影响SUV的主要因素

1、 影响SUV的主要因素2016年9月21日 （星期三）下午3:30 主讲人：王猛中日友好医院 核医学科 影响SUV的主要因素一、采集时间间隔一、采集时间间隔二、血糖浓度及胰岛素水平二、血糖浓度及胰岛素水平三、图像的采集模式三、图像的采集模式四、图像的重建方式四、图像的重建方式五、阳性对比剂五、阳性对比剂简要介绍简要介绍 SUV是葡萄糖代谢率的半定量分析方法，其本质上是PET图像中的灰阶，也就是图像中的“浓与淡”。肿瘤组织的SUV与葡萄糖代谢率有很好的相关性，这在多肿瘤研究中已经得到证实。从放射性核素引入体内，被肿瘤组织吸收，发生衰变到最终被探测器探测到并形成图像，这一系列过程中存在着各种影响S

2、UV的因素。我们主要从采集时间间隔、血糖及胰岛素水平、图像采集、图像重建、阳性对比剂的使用几个方面分析其对SUV的影响。 1995 1995年及年及20032003年美国年美国关于肺癌及乳腺癌的研究关于肺癌及乳腺癌的研究结果显示，随着采集时间结果显示，随着采集时间间隔延长，大部分肿瘤组间隔延长，大部分肿瘤组织的织的SUVSUV逐渐升高。逐渐升高。 一、采集时间间隔对一、采集时间间隔对SUVSUV的影响的影响时间间隔时间间隔 1992 1992年，美国密歇根医学中心做了相关的年，美国密歇根医学中心做了相关的研究，他们将肿瘤细胞分别加入不同浓度葡萄研究，他们将肿瘤细胞分别加入不同浓度葡萄糖及不同浓

3、度的胰岛素的培养液中，三条曲线糖及不同浓度的胰岛素的培养液中，三条曲线分别代表不同浓度的胰岛素水平，从图可以看分别代表不同浓度的胰岛素水平，从图可以看出，三条曲线几乎完全重叠，提示肿瘤组织出，三条曲线几乎完全重叠，提示肿瘤组织FDGFDG摄取不受胰岛素影响，而葡萄糖浓度增高摄取不受胰岛素影响，而葡萄糖浓度增高会抑制肿瘤细胞对会抑制肿瘤细胞对FDGFDG的摄取，且葡萄糖浓度的摄取，且葡萄糖浓度越高，这种竞争抑制作用越大越高，这种竞争抑制作用越大。二、血糖浓度及胰岛素水平对二、血糖浓度及胰岛素水平对SUVSUV的影响的影响 需要注意的是这是体外细胞实验的结果，只是说明葡萄糖对FDG摄取的竞争抑制作

4、用，胰岛素对FDG摄取的影响并不是通过这样的机制，而是通过改变FDG生理分布起到剥夺摄取的作用。 血糖浓度及胰岛素水平血糖浓度及胰岛素水平 细胞膜上的葡萄糖转运体（glucosetransporters, GLUT)将葡萄糖/FDG转运至细胞内，葡萄糖与FDG之间存在竞争作用，所以高血糖会抑制组织摄取FDG。大部分组织包括肿瘤组织是依靠葡萄糖转运体GLUT-1转运葡萄糖/FDG，胰岛素对葡萄糖转运体GLUT-1的表达并无影响；而心肌、骨骼肌含有葡萄糖转运体GLUT-4，胰岛素水平较低时其位于细胞内，不介导葡萄糖/FDG转运；当胰岛素水平升高时，葡萄糖转运体GLUT-4从细胞内移到细胞膜上，将葡

5、萄糖/FDG转运至细胞内，从而改变了FDG的生物分布，影响其它组织包括肿瘤的FDG摄取。血糖浓度及胰岛素水平血糖浓度及胰岛素水平 研究中还将12只乳腺癌荷瘤小鼠分为实验组和对照组，实验组小鼠给予高糖负荷，两组小鼠均在注射FDG 1小时后处死，离体测量正常组织及肿瘤组织的放射性计数，结果显示如图，提示高糖、高胰岛素不同程度降低多种组织的FDG摄取。另一方面，肌肉组织、脂肪放射性摄取未见明显变化（尤其是肌肉组织摄取无明显变化与临床经验不符），作者认为这可能是胰岛素的促进作用与葡萄糖竞争抑制作用相互抵消的结果。血糖浓度及胰岛素水平血糖浓度及胰岛素水平 另一项研究纳入63例糖尿病患者（血糖均10mmo

6、l/L），按标准方案给予胰岛素(短效胰岛素优泌林R)使血糖降至低于10mmol/L，至少60min后注射FDG，注射1小时后显像，并对FDG分布进行分级，将评分3认为FDG分布发生改变，并与106例血糖正常（均6.2mmol/L）患者的FDG分布图像进行比较。结果显示，25%糖尿病患者FDG分布发生改变，而这种分布改变的结果是导致病灶FDG显像的假阴性。 血糖浓度及胰岛素水平血糖浓度及胰岛素水平1995年Paula等研究了5例头颈部肿瘤的患者，在严格禁食及糖负荷（患者在检查前口服50g葡萄糖）情况下分别行FDG PET检查，结果显示，糖负荷条件下肿瘤组织的SUV值明显下降，同时颈部肌肉组织放射

7、性摄取明显增高，干扰颈部病变的观察。血糖浓度及胰岛素水平血糖浓度及胰岛素水平 1994年芬兰的一项研究纳入了6例淋巴瘤患者，分别于禁食状态及高胰岛素正常血糖状态下行PET动态显像，并比较不同状态下肿瘤葡萄糖代谢率的变化；同时选取12名健康人做对照（6人禁食状态，6人高胰岛素正常血糖状态）比较淋巴瘤患者与健康人肌肉组织及全身葡萄糖代谢率之间的差别。结果显示，禁食与高胰岛素状态下肿瘤组织的MRglc并未见明显变化（MRglc相同并不意味着SUV相同）。而伴随着胰岛素水平上升，肌肉组织的MRglc明显增高。血糖浓度及胰岛素水平血糖浓度及胰岛素水平 结合前面淋巴瘤显像研究的结果，高胰岛素状态下肿瘤组织

8、的MRglc并无明显变化，而FDG分布改变的患者（同样存在高胰岛素水平）FDG显像出现假阴性（SUV值明显降低）。很多文献研究了如何用血糖去校正SUV，但并不是所有情况都适合用校正SUV。 进一步分析发现，使用胰岛素后FDG分布是否改变主要与胰岛素使用与FDG注射的间隔时间相关。有学者认为在使用短效胰岛素后90分钟注射FDG对图像质量没有太大影响。而2015年EANM发布的FDG PET/CT指南建议使用速效胰岛素后4小时以上再注射FDG，血糖控制在10mmol/L以下；如果做clinical trial，血糖控制在8mmol/L以下。血糖浓度及胰岛素水平血糖浓度及胰岛素水平血糖浓度及胰岛素水

9、平血糖浓度及胰岛素水平 三、图像的采集模式对三、图像的采集模式对SUVSUV的影响的影响 相较于2D模式，3D模式采集能明显提高探测效率，缩短显像时间，提高图像质量，但同时3D采集比2D采集有更多的散射和随机符合。采集模式采集模式 随着采集时间的延长，图像质量得到提高，SUVmax随着采集时间延长而降低，而SUVpeak受热灶与采集时间无明显相关，这是因为SUVmax是单个像素中灰度的最高值，容易受噪声影响，采集时间短、信噪比较低时会有较大偏倚；而SUVpeak为定义的一个12mm大小体素的SUV平均值，受噪声影响较小。另外，热灶直径对SUV有显著影响，由于部分容积效应，相同活度不同大小的热灶

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 当采集时间超过3分钟，SUV的变化趋于稳定，也就是说，在此之后延长采集时间对SUV影响不大，反而因为检查耗时过长，病人无法坚持，或存在脏器生理性位移造成伪影。采集模式采集模式 注射剂量对SUV同样会有影响：如果剂量过低，图像信噪比低，SUV会受噪声影响而测不准；那么如果不考虑患者所受辐射剂量以及大到一定程度之后信号的溢出，注射剂量是否越大越好？对于一定体重的患者，总有一个最优的注射剂量，低于或高于该最优剂量都会造成图像质量下降。若超过最优注射剂量，NEC（noiseequivalent count）和CV（coefficient

11、s of variation，评价噪声大小的指标之一）均会降低，代表图像质量的下降。这是因为PET探测环采集到的信号中包括真实符合（即同一个+电子湮灭辐射发出的2个光子）、散射符合（同一个+电子湮灭辐射发出的光子经康普顿散射后改变方向后被晶体探测到）、随机符合（符合时间窗内探测到的不同+电子湮灭辐射发出的光子），真正有用的信息是真实符合，而加大注射剂量会明显提高随机符合，反而增加噪声，另外也会增加晶体的dead-time effect（即接收1个光子的信号后需要在一定的“冷却时间”之后才能继续有效的接收信号），降低图像质量。采集模式采集模式 2009年日本的一项研究分析了应如何提高超重患者的P

12、ET图像质量。研究将患者按BMI分为G1-G4，标准采集为0.1mCi/kg注射剂量2min/bed采集，超重的G2-4患者按标准采集、增加注射剂量（G2-4: 0.15, 0.2, 0.25 mCi/kg）、增加采集时间（G2-4: 3, 4,5 min/bed）进行图像采集，结果发现，提高注射剂量并不改善超重患者的图像信噪比，而延长采集时间明显提高信噪比，改善图像质量。采集模式采集模式 随着迭代次数增高，图像越来越锐利，噪声越来越大,随着迭代次数增高，SUVmax逐渐增高，无平台期存在；而当迭代次数3，随着迭代次数的增加，SUVavg基本不受影响。总的来说，迭代次数及子集数并不是越多越好，

13、随着迭代次数的增加，似然函数及噪声均增加，在迭代早期，似然函数的增加起主导作用，图像质量趋好；当迭代至某一次数之后，噪声的增加起主导作用，图像的质量由好趋坏。 四、图像的重建模式对四、图像的重建模式对SUVSUV的影响的影响重建模式重建模式 热灶直径相同时，SUV随着系统分辨率的减小而增加，逐渐接近真实值；系统分辨率相同时，SUV随热灶直径的增大而增大，逐渐接近真实值。目前文献报道中，当肿瘤直径/FWHM2时，部分容积效应可忽略不计；部分容积效应除了受系统分辨率及肿瘤大小影响外，肿瘤的形态，本底的放射性浓度及测量的方法均对部分容积效应有影响。 重建模式重建模式重建模式重建模式 当某一病灶邻近一

14、放射性浓聚灶（如膀胱、心脏等）时，由于存在spill-in和spill-out counts，该病灶的SUV受邻近放射性浓聚区的干扰，即使所勾画的ROI已避开邻近的放射性浓聚区，所测得的SUV仍然是不准确的。重建模式重建模式 高浓度的肠道阳性对比剂，不仅会对CT的图像产生影响，还会影响PET的SUV计算。阴性对比剂（Mannitol-LBG）扩张肠道的程度明显优于阳性对比剂（Barium），且与对照组（Water）相比，阴性对比剂对SUV无明显影响，阳性对比剂使肠道SUV明显增高。阳性对比剂对SUV产生影响的原因主要是X线的能量（40-140keV）与PET光子能量（0.511MeV）不同，X线