正电子发射断层扫描在肺癌诊断和治疗中的应用

中国肺癌杂志 2000年第4期第3卷 综述

作者：刘哲　朱允中

单位：刘哲　朱允中（101149　北京市结核病胸部肿瘤研究所肿瘤科）

　　【中图分类号】　R817

　　正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PET）从诞生至今已有二十余年了。随着PET应用技术的不断进步及作为其支持系统的计算机设备的更新，PET扫描的全身成像已成为现实^［1］。作为一种新的成像技术，PET并不是象CT及MRI那样显示组织的解剖形态，而是探查局部组织代谢的异常，所以被用来检测高代谢的组织器官，如脑、心脏及恶性肿瘤等^［2］。过去10年，尤其是近5年，PET临床应用的最重要方面是在肿瘤学^［3］。本文就近年来PET在肺癌领域中的应用作一综述。

　　1　PET的原理及方法

　　回旋加速器中产生的核素在衰变过程中从其不稳定的核中发射出正电子，当正电子与负电子相遇结合后，会产生两个γ光子。这些光子脉冲可被PET像机中的光敏晶体探测到。根据其在人体不同部位的衰减信号及计算机图像重建技术，可以得到正电子在人体内分布的三维图像，该技术即称为PET。随着计算机辅助断层（CT）技术在70年代的发展，第一台PET扫描机于1974年诞生在美国华盛顿大学。而PET硬件的进步、小型自控医用回旋加速器的发展及计算机运算速度的提高，使得PET发展到今天的技术水平。

　　PET成像还有赖于放射性同位素的检测。人体器官中的大多数分子可被放射性同位素所标记。目前用于PET扫描的正电子发射的同位素有¹¹C、¹³N、¹⁵O及¹⁸　F等。被同位素标记的具有特殊功能的分子注入到人体后，PET像机可得到其在人体内分布的图像。虽然有许多的标记物

　　被用于恶性肿瘤的诊断，本文主要讨论目前应用最广泛的放射性同位素：¹⁸F标记的脱氧葡萄糖，即18-氟-2-脱氧-D-葡萄糖，简称¹⁸F-FDG或FDG。

　　分析正电子发射数目检测中所得到的数据，可以准确反映某一选定区域的FDG的含量。目前多用标准摄入比值（standard uptake ratio，SUR）作为PET图像的半定量分析。SUR即单位重量组织FDG的摄入量与单位体重FDG注射量的比值：

　　SUR＝选定区域平均像数值（mCi/ml）／［注射剂量（mCi）／体重（g）］。一般认为如SUR＞2.5，病变被视为恶性。

　　也可用区别摄入比值（differential uptake radio，DUR）作半定量分析。还有以病灶／本底比值（lesion／background，L／B）来判断有无异常。如在胸部PET图像上当FDG的摄入大于纵隔的摄入时被视为不正常。

　　做PET检查前一般应禁食4～6小时，静脉注入FDG的30～60分钟后开始扫描。局部区域扫描需15～30分钟，而全身图像一般需要1小时。随着新的图像软件及运算速度更快的计算机的出现，不久的将来PET全身图像扫描有望在30～40分钟内完成。

　　2　肺癌的定性诊断

　　同正常细胞相比，肺癌细胞的新陈代谢及细胞增殖加快，对葡萄糖的代谢增加。作为反映葡萄糖在肿瘤细胞内代谢的标记物，FDG的显著特点是其磷酸化后的产物FDG-6-PO₄不能再进一步代谢，而是在肿瘤细胞内聚集，这就是PET扫描的前提（图1）。FDG的相对摄入量可以反映肿瘤细胞侵袭性及生长速度^［4］。近年的研究表明，PET对肺内良恶性病变鉴别的敏感性为95％，特异性为81％，准确率为90％。

图1　葡萄糖及FDG的代谢

Fig 1　The metabolism of glucose and FDG

　　Scott等^［5］报道62例肺内病变在0.7～6.0cm的患者中，经组织活检明确47例是恶性肿瘤，其中非小细胞肺癌（NSCLC）40例，小细胞肺癌（SCLC）3例，黑色素瘤2例，何杰金病1例，类癌1例；15例良性肿瘤中有13例是肉芽肿，1例错构瘤，1例炎性假瘤。以DUR＞2.0作为恶性肿瘤的诊断标准，FDG-PET准确地识别了47例恶性肿瘤中的44例。在3例假阴性的患者中1例是细支气管肺泡细胞癌，另2例是肺内肿瘤小于1.0cm²。3例假阳性患者均是肺肉芽肿。PET对鉴别良恶性病变的敏感性及特异性分别是93.6％和80％，阳性预计值及阴性预计值也分别为93.6％和80％，总的准确率为90％。

　　葡萄糖与¹⁸FDG以相同的方式从血管被运到细胞内，当FDG被磷酸化后，其产物FDG-6-PO₄便留在细胞内，不能进一步参与代谢。

　　Glucose and ¹⁸　FDG are transported into the cell in a similar fashion. After FDG phosphorylation,FDG-6-PO₄ does not proceed down cellular metabolic pathways, and only minimal amounts leave the cell.

　　Lowe等^［6］对197例肺内占位及肺不张病变的患者行PET检查并经支气管镜、肺穿刺或开胸肺活检证实（如结果阴性则随访2年），结果显示PET对良恶性病变诊断的敏感性、特异性分别为96％和77％。

　　最近Lowe等^［3］总结近年多个PET用于肺部疾病诊断的研究资料显示，在总数为555例的患者中，361例为恶性病变，194例为良性病变。PET对良恶性病变诊断的敏感性为95％，特异性为81％。

　　象其它医学检查手段一样，PET对肺癌的诊断也不是100％正确。有资料表明仍有极少数良性病变会造成假阳性结果。如一些慢性炎性病变：结核肉芽肿、曲菌病、球孢子菌病等。另一方面也会产生一些假阴性病例，一般发生在以下3个方面：①肿瘤细胞的代谢活性相对较低，如细支气管肺泡细胞癌及类癌等；②肺内病灶相对较小（4～8mm），造成FDG的吸收减少，诊断上有困难。有资料显示如肿瘤小于1.5cm，则PET的敏感性会降低十几个百分点^［7］；③高血糖的竞争性抑制可能会影响FDG的吸收，虽然这种影响非常小，但PET检查前一般应查空腹血糖。

　　3　肺癌的分期

　　目前，肺癌的临床分期多应用TNM系统，这就要求准确评价原发病灶（T），局部淋巴结转移情况（N）及远处脏器的转移（M）。

　　3.1　原发病灶　CT及MRI是组成肺癌无创性检查的一部分，CT提供的对肺脏空间的分辨率是其它检查手段无法比拟的。PET在测量肿瘤大小，如判断T₁及T₂方面与CT相似，但在判定T₃或T₄即有无侵犯局部组织如胸壁、膈肌、椎体、大血管等方面的精确性则不如CT。因为PET图像缺少精确的解剖定位关系，这也是所有核医学成像的不足。近来，许多学者试图应用计算机技术使PET图像与CT图像叠加起来，以提高PET图像的解剖定位功能^［5］。

　　3.2　局部淋巴结转移情况　对NSCLC的外科手术治疗很大程度上是由其纵隔转移情况决定的^［8］。CT及MRI多通过病变大小来确定肺癌的纵隔淋巴结转移。而正常大小的淋巴结（＜1cm）亦可能为癌转移，Arita等^［9］认为肺癌造成的纵隔淋巴结转移中有21％的淋巴结小于1cm。相反，良性病变也可造成淋巴结的增大。而PET在肺癌纵隔淋巴结转移的判断上较CT等有优势，这也是PET在肺癌中应用最多的一个领域。Vansteenkiste等^［10］对50例NSCLC患者同时行CT及PET检查并通过手术结果证实，CT对纵隔淋巴结转移诊断的敏感性、特异性、准确性分别为67％、63％、64％。PET在未参考CT结果时诊断的敏感性、特异性、准确性分别为67％、97％、88％（P＝0.004）。在参考了CT结果后，其诊断的敏感性、特异性、准确性则分别为93％、97％、96％。Saunders等^［11］比较84例肺癌患者CT及PET对纵隔淋巴结转移的判断并通过纵隔镜或开胸术证实，CT的敏感性、特异性、准确性分别为20％、89.9％、77.4％，而PET则分别为70.6％、97％和91.6％。

　　国内李家银等^［12］报道37例肺内占位病变的患者，证实为肺癌的27例，有9例行手术治疗。术前PET分期与手术分期完全一致，而CT（或MRI）组仅6例分期与手术分期一致。PET在11例患者中还发现了CT（或MRI）未能发现的淋巴结及远处转移灶17个。

　　最近Dwamena等^［8］应用荟萃分析（meta-analysis）比较了90年代以来PET及CT诊断肺癌纵隔淋巴结转移的情况，共涉及PET的14个研究(514例患者)以及CT的29个研究(2226例患者)。结果显示，PET的平均敏感性及特异性分别为79％和91％，而CT为60％和77％(P＜0.001）。值得注意的是所有的研究均认为PET在鉴别肺癌纵隔淋巴结转移上明显优于CT，PET的高敏感性使患者减少了不必要的开胸术。

　　3.3　远处转移　PET扫描得到的是全身图像，所以也可用来评价机体远处脏器转移的情况。Weder等^［2］对100例NSCLC患者在行PET前通过X光片、胸部及上腹部CT、脑MRI及怀疑有骨转移的行全身核素骨扫描（ECT）等检查，确定了ⅢA期患者94例，6例为ⅢB期患者。行PET扫描后，除证实了ⅢB期患者淋巴结转移（N₃）的情况外，在13例患者（14％）身上还发现了14处新的肺外转移灶。

　　既往常通过检查肾上腺是否增大来诊断肺癌的肾上腺转移，所以特异性不高。PET扫描不仅可以区分肾上腺增大是由于良性病变还是肺癌转移造成的，而且也能显示正常大小的肾上腺内的癌转移灶^{［13，14］}。

　　Palm等报道了402例怀疑为肺癌的患者，PET扫描对脑转移诊断的敏感性、特异性及准确性分别为82％、38％和93.5％。他们认为老年人的脑梗塞灶及脑血管病是造成PET诊断特异性降低的原因^［15］。

　　肺癌骨转移的诊断目前多采用骨扫描（ECT），虽然敏感性高但特异性差。为了解PET对诊断肺癌骨转移的情况，Bury等^［16］对110例NSCLC患者行PET及ECT并通过活检及放射影像的验证，得出PET对肺癌骨转移诊断的准确率为96％而ECT只有66％。

　　4　对治疗及预后的影响

　　准确评价晚期肺癌患者对放化疗的反应对其续后的治疗有指导意义。临床医生往往采用测量肿瘤大小的变化来评价其对治疗的反应，但这不是评价治疗效果的最好的方法。FDG-PET可以从葡萄糖代谢这一角度来反映治疗的效果。对肺癌复发的监测及早期诊断是PET技术的另一重要的应用。如肺癌放化疗后的胸膜增厚临床上很常见，常规的检查方法很难将胸膜的非特异性增厚与肺癌局部胸膜转移或复发区别开，而PET扫描对此的鉴别有很高的准确性。肺癌患者经放疗后肺内常可出现纤维化及坏死灶，在这种情况下，常规检查对判断肺内病变是肺癌的局部复发还是治疗后的反应有一定难度。

　　Inoue等将PET技术用于复发肺癌的诊断上，在对39例临床怀疑复发的肺癌患者的研究中，得出PET对肺癌复发病灶诊断的敏感性为100％，特异性为61.5％，从而认为PET对探查肺癌治疗后的复发是有帮助的^［17］。Vansteenkiste等将PET用于评价9例经3周期含铂类诱导化疗后的患者纵隔淋巴结的变化，并通过手术证实。结果为PET的准确率是100％，CT为67％（有2例假阳性，1例假阴性），而且化疗后SUR下降50％的患者的生存期明显延长（P＝0.03）^［18］。Munley等还将PET应用于肺癌患者立体放疗计划的制订上。他们通过应用核医学介导的计算机辅助体层扫描系统（nuclear medicine transmission computed tomography，TCT）使PET图像与CT图像融合而重建成更精确的定位图像。PET图像的介入使34％（12／35）的原放疗计划得到了更改，并使放射野范围最多改变了15mm，减少了误照的机会^［19］。

　　目前，人们多从临床、分子生物学、细胞凋亡、肿瘤血管生成等方面探讨NSCLC的预后因素，然而通过PET技术能否将葡萄糖代谢紊乱与NSCLC预后联系起来呢Vansteenkiste等通过对125例有手术条件的NSCLC患者的单因素及多因素预后分析得出：FDG-PET的SUR＝7可作为影响其预后生存的明确及独立的因素^［20］。同样，Ahuja等认为SUR＞10是NSCLC预后不良的因素^［21］。所以，有理由认为确实存在一个与预后密切相关的SUR的数值范围。

　　5　小结

　　从目前的文献报道显示，FDG-PET作为无创性的检查手段，在肺癌的诊断、分期及治疗上较常规的检查手段有明显的优势，已引起临床的重视。PET在肺癌领域中的应用研究也越来越多，国外有关其在基础方面、临床方面及医疗经济学的成本效益分析（cost-effectiveness analysis）等方面应用的文章也很多。相信随着我国使用PET设备的医疗单位的增多及PET技术的不断进步，PET在肺癌研究领域中的应用会越来越广。

参考文献

　　1，Lowe VJ，Naunheim KS．Current role of positron emission tomography in thoracic oncology. Thorax,1998,53(8)∶703-712.

　　2，Weder W, Schmid RA, Bruchhans H, et al. Detection of extrathoracic metastases by positron emission tomography in lung cancer. Ann Thorac Surg,1998,66(3)∶886-893.

　　3，Lowe VJ, Naunheim KS. Positron emission tomography in lung cancer. Ann Thorac Surg,1998,65(6)∶1821-1829.

　　4，Duhaylongsod FG, Lowe VJ, Patz EF, et al. Lung tumor growth correlates with glucose metabolism measured by fluorid-18-fluorodeoxy-glucose positron emission tomography. Ann Thorac Surg,1995,60(5)∶1348-1352.

　　5，Scott WJ, Schwabe JL, Gupta NC, et al. Positron emission tomography of lung tumors and mediastinal lymph nodes using ［¹⁸F］ fluorodeoxyglucose. Ann Thorac Surg,1994,58(3)∶698-703.

　　6，Lowe VJ, Duhaylongsod FG, Patz EF, et al. Pulmonary abnormalities and PET data analysis:a retrospective study. Radiology,1997,202(2):435-439.

　　7，Lowe VJ, Fletcher JW, Gobar L, et al. Prospective investigation of positron emission tomography in lung nodules. J Clin Oncol,1998,16(3)∶1075-1084.

　　8，Dwamena BA, Sonnad SS, Angobaldo JO, et al. Metastases from non-small cell lung cancer: mediastinal staging in the 1990s-meta-analytic comparison of PET and CT. Radiology,1999,213(2)∶530-536.

　　9，Arita T, Kuramitsu T, Kawamura M, et al. Bronchogenic carcinoma: incidence of metastases to nomal sized lymph nodes. Thorax,1995,50(12)∶1267-1269.

　　10，Vansteenkiste JF, Stroobants SG, De Leyn PR, et al. Mediastinal lymph nodes staging with FDG-PET scan in patients with potentially operable non-small cell lung cancer. Chest,1997,112(6)∶1480-1486.

　　11，Saunders CAB, FRACP, Dussek JE, et al. Evaluation of fluorine-18-fluorodeoxyglucose whole body positron emission tomography imaging in staging of lung cancer. Ann Thorac Surg, 1999,67(3)∶790-797.

　　12，李家银，孙启银，杨乃明,等.¹⁸F-FDG PET显像鉴别肺部单发肿块性质及肺癌分期的价值.中华核医学杂志，1997，17(2)∶77-79.

　　13，Boland GW, Goldberg MA, Lee MJ,et al. Indeterminate adrenal mass in patients with cancer: evaluation at PET with 2-［F-18］-fluoro-2-deoxy-D-glucose. Radiology,1995,194(1)∶131-134.

　　14，Erasmus JJ, Patz EJ, McAdams HP, et al. Evaluation of adrenal masses in patients with bronchogenic carcinoma using 18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography. Am J Roentgenol,1997,168(5)∶1357-1360.

　　15，Palm I, Hellwig D, Leutz M, et al. Brain metastases of lung cancer: diagnostic accuracy of positron emission tomography with fluorodeoxyglucose(FDG-PET). Med Klin,1994,94(4)∶224-227.

　　16，Bury T, Barreto A, Daenen F, et al. Fluorine-18 deoxyglucose positron emission tomography for the detection of bone metastases in patients with non-small cell lung cancer. Eur J Nucl Med,1998,25(9)∶1244-1247.

　　17，Inoue T, Kim EE, Komaki R, et al. Detecting recurrent or residual lung cancer with FDG-PET. J Nucl Med,1995,36(5)∶788-793.

　　18，Vansteenkiste JF, Stroobants SG, De Leyn PR, et al. Potential use of FDG-PET scan after induction chemotherapy in surgically staged Ⅲa-N2 non-small-cell lung cancer: a prospective pilot study. The Leuven Lung Cancer Group. Ann Oncol,1998,9(11)∶1193-1198.

　　19，Munley MT, Marks LB, Scarfone C, et al. Multimodality nuclear medicine imaging in three-dimensional radiation treatment planning for lung cancer:challenges and prospects. Lung Cancer,1999,23(2)∶105-114.

　　20，Vansteenkiste JF, Stroobants SG, Dupont PJ, et al. Prognostic importance of the standardized uptake value on 18F-fluoro-2-deoxy-glucose positron emission tomography scan in non-small-cell lung cancer:an analysis of 125 cases. J Clin Oncol,1999,17(10)∶3201-3206.

　　21，Ahuja V, Coleman RE, Herndon J, et al. The prognostic significance of fluorodeoxyglucose positron emission tomography imaging for patients with non small cell lung carcinoma. Cancer,1998,83(5)∶918-924.

(收稿：1999-12-10，修回：2000-02-13)