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(xué)科 影響SUV的主要因素一、采集時(shí)間間隔一、采集時(shí)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(yáng)性對(duì)比劑五、陽(yáng)性對(duì)比劑簡(jiǎn)要介紹簡(jiǎn)要介紹 SUV是葡萄糖代謝率的半定量分析方法，其本質(zhì)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(guān)性，這在多腫瘤研究中已經(jīng)得到證實(shí)。從放射性核素引入體內(nèi)，被腫瘤組織吸收，發(fā)生衰變到最終被探測(cè)器探測(cè)到并形成圖像，這一系列過程中存在著各種影響S

2、UV的因素。我們主要從采集時(shí)間間隔、血糖及胰島素水平、圖像采集、圖像重建、陽(yáng)性對(duì)比劑的使用幾個(gè)方面分析其對(duì)SUV的影響。 1995 1995年及年及20032003年美國(guó)年美國(guó)關(guān)于肺癌及乳腺癌的研究關(guān)于肺癌及乳腺癌的研究結(jié)果顯示，隨著采集時(shí)間結(jié)果顯示，隨著采集時(shí)間間隔延長(zhǎng)，大部分腫瘤組間隔延長(zhǎng)，大部分腫瘤組織的織的SUVSUV逐漸升高。逐漸升高。 一、采集時(shí)間間隔對(duì)一、采集時(shí)間間隔對(duì)SUVSUV的影響的影響時(shí)間間隔時(shí)間間隔 1992 1992年，美國(guó)密歇根醫(yī)學(xué)中心做了相關(guān)的年，美國(guó)密歇根醫(yī)學(xué)中心做了相關(guān)的研究，他們將腫瘤細(xì)胞分別加入不同濃度葡萄研究，他們將腫瘤細(xì)胞分別加入不同濃度葡萄糖及不同濃

3、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(huì)抑制腫瘤細(xì)胞對(duì)會(huì)抑制腫瘤細(xì)胞對(duì)FDGFDG的攝取，且葡萄糖濃度的攝取，且葡萄糖濃度越高，這種競(jìng)爭(zhēng)抑制作用越大越高，這種競(jìng)爭(zhēng)抑制作用越大。二、血糖濃度及胰島素水平對(duì)二、血糖濃度及胰島素水平對(duì)SUVSUV的影響的影響 需要注意的是這是體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，只是說明葡萄糖對(duì)FDG攝取的競(jìng)爭(zhēng)抑制作

4、用，胰島素對(duì)FDG攝取的影響并不是通過這樣的機(jī)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(xì)胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（glucosetransporters, GLUT)將葡萄糖/FDG轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，葡萄糖與FDG之間存在競(jìng)爭(zhēng)作用，所以高血糖會(huì)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(zhuǎn)運(yùn)體GLUT-1轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖/FDG，胰島素對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUT-1的表達(dá)并無影響；而心肌、骨骼肌含有葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUT-4，胰島素水平較低時(shí)其位于細(xì)胞內(nèi)，不介導(dǎo)葡萄糖/FDG轉(zhuǎn)運(yùn)；當(dāng)胰島素水平升高時(shí)，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUT-4從細(xì)胞內(nèi)移到細(xì)胞膜上，將葡

5、萄糖/FDG轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，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(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組小鼠給予高糖負(fù)荷，兩組小鼠均在注射FDG 1小時(shí)后處死，離體測(cè)量正常組織及腫瘤組織的放射性計(jì)數(shù)，結(jié)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(yàn)不符），作者認(rèn)為這可能是胰島素的促進(jìn)作用與葡萄糖競(jìng)爭(zhēng)抑制作用相互抵消的結(jié)果。血糖濃度及胰島素水平血糖濃度及胰島素水平 另一項(xiàng)研究納入63例糖尿病患者（血糖均10mmo

6、l/L），按標(biāo)準(zhǔn)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(shí)后顯像，并對(duì)FDG分布進(jìn)行分級(jí)，將評(píng)分3認(rèn)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(jìn)行比較。結(jié)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(jié)果是導(dǎo)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P(guān)aula等研究了5例頭頸部腫瘤的患者，在嚴(yán)格禁食及糖負(fù)荷（患者在檢查前口服50g葡萄糖）情況下分別行FDG PET檢查，結(jié)果顯示，糖負(fù)荷條件下腫瘤組織的SUV值明顯下降，同時(shí)頸部肌肉組織放射

7、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(xiàng)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(dòng)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(shí)選取12名健康人做對(duì)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(jié)果顯示，禁食與高胰島素狀態(tài)下腫瘤組織的MRglc并未見明顯變化（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(jié)合前面淋巴瘤顯像研究的結(jié)果，高胰島素狀態(tài)下腫瘤組織

8、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(xiàn)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(jìn)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(shí)間相關(guān)。有學(xué)者認(rèn)為在使用短效胰島素后90分鐘注射FDG對(duì)圖像質(zhì)量沒有太大影響。而2015年EANM發(fā)布的FDG PET/CT指南建議使用速效胰島素后4小時(shí)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

9、平血糖濃度及胰島素水平 三、圖像的采集模式對(duì)三、圖像的采集模式對(duì)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(cè)效率，縮短顯像時(shí)間，提高圖像質(zhì)量，但同時(shí)3D采集比2D采集有更多的散射和隨機(jī)符合。采集模式采集模式 隨著采集時(shí)間的延長(zhǎng)，圖像質(zhì)量得到提高，SUVmax隨著采集時(shí)間延長(zhǎng)而降低，而SUVpeak受熱灶與采集時(shí)間無明顯相關(guān)，這是因?yàn)镾UVmax是單個(gè)像素中灰度的最高值，容易受噪聲影響，采集時(shí)間短、信噪比較低時(shí)會(huì)有較大偏倚；而SUVpeak為定義的一個(gè)12mm大小體素的SUV平均值，受噪聲影響較小。另外，熱灶直徑對(duì)SUV有顯著影響，由于部分容積效應(yīng)，相同活度不同大小的熱灶

10、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(dāng)采集時(shí)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(zhǎng)采集時(shí)間對(duì)SUV影響不大，反而因?yàn)闄z查耗時(shí)過長(zhǎng)，病人無法堅(jiān)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(duì)SUV同樣會(huì)有影響：如果劑量過低，圖像信噪比低，SUV會(huì)受噪聲影響而測(cè)不準(zhǔn)；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(hào)的溢出，注射劑量是否越大越好？對(duì)于一定體重的患者，總有一個(gè)最優(yōu)的注射劑量，低于或高于該最優(yōu)劑量都會(huì)造成圖像質(zhì)量下降。若超過最優(yōu)注射劑量，NEC（noiseequivalent count）和CV（coefficient

11、s of variation，評(píng)價(jià)噪聲大小的指標(biāo)之一）均會(huì)降低，代表圖像質(zhì)量的下降。這是因?yàn)镻ET探測(cè)環(huán)采集到的信號(hào)中包括真實(shí)符合（即同一個(gè)+電子湮滅輻射發(fā)出的2個(gè)光子）、散射符合（同一個(gè)+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(cè)到）、隨機(jī)符合（符合時(shí)間窗內(nèi)探測(cè)到的不同+電子湮滅輻射發(fā)出的光子），真正有用的信息是真實(shí)符合，而加大注射劑量會(huì)明顯提高隨機(jī)符合，反而增加噪聲，另外也會(huì)增加晶體的dead-time effect（即接收1個(gè)光子的信號(hào)后需要在一定的“冷卻時(shí)間”之后才能繼續(xù)有效的接收信號(hào)），降低圖像質(zhì)量。采集模式采集模式 2009年日本的一項(xiàng)研究分析了應(yīng)如何提高超重患者的P

12、ET圖像質(zhì)量。研究將患者按BMI分為G1-G4，標(biāo)準(zhǔn)采集為0.1mCi/kg注射劑量2min/bed采集，超重的G2-4患者按標(biāo)準(zhǔn)采集、增加注射劑量（G2-4: 0.15, 0.2, 0.25 mCi/kg）、增加采集時(shí)間（G2-4: 3, 4,5 min/bed）進(jìn)行圖像采集，結(jié)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(zhǎng)采集時(shí)間明顯提高信噪比，改善圖像質(zhì)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(tái)期存在；而當(dāng)?shù)螖?shù)3，隨著迭代次數(shù)的增加，SUVavg基本不受影響?？偟膩碚f，迭代次數(shù)及子集數(shù)并不是越多越好，

13、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(dǎo)作用，圖像質(zhì)量趨好；當(dāng)?shù)聊骋淮螖?shù)之后，噪聲的增加起主導(dǎo)作用，圖像的質(zhì)量由好趨壞。 四、圖像的重建模式對(duì)四、圖像的重建模式對(duì)SUVSUV的影響的影響重建模式重建模式 熱灶直徑相同時(shí)，SUV隨著系統(tǒng)分辨率的減小而增加，逐漸接近真實(shí)值；系統(tǒng)分辨率相同時(shí)，SUV隨熱灶直徑的增大而增大，逐漸接近真實(shí)值。目前文獻(xiàn)報(bào)道中，當(dāng)腫瘤直徑/FWHM2時(shí)，部分容積效應(yīng)可忽略不計(jì)；部分容積效應(yīng)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(cè)量的方法均對(duì)部分容積效應(yīng)有影響。 重建模式重建模式重建模式重建模式 當(dāng)某一病灶鄰近一

14、放射性濃聚灶（如膀胱、心臟等）時(shí)，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(cè)得的SUV仍然是不準(zhǔn)確的。重建模式重建模式 高濃度的腸道陽(yáng)性對(duì)比劑，不僅會(huì)對(duì)CT的圖像產(chǎn)生影響，還會(huì)影響PET的SUV計(jì)算。陰性對(duì)比劑（Mannitol-LBG）擴(kuò)張腸道的程度明顯優(yōu)于陽(yáng)性對(duì)比劑（Barium），且與對(duì)照組（Water）相比，陰性對(duì)比劑對(duì)SUV無明顯影響，陽(yáng)性對(duì)比劑使腸道SUV明顯增高。陽(yáng)性對(duì)比劑對(duì)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，X線