影響SUV的主要因素

1、 影響SUV的主要因素 2016年9月21日 （星期三）下午3:30 主講人：王猛 中日友好醫(yī)院 核醫(yī)學科 影響SUV的主要因素 一、采集時間間隔一、采集時間間隔 二、血糖濃度及胰島素水平二、血糖濃度及胰島素水平 三、圖像的采集模式三、圖像的采集模式 四、圖像的重建方式四、圖像的重建方式 五、陽性對比劑五、陽性對比劑 簡要介紹簡要介紹 SUV是葡萄糖代謝率的半定量 分析方法，其本質上是PET圖像中 的灰階，也就是圖像中的“濃與 淡”。腫瘤組織的SUV與葡萄糖代 謝率有很好的相關性，這在多腫 瘤研究中已經(jīng)得到證實。從放射 性核素引入體內，被腫瘤組織吸 收，發(fā)生衰變到最終被探測器探 測到并形成圖像

2、，這一系列過程 中存在著各種影響SUV的因素。我 們主要從采集時間間隔、血糖及 胰島素水平、圖像采集、圖像重 建、陽性對比劑的使用幾個方面 分析其對SUV的影響。 1995 1995年及年及20032003年美國年美國 關于肺癌及乳腺癌的研究關于肺癌及乳腺癌的研究 結果顯示，隨著采集時間結果顯示，隨著采集時間 間隔延長，大部分腫瘤組間隔延長，大部分腫瘤組 織的織的SUVSUV逐漸升高。逐漸升高。 一、采集時間間隔對一、采集時間間隔對SUVSUV的影響的影響 時間間隔時間間隔 1992 1992年，美國密歇根醫(yī)學中心做了相關的年，美國密歇根醫(yī)學中心做了相關的 研究，他們將腫瘤細胞分別加入不同濃度

3、葡萄研究，他們將腫瘤細胞分別加入不同濃度葡萄 糖及不同濃度的胰島素的培養(yǎng)液中，三條曲線糖及不同濃度的胰島素的培養(yǎng)液中，三條曲線 分別代表不同濃度的胰島素水平，從圖可以看分別代表不同濃度的胰島素水平，從圖可以看 出，三條曲線幾乎完全重疊，提示腫瘤組織出，三條曲線幾乎完全重疊，提示腫瘤組織 FDGFDG攝取不受胰島素影響，而葡萄糖濃度增高攝取不受胰島素影響，而葡萄糖濃度增高 會抑制腫瘤細胞對會抑制腫瘤細胞對FDGFDG的攝取，且葡萄糖濃度的攝取，且葡萄糖濃度 越高，這種競爭抑制作用越大越高，這種競爭抑制作用越大。 二、血糖濃度及胰島素水平對二、血糖濃度及胰島素水平對SUVSUV的影響的影響 需要注

4、意的是這是體 外細胞實驗的結果，只是 說明葡萄糖對FDG攝取的競 爭抑制作用，胰島素對FDG 攝取的影響并不是通過這 樣的機制，而是通過改變 FDG生理分布起到剝奪攝取 的作用。 血糖濃度及胰島素水平血糖濃度及胰島素水平 細胞膜上的葡萄糖轉運體 （glucosetransporters, GLUT) 將葡萄糖/FDG轉運至細胞內，葡 萄糖與FDG之間存在競爭作用，所 以高血糖會抑制組織攝取FDG。大 部分組織包括腫瘤組織是依靠葡 萄糖轉運體GLUT-1轉運葡萄糖 /FDG，胰島素對葡萄糖轉運體 GLUT-1的表達并無影響；而心肌、 骨骼肌含有葡萄糖轉運體GLUT-4， 胰島素水平較低時其位于細

5、胞內， 不介導葡萄糖/FDG轉運；當胰島 素水平升高時，葡萄糖轉運體 GLUT-4從細胞內移到細胞膜上， 將葡萄糖/FDG轉運至細胞內，從 而改變了FDG的生物分布，影響其 它組織包括腫瘤的FDG攝取。 血糖濃度及胰島素水平血糖濃度及胰島素水平 研究中還將12只乳腺癌荷 瘤小鼠分為實驗組和對照組， 實驗組小鼠給予高糖負荷，兩 組小鼠均在注射FDG 1小時后處 死，離體測量正常組織及腫瘤 組織的放射性計數(shù)，結果顯示 如圖，提示高糖、高胰島素不 同程度降低多種組織的FDG攝取。 另一方面，肌肉組織、脂肪放 射性攝取未見明顯變化（尤其 是肌肉組織攝取無明顯變化與 臨床經(jīng)驗不符），作者認為這 可能是胰

6、島素的促進作用與葡 萄糖競爭抑制作用相互抵消的 結果。 血糖濃度及胰島素水平血糖濃度及胰島素水平 另一項研究納入63例糖尿病 患者（血糖均10mmol/L），按 標準方案給予胰島素(短效胰島 素優(yōu)泌林R)使血糖降至低于 10mmol/L，至少60min后注射FDG， 注射1小時后顯像，并對FDG分布 進行分級，將評分3認為FDG分 布發(fā)生改變，并與106例血糖正 常（均6.2mmol/L）患者的FDG 分布圖像進行比較。結果顯示， 25%糖尿病患者FDG分布發(fā)生改變， 而這種分布改變的結果是導致病 灶FDG顯像的假陰性。 血糖濃度及胰島素水平血糖濃度及胰島素水平 1995年Paula等研究了5

7、例頭 頸部腫瘤的患者，在嚴格禁食 及糖負荷（患者在檢查前口服 50g葡萄糖）情況下分別行 FDG PET檢查，結果顯示，糖 負荷條件下腫瘤組織的SUV值 明顯下降，同時頸部肌肉組織 放射性攝取明顯增高，干擾頸 部病變的觀察。 血糖濃度及胰島素水平血糖濃度及胰島素水平 1994年芬蘭的一項研究納入了6例淋巴瘤患者，分別于 禁食狀態(tài)及高胰島素正常血糖狀態(tài)下行PET動態(tài)顯像，并比較 不同狀態(tài)下腫瘤葡萄糖代謝率的變化；同時選取12名健康人做 對照（6人禁食狀態(tài)，6人高胰島素正常血糖狀態(tài)）比較淋巴 瘤患者與健康人肌肉組織及全身葡萄糖代謝率之間的差別。結果 顯示，禁食與高胰島素狀態(tài)下腫瘤組織的MRglc并

8、未見明顯變化 （MRglc相同并不意味著SUV相同）。而伴隨著胰島素水平上升， 肌肉組織的MRglc明顯增高。 血糖濃度及胰島素水平血糖濃度及胰島素水平 結合前面淋巴瘤顯像研究的結果，高胰島素狀態(tài)下腫瘤組織的 MRglc并無明顯變化，而FDG分布改變的患者（同樣存在高胰島素水 平）FDG顯像出現(xiàn)假陰性（SUV值明顯降低）。很多文獻研究了如何 用血糖去校正SUV，但并不是所有情況都適合用校正SUV。 進一步分析發(fā)現(xiàn)，使用胰島素后FDG分布是否改變主要與胰島素 使用與FDG注射的間隔時間相關。有學者認為在使用短效胰島素后90 分鐘注射FDG對圖像質量沒有太大影響。而2015年EANM發(fā)布的 FDG

9、 PET/CT指南建議使用速效胰島素后4小時以上再注射FDG，血 糖控制在10mmol/L以下；如果做clinical trial，血糖控制在 8mmol/L以下。 血糖濃度及胰島素水平血糖濃度及胰島素水平 血糖濃度及胰島素水平血糖濃度及胰島素水平 三、圖像的采集模式對三、圖像的采集模式對SUVSUV的影響的影響 相較于2D 模式，3D模式采 集能明顯提高探 測效率，縮短顯 像時間，提高圖 像質量，但同時 3D采集比2D采 集有更多的散射 和隨機符合。 采集模式采集模式 隨著采集時間的延長，圖像質量 得到提高，SUVmax隨著采集時間延長 而降低，而SUVpeak受熱灶與采集時間 無明顯相關，

10、這是因為SUVmax是單個 像素中灰度的最高值，容易受噪聲影響， 采集時間短、信噪比較低時會有較大偏 倚；而SUVpeak為定義的一個12mm 大小體素的SUV平均值，受噪聲影響較 小。另外，熱灶直徑對SUV有顯著影響， 由于部分容積效應，相同活度不同大小 的熱灶SUV可相差2倍以上，并且病灶 越小，SUV越低。 采集模式采集模式 當采集時間超過3分鐘，SUV的變 化趨于穩(wěn)定，也就是說，在此之后延長 采集時間對SUV影響不大，反而因為檢 查耗時過長，病人無法堅持，或存在臟 器生理性位移造成偽影。 采集模式采集模式 注射劑量對SUV同樣會有影響：如果劑量過低，圖像信噪比 低，SUV會受噪聲影響而

11、測不準；那么如果不考慮患者所受輻射劑 量以及大到一定程度之后信號的溢出，注射劑量是否越大越好？ 對于一定體重的患者，總有一個最優(yōu)的注射劑量，低于或高于該最 優(yōu)劑量都會造成圖像質量下降。若超過最優(yōu)注射劑量，NEC （noiseequivalent count）和CV（coefficients of variation， 評價噪聲大小的指標之一）均會降低，代表圖像質量的下降。這是 因為PET探測環(huán)采集到的信號中包括真實符合（即同一個+電子 湮滅輻射發(fā)出的2個光子）、散射符合（同一個+電子湮滅輻射 發(fā)出的光子經(jīng)康普頓散射后改變方向后被晶體探測到）、隨機符 合（符合時間窗內探測到的不同+電子湮滅輻射發(fā)

12、出的光子）， 真正有用的信息是真實符合，而加大注射劑量會明顯提高隨機符合， 反而增加噪聲，另外也會增加晶體的dead-time effect（即接收 1個光子的信號后需要在一定的“冷卻時間”之后才能繼續(xù)有效 的接收信號），降低圖像質量。 采集模式采集模式 2009年日本的一項 研究分析了應如何提高超重 患者的PET圖像質量。研究 將患者按BMI分為G1-G4， 標準采集為0.1mCi/kg注射 劑量2min/bed采集，超 重的G2-4患者按標準采集、 增加注射劑量（G2-4: 0.15, 0.2, 0.25 mCi/kg）、增加采集時間 （G2-4: 3, 4,5 min/bed） 進行圖像

13、采集，結果發(fā)現(xiàn)， 提高注射劑量并不改善超重 患者的圖像信噪比，而延長 采集時間明顯提高信噪比， 改善圖像質量。 采集模式采集模式 隨著迭代次數(shù)增高，圖像越來越 銳利，噪聲越來越大,隨著迭代次數(shù)增 高，SUVmax逐漸增高，無平臺期存 在；而當?shù)螖?shù)3，隨著迭代次數(shù) 的增加，SUVavg基本不受影響。 總的來說，迭代次數(shù)及子集數(shù)并不是 越多越好，隨著迭代次數(shù)的增加，似 然函數(shù)及噪聲均增加，在迭代早期， 似然函數(shù)的增加起主導作用，圖像質 量趨好；當?shù)聊骋淮螖?shù)之后，噪 聲的增加起主導作用，圖像的質量由 好趨壞。 四、圖像的重建模式對四、圖像的重建模式對SUVSUV的影響的影響 重建模式重建模式

14、 熱灶直徑相同時，SUV隨著 系統(tǒng)分辨率的減小而增加，逐漸接 近真實值；系統(tǒng)分辨率相同時， SUV隨熱灶直徑的增大而增大，逐 漸接近真實值。目前文獻報道中， 當腫瘤直徑/FWHM2時，部分容 積效應可忽略不計；部分容積效應 除了受系統(tǒng)分辨率及腫瘤大小影響 外，腫瘤的形態(tài)，本底的放射性濃 度及測量的方法均對部分容積效應 有影響。 重建模式重建模式 重建模式重建模式 當某一病灶鄰近一放射性濃 聚灶（如膀胱、心臟等）時，由于 存在spill-in和spill-out counts， 該病灶的SUV受鄰近放射性濃聚區(qū) 的干擾，即使所勾畫的ROI已避開 鄰近的放射性濃聚區(qū)，所測得的 SUV仍然是不準確的。 重建模式重建模式 高濃度的腸道陽性對比劑，不僅 會對CT的圖像產(chǎn)生影響，還會影響PET 的SUV計算。陰性對比劑（Mannitol- LBG）擴張腸道的程度明顯優(yōu)于陽性對 比劑（Barium），且與對照組 （Water）相比，陰性對比劑對SUV無 明顯影響，陽性對比劑使腸道SUV明顯 增高。陽性對比劑對SUV產(chǎn)生影響的原 因主要是X線的能量（40-140keV） 與PET光子能量（0.511MeV）不同