羅居?xùn)|，馬長升，趙睿，馬長東

1.南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州市第二人民醫(yī)院腫瘤科，江蘇常州213000；2.山東大學(xué)附屬山東省腫瘤醫(yī)院放療科，山東濟(jì)南250117；3.山東省醫(yī)學(xué)物理與圖像處理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東師范大學(xué)物理與電子學(xué)院生物醫(yī)學(xué)研究所，山東濟(jì)南250014；4.山東大學(xué)齊魯醫(yī)院放療科，山東濟(jì)南250012

前言

肺癌是我國最常見的惡性腫瘤之一，其中非小細(xì)胞肺癌（Non-Small-Cell Lung Cancer,NSCLC）約占80%。對于不能手術(shù)的NSCLC 患者來說，如何提高患者的治療療效是臨床難題，因此，早期預(yù)測NSCLC 患者的治療療效、進(jìn)而制定個(gè)體化的治療方案具有重要臨床意義。正電子發(fā)射斷層掃描圖像是腫瘤診斷領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的工具，近年來被廣泛用于放射治療腫瘤靶區(qū)勾畫以及對治療反應(yīng)和患者的隨訪研究［1］。PET 分子功能影像是基于生化和生物學(xué)特性的成像手段，具有表征組織特異性的能力［2］。目前，以氟代脫氧葡萄糖（Fluorodeoxyglucose,FDG）作為示蹤劑的PET 被應(yīng)用于腫瘤的檢測，分期的臨床實(shí)踐，以及不同部位癌癥的放射治療靶區(qū)定義的報(bào)道越來越多［3-5］。有足夠的證據(jù)表明，F(xiàn)DG 標(biāo)準(zhǔn)攝取值（Standard Uptake Value,SUV）不僅可以作為衡量腫瘤治療療效的重要指標(biāo)還可以實(shí)現(xiàn)治療療效的預(yù)測［6-8］。在本文中，筆者將探索PET/CT 的SUV 值以及腫瘤紋理特征在NSCLC 治療中的療效預(yù)測作用，同時(shí)篩選早期預(yù)測NSCLC放療近期療效的有效指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 病例和PET掃描

選取2013年1月～2016年12月之間21例經(jīng)活檢病理診斷為NSCLC且接受放射治療的患者。年齡范圍32～72 歲，平均年齡為49 歲，中位數(shù)48 歲，男11例，女10 例。所有患者在放療前和治療1 個(gè)月后進(jìn)行PET/CT 掃描。行PET 掃描前要求禁食6 h 以上，18F-FDG劑量5.55～7.40 MBP/kg，患者血液中的葡萄糖濃度為7 mmol/L 以下。PET 掃描在PET/CT 機(jī)上完成（Discovery LS型,GE公司）。PET/CT可利用CT 的優(yōu)點(diǎn)精確定位病變顯示病變的結(jié)構(gòu)變化，與PET檢測病變明顯的代謝特征相結(jié)合。圖1和圖2展示了1 位患者治療前和治療1 個(gè)月后的CT、PET 和PET/CT圖像。

1.2 腫瘤靶區(qū)勾畫

目前，18F-FDG PET 圖像確定腫瘤邊界方法包括固定閾值（SUV≥2.5）、36%～44%最大SUV 值、復(fù)雜計(jì)算公式定義閾值、視覺和手動分割等。許多學(xué)者已經(jīng)分析了不同勾畫方法的優(yōu)勢以及它們的應(yīng)用情況。本研究中筆者應(yīng)用SUV 閾值2.5 自動勾畫方法定義腫瘤輪廓，并由3 位經(jīng)驗(yàn)豐富的臨床醫(yī)生確認(rèn)。治療前后包括體積變化率，SUV 變化率和紋理參數(shù)變化率，都采用以下計(jì)算公式歸一：

其中，Xpre和Xpost分別表示治療前和治療后各參數(shù)值。

1.3 SUV和紋理參數(shù)

放射性核素SUV的典型作用是反映感興趣區(qū)的代謝程度在治療前和治療1 個(gè)月后變化情況。提取治療前后的4 種傳統(tǒng)參數(shù)：最小SUV 值、最大SUV值、平均SUV 值、SUV 峰值；5 種灰度共生矩陣的紋理參數(shù)：角二階距（Second Angular Moment,SAM）、對比度（Contrast,CON）、逆差距（Inverse Different Moment,IDM）、熵（Entropy,ENT）、自 相 關(guān)（Autoorrelation,COR）?；诨叶裙采仃嚨募y理參數(shù)的定義如下：

其中，G是一個(gè)圖像矩陣，i、j是行和列的索引，P（i，j）表示圖像像素的灰度值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

用SPSS 19.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，治療前后PET/CT圖像SUV和紋理參數(shù)采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。SUV和紋理參數(shù)與腫瘤體積變化率之間的相關(guān)性用Spearman 系數(shù)分析法。用Mann WhitneyU檢驗(yàn)評估SUV 參數(shù)和紋理參數(shù)區(qū)分有效組和無效組。P＜0.05認(rèn)為結(jié)果有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 腫瘤體積

筆者計(jì)算治療前和治療結(jié)束后腫瘤體積變化情況。有療效組腫瘤體積變化的為（-48.02±40.60）cm3（最大-142.20 cm3，最小-13.81 cm3）。無效組靶區(qū)體積變化 為（20.32±35.05）cm3（最大61.63 cm3，最小-9.01 cm3）。在圖1和圖2中，可以觀察到治療前和治療1個(gè)月后腫瘤體積之間的明顯差異。

圖1 CT、18F-FDG PET和18F-FDG PET/CT顯示治療前腫瘤圖像Fig.1 CT,18F-FDG PET and18F-FDG PET/CT images before treatment

2.2 PET特征參數(shù)

患者治療前和治療1 個(gè)月后從PET 圖像提取的代謝特征最大SUV，最小SUV，平均值SUV 和SUV峰值以及紋理參數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如表1所示。

將腫瘤體積變化率與SUV參數(shù)和紋理參數(shù)的變化率做Spearman相關(guān)性分析，相關(guān)性分析結(jié)果表明逆差距（RS 0.557,P=0.009）和最大SUV（RS 0.468,P=0.033）與腫瘤體積變化率有相關(guān)性，其它參數(shù)無相關(guān)性。

2.3 療效預(yù)測

在圖3箱線圖中可以觀察兩組間的參數(shù)分布，圖3a 顯示的是IDM 變化率在無效組Group1 和有效組Group2的分布情況，圖3b顯示的是最大SUV變化率在無效組和有效組的分布情況。

進(jìn)一步的Mann Whitney U檢驗(yàn)評估SUV參數(shù)和紋理參數(shù)區(qū)分有效組和無效組。其統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果見表2。

3 討論

目前，治療癌癥的效果評估主要是通過視覺評估方法，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)體瘤療效評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（Response Evaluation Criteria In Solid Tumors,RECIST）測量腫瘤體積減少和腫瘤收縮進(jìn)行分類。許多紋理研究表明，18F-FDG PET能夠反應(yīng)腫瘤細(xì)胞內(nèi)的代謝異質(zhì)性從而評估病人的放化療療效。根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)通過測量腫瘤大小、分析了治療后腫瘤的反應(yīng)。定量的研究SUV 和紋理的變化在評估NSCLC 患者對放化療的響應(yīng)中的價(jià)值，發(fā)現(xiàn)最大SUV 值和紋理特征的逆差距的改變值是判斷腫瘤有無療效的重要參數(shù)。有研究表明最大SUV值是治療療效相應(yīng)的一個(gè)預(yù)測因子，而且是一個(gè)可重復(fù)性的參數(shù)［9-10］。所以最大SUV 值成為評估治療反應(yīng)的首選參數(shù)。然而，一個(gè)快速增長的瘤體發(fā)生中心壞死可能會顯示最大SUV值沒有變化甚至出現(xiàn)減小，因?yàn)榇婊钅[瘤的薄邊緣會受部分容積效應(yīng)的影響［11］。因此，腫瘤體積和吸收強(qiáng)度的代謝參數(shù)建議結(jié)合使用［12-13］。

圖2 CT、18F-FDG PET和18F-FDG PET/CT顯示治療1個(gè)月后腫瘤圖像Fig.2 CT,18F-FDG PET and18F-FDG PET/CT images after a month of treatment

表1 治療前后腫瘤的SUV值和紋理參數(shù)值（±s）Tab.1 SUV and texture parameters of the tumor before and after treatment(Mean±SD)

表1 治療前后腫瘤的SUV值和紋理參數(shù)值（±s）Tab.1 SUV and texture parameters of the tumor before and after treatment(Mean±SD)

SUV：標(biāo)準(zhǔn)攝取值；SAM：角二階距；CON：對比度；ENT：熵；IDM：逆差距；COR：自相關(guān)

特征類型SUV值紋理參數(shù)值特征最小SUV最大SUV平均SUV SUV峰值SAM CON ENT IDM COR治療前1.51±1.07 13.46±5.604 4.04±1.98 22.38±21.92 0.01±0.02 56.22±45.47 5.61±0.98 0.26±0.16 0.76±0.17治療后1.67±1.00 9.01±4.79 3.55±1.37 16.33±24.64 0.01±0.01 66.87±48.08 5.45±0.97 0.19±0.13 0.64±0.30

圖3 箱式圖表示逆差距（a）和最大SUV變化率（b）在無效組（紅色）和有效組（綠色）中的分布情況Fig.3 Box plots of the change rates of inverse different moment(a)and maximum SUV(b)in ineffective group(red)and effective group(green)

表2 9個(gè)特征參數(shù)變化率Mann Whitney U檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果Tab.2 Statistical results of Mann Whitney U test on the change rates of 9 parameters

研究表明，代謝的變化經(jīng)常先于形態(tài)學(xué)變化，18FFDG PET/CT比常規(guī)CT等具有更準(zhǔn)確的預(yù)后評估能力［14］。早期研究表明，治療1～3 周后SUV 值下降超過50%的患者生存期大多超過了6 個(gè)月，而SUV 值下降低于50%的患者絕大部分生存期不足6個(gè)月［15］。有學(xué)者評估NSCLC 患者以鉑類作為基礎(chǔ)的化療藥物，發(fā)現(xiàn)SUV變化與腫瘤對治療的反應(yīng)密切相關(guān)，可以使用腫瘤的SUV 減少20% 作為有療效的標(biāo)準(zhǔn)［16-20］。當(dāng)然，使用18F-FDG PET 評估放療療效也具有其局限性。例如，18F-FDG在正常組織或炎癥區(qū)域內(nèi)的高攝取必須排除，治療后什么時(shí)間測量SUV 值和SUV值降低到什么程度作為標(biāo)準(zhǔn)至今仍然沒有達(dá)成共識。目前紋理在影像組學(xué)中獲得了廣泛應(yīng)用。紋理是一種反映圖像中同質(zhì)現(xiàn)象的視覺特征，它體現(xiàn)了物體表面具有緩慢變化或者周期性變化的表面結(jié)構(gòu)組織排列屬性。紋理可以反映腫瘤體的特異性，可以提供更多的圖像信息。所以，本文不僅研究SUV值，還加入紋理特征用于療效的預(yù)測。

研究初步顯示，18F-FDG PET的最大SUV值和紋理IDM 的變化率有能力預(yù)測腫瘤治療療效，此方法在臨床實(shí)踐中有較好的應(yīng)用前景。