51 100% 90% 96.9% 95.8% 100% 华山PET 2000 33 2.2 FDG PET在肺癌临床分期中的应用 NSCLC有否淋巴结转移对诊断、治疗和患者的预后至关重要，准确的分期可以避免不必要的治疗，达到减少医疗费用，延长生存期和提高生活质量的目的。CT通常能够准确定位异常肿大的淋巴结，但肿大的淋巴结是否由肿瘤转移或炎性增生引起则难以判断，而F -FDG显像可以在淋巴结未肿大之前就可检出有否肿瘤的转移。PET一次检查可获得全身的断层图像，18在判断图像时对肺癌常见的纵隔及肺门淋巴结转移，是同侧还是对侧，有否锁骨上淋巴结的转移，及全身远处器官的转移（包括骨骼、肾上腺、肝、脑等）可以从不同的断面和角度进行观察，从而获得准确的分期。上海华山医院PET中心对82例NSCLC患者进行FDG PET与常规影像检查对分期的比较，有37例（45.1%）分期得到改变，修正了原有的治疗方案。根据我们的经验及国外文献报道，见表2，FDG PET检查可有效检出肺癌的肾上腺、肝、骨骼等处的转移灶。但PET在观察转移灶时也存在其局限性，如当一些较小的脑转移灶（<5 mm）位于高代谢活性的大脑皮质时，PET较难分辨，而且脑转移瘤在PET的表现也多种多样，可以表现为高、低代谢活性或与正常脑皮质活性相同，可以出现中心代谢的缺损，高代谢的周边组织

往往因脑水肿而代谢减低。 表2 FDG PET在肺癌分期中的应用 作者 时间 病例数 检查手段 灵敏度（%） 特异性（%） 准确性（%） 阳性预测值（%） 阴性预测值（%） Chin 1995 30 FDG PET 77% 81% 80% 64% 89% PETCT的基本原理及其在肺癌诊断和治疗中的应用

丁香园资料 Dxy061101制作 胸部CT 56% 86% 77% 63% 82% FDG PET 76% 98% 93% 93% 93% Sasaki 1996 71 65% 87% 82% 61% 89% 胸部CT 82% 81% 81% 75% 87% FDG PET Wahl 1994 27 64% 44% 52% 44% 64% 胸部CT 82% 81% 81% 75% 87% 图像融合 83% 94% 91% FDG PET Valk 1996 76 63% 73% 70% CT 100% 94% 86% Bury 1997 109 FDG PET 100% 80% 94% Erasmus 1997 27 FDG PET 2.3 PET在肺癌疗效判断中的应用 在部分小细胞肺癌，某些化学药物的治疗可导致癌细胞产生抗药性，这类患者在化疗后虽然X线胸片可显示肿瘤范围的缩小，但如果FDG在肿瘤局部的摄取异常增高，常提示化疗无明显效果，并可能产生肿瘤的抗药性；相反，另一些患者在化疗后肿瘤范围未见明显变化，但局部FDG摄取明显减低，仍提示治疗方案有良好的效果。在肺癌放射治疗后出现肺的纤维化时，CT检查较难与肿瘤的残余或复发进行鉴别，FDG PET有助于对两者的鉴别诊断,，除常规放疗外,，PET在判断治疗疗效时，从代谢上分析明显比大小上分析要科学。 2.4 常见的假阳性 肺结核在我国为常见病，在与肺部肿瘤鉴别诊断时应予重视。陈旧性结核与稳定期结核FDG PET显像，结核病灶一般不摄取FDG。显像阳性的肺结核往往是增殖性病变或以增殖性病变为主的结核结节，此类病变有大量的类上皮细胞、郎汉斯巨细胞和淋

巴细胞等，外缘包有网状纤维，这些细胞代谢旺盛，摄取FDG而呈阳性。苗积生等报道F -FDG符合线路显像2918例肺结核患者中44.8%（13例）有异常放射性浓聚。4例稳定期肺结核均不摄取FDG，25例进展期及好转期结核中，13例（52%）有异常放射性浓聚。13例FDG显像阳性者PPD试验平均值为15.8 mm（12～22 mm），FDG显像阴性者PPD试验平均值为9.5 mm（0～15 mm）。结核病灶是否浓聚FDG与PPD值的大小相关。从PPD的细胞免疫反应试验可见，免疫反应强烈者显像大多阳性，而以渗出性或干酪性病变为主的病灶显像常呈阴性。Goo等报道10例肺结核的FDG PET影像学表现，除1例直径8 mm的结节外，所有病灶均可见FDG的摄取，SUV最大值平均为4.2±2.2。4例患者在主要病灶的附近尚可见有FDG的摄取，3例患者可见肺门与纵隔淋巴结FDG摄取（SUV=3.0～3.5）。除结核外，肺部的一些良性疾病也可摄取FDG，常见的疾病如活动期肺结核、嗜酸性肉芽肿、结节病、肺炎、肺脓肿、炎性假瘤等，少见或罕见疾病如组织浆细胞病、曲霉病、隐球菌病、PETCT的基本原理及其在肺癌诊断和治疗中的应用

丁香园资料 Dxy061101制作 肺寄生虫、神经鞘瘤、棘球属囊肿、横膈疝、支气管囊肿、韦格纳肉芽肿、支气管腺瘤、良性间皮瘤、软骨瘤等。 3 其他PET显像剂的应用 F-FDG为非特异性肿瘤显像剂，除肿瘤摄取外，肺内一些良性病变如：活动性肺结核、肉芽肿、肺炎、肺脓肿、肺结节18 病、曲霉病等也可摄取F -FDG，在判断时，要结合病史进行分析。而其他PET显像剂，如： C-甲硫氨酸可用于评价肿瘤

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细胞的氨基酸代谢，甲硫氨酸PET评价肺癌纵隔和肺

门淋巴结转移灵敏度为86.1%，特异性91.1%，准确性89.7%，阳性预测值79.5%，阴性预测值94.3%，明显优于CT的评价，但与FDG PET相比并没有明显不同。因此目前甚至可能在今后一段时间CT结合FDG PET仍被认为是NSCLC术前分期的主要方法。近些年，一些新的更特异性的显像剂正在进一步研究和探索中，如C-α氨基异丁酸、F -氟-α甲基酪氨酸、C-胆碱、C-氨基环丁烷羧酸、F -FLT评价肿瘤的增生活性等，对肿瘤具有相

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对高的亲和力，而对炎症的亲和力相对较弱。C-乙酸对肝癌的

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诊断正在引起人们的注意,，许多乙酸的研究表明利用C-乙酸PET可以

把肝癌的研究提高到分子水平。 4 PET/CT在放射治疗中的应用 三维适形放疗（3DCRT）（图1）是立体定向放射治疗技术新的发展。它将CT扫描定位－计算机治疗计划系统（TPS）－治疗机还原摆位系统有机地结合起来，通过治疗机准直器和挡铅技术、多野或拉弧照射技术，使照射的高量区在人体内的立体空间上与靶区的实际形状一致，它可以是不规则形状的，以符合肿瘤实际生长的形状，从而保护了只受到低剂量照射的肿瘤周围正常组织。目前病灶放疗野的确定主要通过CT模拟定位，CT主要反映人体解剖的信息，而PET显像可直接反映肿瘤的某种病理学特征或代谢过程，是一种更灵敏更准确的影像诊断手段。CT和PET的结合可更直观地提供病变生理及病理等信息。随着图像处理技术在医学领域的进一步应用，医学图像融合还可在一幅图像上同时表达来自人体多方面的信息，如融合CT与PET的胸腹图像，可提高对肿瘤的诊断、定级、定位和定量分析，为放射计划治疗的制定提供更充分的依据。在实际的临床工作中，还有许多的现实问题尚未解决，如：胸部的呼吸运

动的影响、CT与FDG PET融合的图像精确配准等。在这方面，国外的进展很快，诸如近年PET/CT的发展已成为商业化仪器，在西门子、GE和PHILIPE公司均推出自己的PET/CT系统，其中有的机型直接可以进行放疗计划的制定，说明核医学正在和临床紧密相连，在不久的将来，可以看到，PET的发展与肿瘤治疗的发展密不可分。 PETCT的基本原理及其在肺癌诊断和治疗中的应用

丁香园资料 Dxy061101制作 图1 从FDG PET的技术看，其假阴性的比例很低，通常要小于5%，这为临床放疗定位时减少病灶遗失提供极大的方便。而且PET一次检查可获得全身的断层图像，在判断图像时尤其是对肺癌常见的纵隔及肺门淋巴结转移，是同侧还是对侧，有否锁骨上淋巴结的转移，及全身远处器官的转移（包括骨骼、肾上腺、肝、脑等）可以从不同的断面和角度进行观察，从而获得准确的分期。当然，F -FDG为非特异性肿瘤显像剂，除肿瘤摄取外，肺内一些良性病变如：活动性肺结核、肉芽肿、肺炎、18肺脓肿、肺结节病、曲霉病等也可摄取F -FDG，在判断时，要结合病史进行分析，如以SUV半定量指标、采用延迟显像等18 方法来鉴别肿瘤和炎性病变。PET显像可以作为CT图像有益的补充，放疗中采用图像融合的方法勾划靶区可以提高对肿瘤区的局部控制，减少定位时病灶遗失。生存率、疾病缓解率和放射治疗的远期效应仍需要长期的随访做出判断。尤其在治疗后的病例随访中,，PET可以显示哪些病灶是已经治疗痊愈的，哪些是需要进一步继续治疗的,，对下一步治疗的计划起到决定性的指导意见。 与肿瘤的中心相比，在肿瘤的边缘较多地出现FDG高代谢，而FDG高代

谢通常反映细胞增殖速度增加，这种现象在CT图像上尚不能明确提示。通过3DCRT对高代谢病灶区进行高强度的放射治疗，降低高代谢区的肿瘤活性，从而有目的地对肿瘤坏死区和活性区实施治疗措施。而且由于肿瘤组织具有不均质性，GTV内结构比较复杂：内在敏感性不同，供氧程度不同，细胞营养、细胞密度、干细胞数、增殖时相的分布等都不同，各部位所需要的放射剂量可能是不均匀的，PET通过不同的显像剂可以反映这种不均质性，利用现有的PET和CT的融合定位技术与适形放疗计划结合，根据病灶放射性的高低分布不同而进行剂量分布的制定，而且由于PET图像是三维立体成像，可以在冠状、矢状、横断面进行剂量分配，还能给出任意斜切面的图形及剂量分布，并随时可以显示给治疗人员，设计人员以及医生，这些将会使肿瘤的这种不均质性在放疗时得到充分的考虑，达到肿瘤治疗的最大生物学效应.。 另一个值得注意的问题是FDG摄取的缺损不能代表肿瘤细胞的真正死亡，需要其他更为理想的PET显像剂如反映核酸代谢的PET显像剂来证实肿瘤细胞增殖的停止。其他更具特异性的PET显像剂正在进一步研究和探索中，如C-α氨基异丁酸、

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F -氟-α甲基酪氨酸、C-胆碱、C-氨基环丁烷羧酸、F -FLT评价肿瘤的增

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生活性等，对肿瘤具有相对高的亲和力，而对炎症的亲和力相对较

弱。新的PET显像剂会是将来PET发展的希望。 PETCT的基本原理及其在肺癌诊断和治疗中的应用

丁香园资料 Dxy061101制作 ５ FDG PET

诊断肺癌的价格-效益分析 国外有关肺癌PET检查的价格-效益分析

表明FDG PET明显优势是节约医疗费用，使不可切除的肺癌患者避免不必

要的手术。根据美国国家癌症统计数字每年有85 000肺癌患者计算，此项研究测算每年可节约98 000 000美元。Gambhir等结果表明CT结合PET对NSCLC患者的分期具有高的价格效益比，可以降低不能手术切除患者经受不必要的试探性手术。根据FDG PET在NSCLC分期和临床处理中Decision Matrix--诊断程序敏感性分析，比较两种方案在选择适宜外科治疗患者的价值，一为单独进行胸部CT，二是CT结合胸部PET。结果发现CT结合PET的方案在不影响患者生命期望值的前提下，与单纯CT比较每个患者可节约1 154美元。Valk等回顾分析72例SPN或NSCLC患者的临床资料，发现由于PET对诊断准确性提高，避免了对不可切除患者进行手术，避免了对CT显示异常而PET显像为良性患者进行手术，通过PET显像改变了患者的治疗方案。国外目前对PET沿用的价格-效益分析，不甚适合国情，以非小细胞肺癌为例，美国PET检查费用为1 800～2 000美元，而传统外科手术的费用为PET的2～4倍，国内外的手术费用差距甚大，宜寻找适合我国医疗价格体系的分析方法。 PETCT的基本原理及其在肺癌诊断和治疗中的应用

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