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1、PET在NSCLC放疗中的应用,复旦大学肿瘤医院放疗科 张碧媛,PET（正电子发射体层显像）,利用发射正电子的放射性核素标记的生物活性分子（葡萄糖、氨基酸、核甘酸等），通过示踪原理反映生物活体内的生化改变和代谢信息的核医学显像技术,用于PET扫描的正电子核素,核素 半衰期 15O 2分 13N 10分 11C 20分 18F 110分,PET的工作原理,PET的设备分类,专用型PET（dedicated PETdPET) 特点：环形探测器 优点：灵敏度、空间分辨率高 缺点：价格昂贵 兼容型PET（hybrid PET hPET) 特点：双探头或多探头 优点：较高的性/价比，既可做PET显像又可
2、做 SPECT 显像 缺点：灵敏度、空间分辨率低,18F-FDG-PET的成像原理,FDG在细胞内的浓聚程度与细胞内糖酵解水平呈正相关,恶性肿瘤组织的特点 细胞快速增生 细胞膜葡萄糖载体增多 细胞内磷酸化酶的活性增高,FDG-PET图像的判读,目测图像法 半定量分析法,目测图像法,1级 没有明显摄取 2级 摄取低于本底 3级 摄取与本底相等 4级 摄取高于本底 5级 摄取远高于本底 恶性：4、5级 良性：1、2、3级,半定量分析法,SUV或SUR感兴趣区的平均放射性活性（MBq/ml)/注入的放射性核素总量（ MBq/ml)/病人的体重（g) 以SUV判断良恶性的临界值尚无统一标准,PET在N
3、SCLC放疗中的应用,在NSCLC放疗中的应用 PET/CT融合对NSCLC放疗靶区的影响 图像融合存在的问题和解决方法 展望,FDGPET在肺癌中的应用,肺内孤立性结节（SPN）的定性 肺癌的治疗前临床分期 改变治疗策略 影响放疗靶区的勾画 监测肿瘤对治疗的反应 鉴别放疗后残存或复发与放疗后反应 预测预后,PET在肺癌的定性诊断和治疗前的分期中的价值已得到广泛的认可 PET对SPN的恶性判断的价值 灵敏度 95.9% 特异度 76.6% 精确度 91.1% 阴性预测值 92.4% 阳性预测值 86.2% 多数研究显示PET参与的临床分期较传 统分期精确,肺癌的临床分期,目的：正确区分I-II
4、Ia期和IIIb-IV期肿瘤。 作用：直接关系到治疗方法的选择，预后判断,MacManus报道PET检出的传统检查未发现的远处转移 期 7.5 期 18 期 24 结论：拟行根治性治疗的病人治疗前的 PET检查是必要的，可以使部分已有远处转移的病人避免不必要的根治性治疗,PET分期对NSCLC治疗策略的影响,澳大利亚的Kalff等的一项前瞻性研究： PET的参与导致47.5%（28/59）的病人分期改变,分期的改变导致 （26/59）44.1的病人治疗策略改变,hPET后分期 a b 分期 分期 hPET 6 1 1 0 0 2/8 前 1 3 0 1 1 2/6 1/6 分 a 2 2 3
5、0 1 1/8 4/8 期 b 0 0 0 11 0 2 0 1 5 8 8/16 (张碧媛）,hPET前治疗策略 病人数 hPET后治疗策略 病人数 根治性手术 3 按计划手术 2 高姑息放疗加化疗 1 拒绝手术，根治 19 按原计划根治性 17 性放疗 放疗 姑息性放疗加化疗 2 高姑息性放疗加化疗 11 按原计划治疗 11 低姑息性治疗 16 按原计划姑息治疗 8 高姑息性放疗加化疗 5 根治性手术 2 根治性放疗 1 hPET 的参与，导致36.7的病人分期改变，24.5%的病人治疗策略的改变,文献报道：PET的参与可导致2462的肺癌病人的分期改变 PET引起的分期改变可能使32的病
6、人避免不必要的手术，而使19的病人获得手术机会,PET分期对生存率的影响,分期 1年生存率 2年生存率 传统分期 44 0 PET分期 69 44 PET分期较传统分期精确，可使病人获得更恰当的治疗，提高生存质量，延长生存期,NSCLC的放疗,对于不能手术或拒绝手术的患者，放疗是并发症最少也是最有效的非外科治疗方法 根治性放疗：拒绝手术的期、期、a期及部分b期 姑息性放疗：能耐受治疗的任何期别有症状者,NSCLC的放疗疗效,早期NSCLC根治性放疗的五年生存率1336 局部晚期NSCLC放疗的长期肿瘤控制是令人失望的： 中位生存期 10个月 5年生存率 510,影响NSCLC放疗疗效的因素,肿
7、瘤细胞本身的放射敏感性 不可手术的病变通常是较大的，PTV常100cm2, 理论上需要高达100Gy的剂量才能提供足够的肿瘤控制 周围正常肺组织、心脏、脊髓的放射耐受性低，限制了靶区剂量 肿瘤随呼吸上下移动 通过CT确定的靶区不够精确 确诊时已存在的远处微转移未被检出,新的放疗技术,3DCRT IMRT 目的：最大限度的提高肿瘤剂量而最大限度的减少正常组织的受照体积，提高TCP同时降低NTCP，即提高治疗比 面临的困难：靶区不确定,影响靶区不确定的因素,肺癌伴肺不张或阻塞性肺炎 肿瘤与周围组织粘连，分界不清 N分期的不确定,PET对肺不张和肺癌的鉴别,PET和CT确定的肿瘤体积的差异,测量21
8、例伴肺不张的病人的肿瘤体积： VPET VCT 4例 VPET VCT 17例 VPET平均比VCT小46.01cm3（17.7）（P=0.002） （复旦大学肿瘤医院张碧媛）,21例病人的VPET和VCT的比较,4例VPETVCT: CT上认为是肺不张的组织PET证实为肿瘤 17例VPETVCT:PET排除了CT认为是肿瘤的肺不张,PET 和CT确定的靶区差异1,PET和CT对N分期的比较,Methods sensitivity specificity accuracy CT/MRI 5775% 4494% 5289% PET 82100 8199 8199,PET和CT对N分期的差异1,P
9、ET和CT对N分期的差异2,PET和CT对N分期的差异3,PET 和CT确定的靶区差异2,不同医生根据CT勾画的靶区的差异,不同医生根据PET勾画的靶区,PET在肺癌放疗中的优势,精确分期，避免对已有远处转移的病人进行根治性放疗 纵隔淋巴结的放疗范围的精确确定 鉴别肺癌和肺不张或阻塞性肺炎 减小不同医生勾画靶区的差异,PET的不足,空间分辨率低，低信噪比，图像粗糙，解剖结构显示不良,PET/CT融合图像的优势,在同一张图像上同时获得解剖学信息和分子功能信息 减少PET因定位误差产生的假阴性和假阳性,hPET/CT对纵隔淋巴结的显示,hPET /CT对肺不张和肺癌的显示,PET/CT图像融合方法
10、,异机融合,异机融合的图像套准（胸部）,异机融合的图像套准（头颈部）,异机融合的图像套准（头颈部）,异机融合的方法 手工融合 计算机自动融合,同机融合的方法,PET/CT融合图像对勾画放疗靶 区的影响,PET/CT对NSCLC放疗PTV的影响,PET/CT融合图像确定的靶区的精确性,Vanuytsel等比较了73例CT或PET上纵隔淋巴结阳性的病人，以融合图像或仅用CT确定的GTV，并与病理结果对照 GTVCT涵盖了75 的转移淋巴结 GTVPET/CT则包括了89的转移淋巴结 （P0.05),PTV的几何改变对TCP和NTCP究竟有多大的影响？,目前的研究病例数少、观察时间短，多数是剂量学分
11、析，尚未有临床试验的报道。,肺的受照体积与放射性肺炎发生率的关系 V20 放肺发生率 40% 36%,PET/CT确定的靶区的剂量学分析,Vanuytsel等分析了10例PTVPET/CTPTVCT 的DVH分布，以V lung(20)预测放射性肺炎的发生几率 结果：PTV的缩小导致V lung(20)平均下降 27，理论推测可降低约7的放肺发生率 另一项研究： PTV的缩小导致V lung(20)平 均下降 17,PET/CT引起的剂量学改变是否能转化为临床可见的治疗增益呢？,目前的研究多是理论上的推测，尚无临床随访结果证实,PET/CT融合用于放疗存在的问题,融合的精确度不理想 PET/C
12、T机的孔径不足以容纳定位体模 PET图像用于定量分析的最佳显像条件有待摸索,影响异机图像融合精确度的因素,理想的图像融合应精确地使体位标记点对点对应，但参考点的选择有一定难度 CT和PET图像不是在同一时间、同一体位获得，误差较大 呼吸运动的影响,异机融合的误差1,澳大利亚的Kiffer等测量了10例病人的PET和CT上的病变中心，平均相差10.4mm， PET/CT融合的精确性在1.2cm左右，这对精确放疗以mm计的精确度的要求而言是难以接受的,异机融合的误差2,经模型试验测定，融合误差5mm,同机融合的优点,可在同一时间、同一体位下获得CT和PET图像 CT和PET开始扫描的位置、层厚可保
13、持高度一致 CT和PET具有相同的定位坐标系统，2套系统不需对位就可精确融合,同机融合面临的问题,呼吸运动的影响 PET和CT扫描时检查床下沉的程度差异,如何减少呼吸运动的影响,呼吸门控技术 正常呼气末屏气 训练病人浅呼吸,PET用于定量分析时的最佳显像条件？,显像时扣除多少域值才能使PET图像上的FDG异常浓聚灶与肿瘤的实际大小一致是PET用于定量分析的最大障碍,FDG的浓聚程度不仅与细胞的糖代谢水平有关，而且与肿瘤的大小有关 需要测定不同T/B、不同大小的肿瘤最佳显像状态所对应的本底域值 目前国际上尚无统一的标准,初步的研究 美国的Erdi等通过模型试验摸索最佳的显像条件 方法：在模型中体
14、积0.45.5ml的球体中注入不同活度的FDG以模拟临床见到的肺内结节 结果：在体积大于4ml时，不同FDG活度不同大小的球体的PET显像的本底域值趋近3644,以统一的40的本底域值应用于10例CT上肿块边界清楚的病人时，PET上FDG浓聚灶的大小与CT上肿块大小相差较大，而使二者相近的本底域值2961,对不同大小、不同活度的病灶用一个统一的本底域值进行显像的准确性是不可靠的 通过模型试验建立不同大小、不同活度的病灶的最佳显像域值的数学模型是解决问题的关键 模型试验的结果需得到病理的证实 目前国际上有关研究尚无突破性进展,hPET 的价值,虽然空间分辨率和灵敏度低于dPET，但文献显示对于2
15、cm的肺内结节的定性诊断，hPET的灵敏度和特异度并不逊于dPET hPET 具有更好的性价比，更易在临床普及,有一定临床应用价值 带有低分辨率CT的hPET，实现解剖和功能图像的融合，提高了hPET的定位能力,研究进展,随着新的放射性示踪剂的开发，PET的应用已深入到肿瘤增殖速率、肿瘤血管生成、肿瘤基因表达、乏氧细胞、细胞凋亡的检测等领域，使肿瘤的放疗向着生物调强的方向迈进,不同示踪剂的PET研究,核酸代谢：11C胸腺嘧啶、124I脱氧尿嘧啶 1）反映肿瘤细胞增殖活性 2）预测肿瘤对化疗反应 临床资料显示，在化疗一周后即可见11C标记的胸腺嘧啶摄取明显降低，而且降低程度FDG,肿瘤受体的检测
16、：性激素受体 1)了解活体内肿瘤细胞受体状态 2)监测对激素治疗反应性。 3)目前应用较成功的18Fluorestrodiol 4)有研究显示：FES摄取程度与病理上的ER表达状态相关。FES摄取程度变化反映了ER被阻断程度。,蛋白质代谢： 11C蛋氨酸 优点：1）诊断特异性有所提高 2）用于肿瘤对治疗反应性好 缺点：1）11C同位素半衰期短 2）生物学信息难以解释（因为其中包含了氨基酸和非蛋白转化过程中的信息） 目前氨基酸标记的PET扫描尚难常规用于 临床。,PET对细胞凋亡的检测： 动物实验研究中,乏氧对肿瘤放疗的影响 1）乏氧的存在会影响肿瘤放疗敏感性和治疗效果 2）乏氧易使肿瘤产生放射
17、抗拒、激活血管内皮生长因子、产生耐药的基因扩增、引起P53基因突变 3）氧分压与生存率和复发率显著相关,PET对乏氧的检测（ 18FMISO ） Rasey等报道： 37例不同肿瘤患者进行18FMISO PET显像，定量分析肿瘤内乏氧体积 结果：36/37(97%)存在乏氧区域 平均 FHV（fractional hypoxic volume) NSCLC(21) 47.6 头颈部肿瘤(7) 8.8% 前列腺癌(4) 18.2% 其他肿瘤(5) 55.2%,虽然PET在以上领域的研究还只是起步阶段，但初步的结果已显示了PET作为一种分子功能显像技术的巨大发展潜力 PET提供的生物学信息对调强放
18、疗靶区内不均匀剂量的施予具有重要的指导意义,展望,谢 谢,PET/MRI/CT 在脑瘤放疗中的应用,Gross 等的研究： 18例脑胶质瘤 44 GTV PET/MRI 比GTV MRI 大1ml 22% GTV PET/MRI 比GTV MRI 大15ml 50%的病人GTV 10%,PET与MRI确定的肿瘤体积比较,结论：由于脑组织的本底葡萄糖代谢率较高，FDGPET仅在小部分病人中提供更有意义的信息 美国的另一项研究亦得出相同结论,有研究显示11CMETPET对低分级的胶质瘤（葡萄糖代谢率低）显示了更大的潜力 Nuutinen的研究显示在14例低分级的胶质瘤中11CMETPET使27的病
19、人的GTV小于T2加权MRI图像确定的GTV 11CMETPET的作用尚需更广泛的研究,FDGPET 在头颈部肿瘤放疗中的应用,PET/CT在头颈部肿瘤放疗中的作用,区分肿瘤和粘膜水肿 对颈部淋巴结的检出精确性优于CT/MRI 治疗后肿瘤残留或复发的早期发现 肿瘤残留或复发与放射性损伤的鉴别,常用发现颈淋巴结转移的手段及临床价值,PET应用于头颈部肿瘤放疗面临的困难 头颈部正常组织（如：唾液腺、咀嚼肌）的生理摄取值较高，使得PET图像的解释变得困难 PET图像上缺乏解剖标志，图像融合时参考点的选择困难 进行不同扫描时的体位变动引起融合误差,日本北海道大学的前瞻性临床试验,21例病人，12例口咽
20、癌，9例鼻咽癌 所有病人以同一体位固定装置做FDGPET扫描、MRI和CT扫描 比较 GTV/CTV PET/CT/MRI与 GTV/CTV CT/MRI的差异 5例IMRT，16例3DCRT 放疗量：PET（）区为GTV 65-66Gy PET () 而CT/MRI可疑为CTV 40-50Gy,结果： 89的病人原发灶GTV未改变，1例增加49，1例下降45%,18FDG -PET/MRI fusion for NPC,GTV delineation on the interactive MRI/CT planning system.,PET检出39个有转移的颈部淋巴结，而CT/MRI检出2
21、8个 N0 N1 3例 N1 N2 1例,upstaging of N classification by 18FDG-PET/CT fusion,对正常组织的影响,15例对侧腮腺旁FDG（）者对侧腮腺得到很好保护，DVH显示对侧腮腺50体积的最大受量从17.444.3Gy，中位值32.3Gy,IMRT based on GTV delineation using 18FDG-PET/MRI fusion for T3N0M0 squamous cell carcinoma of the oropharynx,临床随访结果： 原位复发（口咽癌T3）2例，颈淋巴结复发（N3）例，同时复发1例（N
22、0） 无一例单独的淋巴结复发发生在CTV预防剂量照射区内,结论 PET对颈淋巴结的分期精确性优于CT/MRI PET/CT/MRI比单用CT/MRI确定的靶区精确 PET（）而CT/MRI可疑的病变作为CTV，给予预防剂量照射是安全的，可以更多地保护腮腺组织,放疗后肿瘤残留或复发的早期发现,现有的临床体检和检查手段均难达到早期目的 原因：1）病灶常处于粘膜下 2）治疗后水肿和/或纤维化影响了诊断 3）放疗后活检对判断肿瘤残留/复发价值 存在争论 4）手术切取活检能提高诊断准确性，但 易引发放射损伤出现,PET在鉴别头颈肿瘤治疗后肿瘤残留或复发中的价值,鉴别肿瘤复发或残留与放射损伤,PET对脑瘤放疗后残留或放射损伤的鉴别,