非小细胞肺癌和肺炎性肿物18F-FDG 代谢分布差异的研究

林 琳,林耀云,王 杨,王家富,王洋洋,李 勇

(哈尔滨医科大学附属第一医院 PET-CT室，黑龙江 哈尔滨150001)

近年来随着18F-FDG PET-CT在临床应用时间及病例的积累，许多研究者发现单纯依据肿瘤对18F-FDG摄取能力大小(即SUVmax值)来鉴别肺内良、恶性肿瘤会出现较大偏差，肺内炎性肿物与肺癌的SUVmax值范围存在着相互的交叉[1-2]。18F-FDG作为葡萄糖的类似物，参与肿瘤的糖代谢过程，既包括有氧代谢，又包括糖酵解[3]，代谢情况与瘤体组成成分及肿瘤微环境(TME)密切相关。TME的高度异质性[4]使组织内糖代谢复杂多变，因此18F-FDG在瘤体内的分布并不是均匀一致的。

肺癌与肺炎性肿物的组织结构、生物学特点及微环境都存在着明显的差异。本研究希望通过分析NSCLC和肺炎性肿物内部18F-FDG分布的特点，探讨是否可以利用病变内部18F-FDG分布差异进行肺癌与肺炎性肿物的鉴别。

1 资料与方法

1.1 研究对象回顾性分析2019年于哈尔滨医科大学附属第一医院PET/CT室检查的肺部病变患者并分成两组，均通过手术、活检或随访明确病理诊断。一组为20例NSCLC患者，其中男性7例，女性13例，年龄范围：45-77岁，中位年龄60.5岁。病理类型为鳞状细胞癌9例；腺癌11例。另一组为20例肺内炎性肿物患者，其中男性13例，女性7例，年龄范围：36-82岁，中位年龄56岁。

1.2 仪器与方法本实验使用的是Philips GEMINI GXL16型PET-CT。CT管电流50 mAs，管电压120 kV。PET一个床位2 min。患者禁食4-6 h。空腹血糖浓度小于8.0 mmol/L。18F-FDG静脉注射0.15 mCi/kg。代谢1 h后检查。

1.3 图像分析我们主要观察18F-FDG在病变内三维及SUVmax层面的分布特点。采用SUVmax的不同百分比作为阈值标准，设置梯度参数包括SUVmax的34%、40%、50%、60%、70%、80%、90%阈值区。其中，34%SUVmax是经过病理及影像实验证实的肺内多数肿瘤的可信体积[5]，因此本研究将此阈值下的肿瘤代谢体积简化为肿瘤体积。将位于80%SUVmax阈值以上区域定为肿瘤内的高代谢区，将90%SUVmax阈值以上区域定为肿瘤的“热点”。利用PMOD软件P3D图像处理模块、PBAS图像处理板块中的VOI自动勾画功能及MATLAB软件，生成色温图、等高线图及18F-FDG PET三维的离体表面图。图像由3名副主任医师共同阅片，商议后确定诊断。

2 结果

2.1 NSCLC与肺炎性肿物的SUVmax比较20例NSCLC患者的SUVmax为：10.02±3.32，范围为：5.06-18.08。20例炎性肿物的SUVmax为：6.80±2.29，范围为：3.52-11.39。虽然两者的SUVmax存在着重叠部分，但两者相比较有统计学的差异(t=3.482，P<0.05)。另外，从表1还可以看到，NSCLC与肺炎性肿物的好发年龄是有差异的(t=2.278，P<0.05)，而NSCLC与肺炎性肿物在体积比较上并没有统计学差异(t=0.407，P>0.05)。

表1 NSCLC与肺炎性肿物的患者年龄、肿瘤体积、SUVmax值差异比较

2.218F-FDG在NSCLC与肺炎性肿物三维空间内分布的特点NSCLC患者的PET-CT18F-FDG 3D表面重建影像多近似球形或椭球形，而炎性肿物的3D表面重建影像分叶多明显、形态较多变(χ2=12.907，P<0.001)。根据每例患者在不同阈值条件下的18F-FDG分布图的形态变化，可以看到瘤体内部18F-FDG分布并不均匀，肿瘤与炎性肿物的代谢体积都是随着SUVmax阈值的增加而逐渐缩小，因此都存在高代谢区。高代谢区单一集中分布还是多发散在分布与肿物的性质无关(χ2=0.404，P>0.05)，但与肿物的体积关系密切(t=6.805，P<0.01)，见表2、3，图1。

表2 高代谢区分布情况与肿物性质的关系[n(%)]

表3 高代谢区分布情况与肿物体积大小的关系

2.318F-FDG在NSCLC与肺炎性肿物最大SUV值层面分布的特点及差异从等高线图中可以看到，NSCLC患者肿瘤内热点接近瘤体的几何中心者占70%(14/20)，有75%(15/20)肿瘤在不同阈值范围内的等高线形态十分相似，与周围正常肺组织界限清晰。与NSCLC相比，炎性肿物热点近瘤体几何中心者仅有35%(7/20)，而且不同阈值等高线的形态差距也较大，相似者仅有25%(5/20),与周围正常肺组织界限不易区分，见表4、图2。

图1 2例NSCLC和2例肺炎性肿物患者18F-FDG PET 3D影像

表4 18F-FDG在NSCLC与肺炎性肿物最大SUV值层面分布差异比较[n(%)]

3 讨论

我们观察到NSCLC18F-FDG代谢的3D表面重建图多为近似球形。而炎性肿物的代谢形态相对复杂。分析其原因主要与二者形成的机制有关。肿瘤以糖酵解为主获取能量的原因与代谢过程中的基因突变密切相关[6]。实体性肿瘤由一个或数个基因突变的细胞通过分裂、扩增逐渐形成肿瘤个体。而炎性肿物是数量较多的外源性病原体入侵体内导致机体免疫系统识别、对抗及消灭外源性异物过程。其糖代谢摄取增高的基础是活化的中性粒细胞(炎症早期)及巨噬细胞(炎症晚期)对能量的需求[7]。这些活化的炎症细胞在肿物边缘也会存在，因此肿物的18F-FDG代谢形态较多变。

图2 NSCLC与肺炎性肿物PET-CT融合图像、色温图与等高线图

在SUVmax层面上NSCLC与肺炎性肿物的18F-FDG PET影像均为靶环样表现，存在低代谢区、高代谢区及“热点”。NSCLC热点多接近瘤体的几何中心，高、低代谢区等高线形态相似，并与周围正常组织分界清晰。有病理研究认为，早期非小细胞肺癌对周围组织的浸润范围在0-1 mm占比最大，大于4 mm所占比例最小[8]。这可能是我们从影像上观察到肿瘤与周围正常肺组织界限分明的重要原因之一。炎性肿物高、低代谢区等高线形态差异较大，与周围正常组织分界不清，说明肺炎性肿物中18F-FDG代谢并不是稳步下降的，这依旧与瘤体内活化炎细胞的分布区域密切相关。周妮娜[9]等对高代谢肺占位病变的18F-FDG代谢分布研究后认为，多数肺炎性病变的18F-FDG代谢远心端高于近心端，并考虑这是由于慢性炎症刺激肺外体循环动脉参与供血导致的，这些血管多位于远心端。这可能是很多炎性肿物热点偏离瘤体几何中心的原因。与我们的研究类似，王欣欣[10]等人利用MATLAB软件surf函数对肺癌和肺炎性肿物SUVmax层面的18F-FDG代谢分布特点进行了分析，认为肺癌多为单一高代谢区，而炎性肿物高代谢区可以出现单一或分散的情况。但其研究受到SUVmax层面的限制。通过三维重建图像我们看到，实际上18F-FDG高代谢区的分布特点主要受到肿物体积大小的影响，不论肺癌还是肺炎性肿物，在体积较小时，高代谢区都是单一集中分布，而肿物体积明显增大时，高代谢区又都会在瘤体内分散分布。目前多数观点认为肿瘤结构和功能的错乱使得细胞氧气进入和传出的正常代谢调节被破坏。结果乏氧成为许多实体肿瘤典型的病理生理特点[11]。而18F-FDG在乏氧区及GLUT-1高表达区更容易积聚，因此会出现高摄取的影像表现[12]。另外也有观点认为18F-FDG会沉积于新生的肉芽组织和肿瘤坏死组织边缘的巨噬细胞中[13]。因此瘤体内成分及微环境的复杂变化才是对18F-FDG高代谢区的分布造成明显影响的原因，这种影响只有在肿物体积较大时才能够体现。如何利用18F-FDG高代谢区的分布特点判断肿物的性质还有待进一步研究。

综上，我们认为NSCLC与肺炎性肿物的18F-FDG代谢影像存在差异。利用SUV阈值法及数学建模的方式将18F-FDG在瘤体内代谢分布情况进行量化对于判断肺内肿物的性质是有价值的。