肝脏18F-FDG PET半定量方法比较分析

李艳丽　刘国兵　吴　冰　谭　辉　呼　岩　石洪成△

(1上海市影像医学研究所　上海　200032;2复旦大学附属中山医院核医学科　上海　200032)



肝脏18F-FDG PET半定量方法比较分析

李艳丽1,2刘国兵2吴冰2谭辉2呼岩1,2石洪成1,2△

(1上海市影像医学研究所上海200032;2复旦大学附属中山医院核医学科上海200032)

【摘要】目的比较肝脏(18)氟脱氧葡萄糖正电子发射体层摄影/计算机体层摄影[2-(fluorine-18)-fluoro-2-deoxy-D-glucose positron emission tomography/computed tomography,(18)F-FDG PET/CT]半定量方法及其受血糖、血脂、肝酶、体质指数 (body mass index,BMI)、年龄及性别等因素的影响。方法回顾性分析678例健康人群PET/CT、常见血液化验结果及基本信息等资料,测量肝脏平均标准化摄取值 (standardized uptake value,SUV)和基于瘦质体重 (lean body mass,LBM)与体表面积 (body surface area,BSA)校正的SUV(LBM)和SUV(BSA)。比较三者的变异系数大小,并采用相关、偏相关和多元线性回归分析比较三者受血液化验指标的影响程度。结果SUV、SUV(LBM)和SUV(BSA)的变异系数 (23.3%、23.4%和24.7%)相当。SUV受年龄、BMI、高密度脂蛋白 (high density lipoprotein,HDL)和三酰甘油 (triglyceride,TG)的影响 (P值均<0.05),SUV(BSA)受性别、年龄、BMI和HDL的影响 (P值均<0.05),而SUV(LBM)仅与性别和年龄有关 (β=0.092和0.004,P=0.002和0.007),不受常见血液化验指标的影响。结论肝脏SUV和SUV(BSA)均受常见血液指标的影响,而SUV(LBM)不受血液化验指标的影响,有望用于(18)F-FDG PET半定量评估。

【关键词】(18)氟脱氧葡萄糖;标准化摄取值;瘦质体重;体表面积;正电子发射体层摄影/计算机体层摄影;肝脏

*This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (81271608).

肝脏18氟脱氧葡萄糖正电子发射体层摄影/计算机体层摄影[2-(fluorine-18)-fluoro-2-deoxy-D-glucose positron emission tomography/computed tomography,18F-FDG PET/CT]显像可用于肿瘤的诊断、分期、疗效评价及预后评估[1-4]。标准化摄取值 (standardized uptake value,SUV)是一种反映组织葡萄糖代谢率的半定量分析指标,广泛用于PET/CT图像分析以帮助鉴别病灶的良恶性和评估疗效等,可以弥补目测分析法受图像分析者经验及其主观因素影响的不足。肝脏基础18F-FDG摄取可为临床疾病诊断提供参考[5-7],但其常用半定量指标SUV受受检者体重、血糖、血脂、肝功能指标、注射显像剂剂量、显像时间和成像技术等诸多因素的影响[5,8-9]。因此,临床需要一个更稳定的半定量指标。

Tahari等[10]对1 033例样本进行回顾性分析,发现SUV值与患者的体重呈中等强度相关 (男:r=0.58,P<0.000 1;女:r=0.54,P<0.000 1),而基于瘦质体重(lean body mass,LBM)对SUV值校正后的SUVLBM与患者体重的相关性减弱 (男:r=0.11,P=0.01;女:r=-0.35,P=0.000 1),表明体重对SUVLBM的影响小于对SUV的影响,但作者并未对SUVLBM其他影响因素 (如血液指标)及SUV其他校正方法进行全面探讨。本研究拟对基于LBM和体表面积 (body surface area,BSA)计算的SUVLBM和SUVBSA与SUV进行比较,以期寻找一个较为稳定的半定量指标。

材 料 和 方 法

对象纳入和资料收集回顾性分析2010年12月至2013年9月在复旦大学附属中山医院核医学科行18F-FDG PET/CT检查的健康者资料,共4 443例。入选标准:(1)有PET/CT资料; (2)临床初步诊断无明显异常。排除标准:(1)患有可能影响肝脏代谢疾病者,如肿瘤、急性炎症、高脂血症、脂肪肝、肝硬化或肝沉积病、肝切除或肝移植、脾脏切除、糖尿病或空腹血糖>7.0 mmol/L、甲亢或甲旁亢和急慢性肾衰或心衰等; (2)肝功能、血糖、血脂检查结果或基本资料不全者; (3)图像质量差者或仅有局部PET/CT资料者。最终纳入678例研究对象,其中男性484例 (71.4%),女性194例 (28.6%);年龄24～74岁,中位年龄46岁。

记录基本临床资料、乙肝病毒感染状态、血糖、血脂及肝功能检查结果。具体包括性别、年龄、身高 (cm)、体重 (kg)、乙肝表面抗原 (hepatitis B virus surface antigen,HBsAg)、血糖 (blood sugar,BG,mmol/L)、总胆固醇 (total cholesterol,TC,mmol/L)、三酰甘油 (triacylglycerol,TG,mmol/L)、高密度脂蛋白 (high density lipoprotein,HDL,mmol/L)、低密度脂蛋白 (low density lipoprotein,LDL,mmol/L)、总胆红素 (total bilirubin,TBil,μmol/L)、谷丙转氨酶 (alanine aminotransferase,ALT,U/L)和谷草转氨酶 (aspertate aminotransferase,AST,U/L)。

成像技术及图像分析PET/CT检查采用GE Discovery VCT 64 (美国GE公司)成像仪。检查前禁食至少6 h,注射前测量BG、身高和体重,静脉注射18F-FDG (上海科兴药业有限公司)0.12 mCi/kg并休息1 h后显像。扫描范围从颅顶至股骨上段。CT参数为:管电压120～140 kV,管电流140 mAs,转速0.33 s/圈,螺距0.516,矩阵512×512;层厚3.75 mm、间距1.25 mm。PET成像采用3D模式,每视野15 cm,层厚3.75 mm,每床位2 min,每人5～7个床位。PET数据先基于CT进行衰减校正,进而基于有序子集最大期望算法 (ordered subset expectation maximization,OSEM)进行滤波后重建,最后进行PET和CT图像融合。利用工作站自带软件于门脉主干层面肝右叶勾画直径3 cm球形感兴趣区 (region of interest,ROI) (图1),软件自动计算出常规SUV,以及经LBM和BSA校正后的SUV值,分别记为SUVLBM和SUVBSA,取各自均值用于分析。SUV、SUVLBM和SUVBSA计算公式如下:

BSA (m2)=体重0.425×身高0.725×0.007 184

注:体重 (kg);身高 (cm)

Axial images of CT (A) and PET (B) onportal vein level were selected to place regions of interests (circles),with mean SUV,SUVLBMand SUVBSAmeasured to be 1.9,1.4 and 0.5 respectively.

图147岁男性患者PET/CT检查图像

Fig 1PET/CT scans of a 47 years old male patient

统计学分析统计分析采用SPSS 20软件进行,双侧检验P<0.05为差异有统计学意义;分类变量以均mean±SD的形式描述,连续性变量以例数和百分比形式描述。通过比较SUV、SUVLBM和SUVBSA的变异系数 (coefficient of variation,CV)衡量个体间变异大小;采用独立样本t检验比较分类变量组间SUV、SUVLBM和SUVBSA的差异;采用相关及偏相关分析统计三者受连续性变量的影响程度;采用多元逐步线性回归分析三者的独立影响因素和程度。

结果

一般情况纳入对象包括男性484例,女性194例，年龄 (46.8±8.5)岁。SUV、SUVLBM和SUVBSA分别为1.92±0.448、1.47±0.344和0.49±0.121,三者变异系数相当,依次为23.3%、23.4%和24.7% (表1)。SUV与性别间差异无统计学意义 (t=1.467,P=0.143),而SUVLBM和SUVBSA与性别间差异有统计学意义 (t=-3.251,5.571;P=0.001,<0.001，表2)。423例有HBs-Ag检查结果,其中47 例 (11.1%)阳性,376例 (88.9%)阴性;HBsAg阴、阳性组间SUV、SUVLBM及SUVBSA差异均无统计学意义 (表2)。

表1　肝脏 SUV、SUVLBM和SUVBSA统计比较

血糖、血脂和肝功能指标统计汇总及其与肝脏SUV、SUVLBM和SUVBSA的相关和偏相关分析结果如表3所示,各指标均值的95%可信区间 (95%CI)均在正常值范围内。SUV与年龄、BMI、HDL和TG的相关和偏相关关系均显著,调整其他变量前后P值均<0.05;SUVBSA与年龄、BMI和HDL的相关和偏相关关系均显著,调整其他变量前后P值均<0.05;而SUVLBM仅受年龄的影响,调整其他变量前后的P值分别为0.012和0.045。

表2　分类变量间SUV、SUVLBM和SUVBSA的分布差异

表3　连续性变量统计汇总及其与肝脏 SUV、SUVBSA和SUVLBM的相关和偏相关分析结果

ns：Not significant,with the variables being excluded from the corresponding model of correlation or partial correlation analysis.

将表2中P<0.05的变量和表3中调整前后P均<0.05的变量为自变量,相应的肝SUV、SUVLBM和SUVBSA为应变量进行多元线性逐步回归分析,结果见表4。影响SUV变异的独立因素有年龄、BMI、HDL和TG,各自每增加一个单位,依次预示SUV增加0.007、0.014、0.193和0.034。影响SUVBSA变异的独立因素有性别、年龄、BMI和HDL,男性SUVBSA平均比女性低0.029,年龄、BMI和HDL每增加一个单位,依次预示SUVBSA增加0.002,减少0.004和增加0.047。而SUVLBM不受常见血液化验指标的影响,仅受性别和年龄的影响,男性SUVLBM平均比女性高0.092,年龄每增加1岁,预示SUVLBM增加0.004 (β=0.004);年龄对SUVLBM的影响幅度小于常规SUV (β=0.007)。

ns：Not significant,with the variables being excluded from the corresponding model of correlation or partial correlation analysis.Dependent variables:liver SUV,SUVBSAand SUVLBM.

讨论

本研究发现健康人群肝脏摄取18F-FDG SUV受年龄、BMI、HDL和TG的影响,而SUVLBM仅与性别和年龄有关,不受HBsAg、BMI、血糖、血脂水平和肝功能指标的影响,且二者的个体间变异相当 (23.3%vs. 23.4%)。因此,与常规SUV相比,以SUVLBM作为衡量肝脏18F-FDG摄取状况的半定量指标可能优于SUV。

Kamimura等[11]报道,肝脏SUV受BMI、TG和HDL的影响。BMI是衡量人体肥胖程度的指标之一,有研究指出,肥胖和高脂血症可诱发机体慢性低水平炎症,BMI和血脂与肝脏摄取18F-FDG间的正相关关系可能源自肝实质对机体慢性炎症的应答反应[12]。Abele等[6]也指出,肥胖患者18F-FDG代谢增高,与肝实质长期低水平炎性反应有关,致使肝脏本底SUV增加。Batallés等[5]和Kim等[13]指出,以LBM代替体重对SUV进行校正,很大程度上能剔除其受躯体脂肪及血脂的影响。Paquet等[14]研究发现,以LBM对SUV进行校正并不会增加其个体间变异,正如本次研究发现SUVLBM和SUV的变异系数相当 (23.3%vs. 23.4%);可惜该研究并没有分析比较二者受血脂和肝功能指标的影响。Zasadny等[15]发现,当体重变化范围为50～100 kg时,正常肝脏的本底SUV变异接近50%,而SUVLBM从体重中剔除了脂肪因素,受体脂的影响明显减少,对衡量肝脏18F-FDG摄取程度更稳定。本研究结果显示SUVLBM不受BMI、血脂、肝功能指标的影响,与此观点相符。

虽然SUVBSA的变异系数与SUV相当,但与SUVLBM相比,以SUVBSA作为肝脏18F-FDG摄取半定量指标可能不理想。原因在于:首先,SUVBSA的测量值(0.49±0.121)与常规SUV测量值(1.92±0.448)相差甚远,有悖日常运用习惯;其次,与SUV相比,SUVBSA也受BMI和HDL的影响,并不能削弱体脂和血脂对其影响。Wahl等[16]研究也发现SUVLBM优于SUVBSA,个体间的差异小,认为SUVLBM更适合衡量肝脏18F-FDG摄取程度。

本研究发现,年龄均是影响SUV、SUVLBM和SUVBSA的独立因素。研究显示正常肝脏摄取18F-FDG随年龄增长不断增高至40～50岁达平台,50岁以后又继续缓慢增长;每增长一岁,肝脏SUV值增加0.002～0.016[5,9,17-18]。本文结果显示年龄对SUV、SUVLBM和SUVBSA影响的偏回归系数依次为0.007、0.004和0.002,与文献报道结果相似。但相比之下,年龄对SUVLBM的影响幅度 (β=0.004)小于SUV (β=0.007)。这可能是受体脂的影响,体重随年龄变化的波动幅度大于LBM,致使基于体重计算的SUV受年龄影响的幅度亦大于基于LBM计算的SUVLBM。

肝脏18F-FDG基础摄取是临床疾病诊断的一个参考,但常用半定量指标SUV受BMI、血脂、血糖等诸多因素的影响;而基于LBM计算的SUVLBM,不受BMI、血糖、血脂及肝功能指标等因素的影响,仅与性别和年龄有关,并且年龄对SUVLBM(β=0.004)的影响幅度也比对SUV (β=0.007)小。因此,与SUV相比,SUVLBM用于衡量肝脏18F-FDG摄取状况可能优于SUV。

本研究的局限在于没有考虑基础血液18F-FDG活度对肝脏背景SUV值的影响,亦未探讨正常肝脏背景SUV受成像技术、ROI勾画及部分容积效应等因素的影响,故仍需进一步探讨分析。

正常肝脏SUV受BMI、HDL和TG的影响,而基于LBM计算的SUVLBM不受BMI、血糖、血脂和肝功能指标的影响,用于衡量肝脏18F-FDG摄取状况可能优于SUV,具有潜在的临床应用价值。

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Semi-quantitative methods for hepatic18F-FDG PET:a comparative study

LI Yan-li1,2,LIU Guo-bing2,WU Bing2,TAN Hui2,HU Yan1,2,SHI Hong-cheng1,2△

(1ShanghaiInstituteofMedicalImaging,Shanghai200032,China;2DepartmentofNuclearMedicine,ZhongshanHospital,FudanUniversity,Shanghai200032,China)

【Abstract】ObjectiveTo compare semi-quantitative methods of hepatic 2-(fluorine-18) -fluoro-2-deoxy-D-glucose ((18)F-FDG) positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) and their influencesby factors,such as blood glucose,blood lipids,liver enzymes,BMI,age and gender.MethodsData on PET/CT,common serum biochemical test results and basic information from 678 healthy people were retrospectively collected.Mean SUV of liver was measured and corrected based on lean body mass (LBM) and body surface area (BSA) of each subject,which were named as SUV(LBM) and SUV(BSA),respectively.Coefficients of variation (CV) of SUV,SUV(LBM) and SUV(BSA) were compared to estimate their inter-individual variations.Correlation,partial correlation and multiple linear stepwise regression analysis were performed to identify the variability of these three measurements to common serum biochemical indices.ResultsCV of SUV,SUV(LBM) and SUV(BSA) was comparable to each other (23.3%,23.4% and 24.7%,respectively).SUV was significantly affected by age,body mass index (BMI),high density lipoprotein (HDL) and triglyceride (TG),with P-value all less than 0.05; SUV(BSA )was significantly affected by gender,age,BMI and HDL,with P-value all less than 0.05; while SUV(LBM )was only affected by gender and age (β=0.092,0.004;P=0.002,0.007).ConclusionsSUV and SUV(BSA )of liver were affected by common serum biochemical indices while SUV(LBM)was not.Therefore,SUV(LBM) is prospective to be used for (18)F-FDG PET semi-quantitative evaluation.

【Key words】2-(fluorine-18)-fluoro-2-deoxy-D-glucose;standardized uptake value;lean body mass;body surface area;positron emission tomography/computed tomography;liver

(收稿日期:2015-06-25;编辑:王蔚)

【中图分类号】R814

【文献标识码】A

doi:10.3969/j.issn.1672-8467.2016.02.003

国家自然科学基金 (81271608)

△Corresponding authorE-mail:shihongcheng@ sina.com