FDG-PET動態(tài)建模分析對腫瘤、炎癥和棕色脂肪組織的鑒別.pdf

1、β-2-[F]氟-2-脫氧-D-葡萄糖-正電子發(fā)射計算機斷層成像(FDG-PET)通過注射18F標(biāo)記的葡萄糖，即示蹤劑FDG，反應(yīng)人體各個器官和組織葡萄糖代謝程度，以達到確定惡性腫瘤，其它疾病或過程在體內(nèi)分布情況的效果，是目前臨床上用于腫瘤診斷以及癌癥分期的最佳功能成像技術(shù)之一，具有很高的準(zhǔn)確度和靈敏度。然而FDG作為非腫瘤特異性的示蹤劑，在PET圖像掃描過程中會不可避免地造成癌癥假陽性結(jié)果，臨床上肺部假陽性尤為顯著且難以診斷。除了生理

2、上的高攝取以外，主要造成FDG-PET假陽性結(jié)果的原因為炎癥和棕色脂肪。
　　炎癥病灶是機體一種防御反應(yīng)的表現(xiàn)。炎癥發(fā)生時，淋巴細胞、巨噬細胞、中性粒細胞等在炎癥處聚集形成炎性細胞浸潤。炎性細胞浸潤時葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白表達提高引起葡萄糖代謝提升，從而在PET圖像上引起 FDG攝取顯著提升從而與腫瘤組織混淆。棕色脂肪為哺乳動物體內(nèi)特有，具有維持體溫和能量代謝的功能，是哺乳動物非顫栗性產(chǎn)熱的主要能量來源。近年來在肥胖癥、糖尿病等治療的應(yīng)用

3、上收到很多的關(guān)注。棕色脂肪細胞內(nèi)含豐富的線粒體，通過燃燒脂肪和葡萄糖產(chǎn)生熱量，對葡萄糖攝取量大，因此在PET掃描時容易被檢測。季節(jié)、環(huán)境溫度以及食物干預(yù)對刺激棕色脂肪活性有著很大的影響，在寒冷季節(jié)以及禁食的情況下，棕色脂肪活性被激發(fā)，此時 PET掃描圖像上會有 FDG的高攝取，從而形成癌癥假陽性結(jié)果。另外，炎癥和棕色脂肪活性本身的研究近年來也在關(guān)于老年癡呆癥和代謝疾病方面研究中收到更多的重視
　　傳統(tǒng)靜態(tài) PET掃描和雙時相 PE

4、T掃描無法區(qū)分炎癥或棕色脂肪造成的假陽性結(jié)果。使用其他示蹤劑替代FDG對診斷結(jié)果并沒有顯著的改善，并伴隨著許多其他缺點。因此本課題通過建立小鼠不同身體部位腫瘤和炎癥動物模型，以及通過季節(jié)和食物干預(yù)刺激棕色脂肪活性，并通過使用動態(tài)PET掃描和數(shù)據(jù)分析的方法結(jié)合示蹤劑動力學(xué)模型，估計不同組織的動力學(xué)參數(shù)，以達到區(qū)分炎癥或棕色脂肪造成的假陽性的結(jié)果。本課題的創(chuàng)新之處在于，除了分析皮下腫瘤與炎癥病灶在PET圖像上的區(qū)別以外，還建立了原位腫瘤與炎

5、癥模型進行分析比較，以及區(qū)分同種身體部位不同病灶FDG攝取各個參數(shù)的不同。
　　本文第二章主要介紹了小鼠不同部位腫瘤和炎癥動物模型的建立，以及通過季節(jié)和禁食刺激小鼠棕色脂肪模型的過程。小鼠腫瘤模型分為皮下和原位兩個組別，分別通過在腋下和肺部原位注射 Lewis肺癌細胞獲得。炎癥分為皮下（腓腸?。?、原位和自發(fā)炎癥三個組別，皮下炎癥通過在小鼠后腿腓腸肌注射松節(jié)油獲得，肺部原位炎癥模型通過吸入脂多糖(LPS)建立，而自發(fā)炎癥通過小鼠肝炎

6、細胞(MHV)誘導(dǎo)。此外，實驗還在腫瘤組別中取出一部分建立炎癥模型，觀察腫瘤和炎癥同時存在時兩種病灶FDG的攝取以及互相影響的情況。小鼠棕色脂肪的活性通過長時間禁食以及在冬季掃描的方法刺激。在動物模型建立后進行動態(tài)PET掃描，并將小鼠解剖進行冰凍切片和HE染色以觀察細胞和組織形態(tài)，確認動物模型建立成功，并從生物學(xué)的角度與PET圖像掃描結(jié)果進行互相驗證。
　　本文第三章詳細介紹了動態(tài)PET對已經(jīng)建立的動物模型進行數(shù)據(jù)采集的過程。整個

7、采集過程為時長1小時20分鐘的PET/CT掃描，并采用不均勻時長的分幀方法，數(shù)據(jù)采集以及圖像重建后對各個組別的PET圖像進行直觀視覺分析。結(jié)果顯示小鼠腫瘤和炎癥模型中相應(yīng)病灶都存在FDG的顯著攝取，在圖像中表現(xiàn)為局部高亮區(qū)域。棕色脂肪中有4例存在FDG的高攝取，圖像中表現(xiàn)為背部高亮區(qū)域。數(shù)據(jù)采集后的直觀圖像分析結(jié)果并不能從圖像上直接區(qū)分腫瘤與炎癥或棕色脂肪。
　　本文第四章介紹了PET掃描后進一步采用靜態(tài)分析和動態(tài)分析對各個組織的

8、特定參數(shù)進行比較的方法。首先圈定圖像上的多個組織和病灶作為感興趣區(qū)域(ROI)，靜態(tài)分析方法為計算各ROI中最大的標(biāo)準(zhǔn)化攝取值SUVmax作為半定量指標(biāo)并進行統(tǒng)計分析，靜態(tài)分析結(jié)果為：皮下腫瘤與皮下炎癥、不同部位炎癥、腫瘤與棕色脂肪存在顯著性差異，其余組別皆無法區(qū)分。動態(tài)分析方法通過使用FDG示蹤劑動力學(xué)模型模擬 FDG在體內(nèi)一系列的生化反應(yīng)，估計出各個組織的動力學(xué)參數(shù) Ki，表示 FDG凈攝取率。統(tǒng)計分析的結(jié)果顯示動態(tài)分析能顯著地區(qū)分

9、同一種部位（皮下或原位）的腫瘤與炎癥，以及腫瘤與棕色脂肪的區(qū)別，動態(tài)掃描結(jié)果還能體現(xiàn)腫瘤和炎癥在小鼠身體不同部位動力學(xué)參數(shù)的區(qū)別。除了分析動力學(xué)參數(shù)以外，動態(tài)掃描得出的組織時間活度曲線(TAC)也能很好地描述各個組織FDG攝取隨時間變化的過程，并通過觀察這一動態(tài)過程區(qū)分小鼠體不同病灶。
　　本文第五章總結(jié)了全文的工作，得出以下結(jié)論，相比于靜態(tài)PET圖像以及相應(yīng)的半定量靜態(tài)數(shù)據(jù)分析，動態(tài)PET掃描以及通過示蹤劑動力學(xué)模型估計不同組織