数字与模拟PET/CT在非小细胞肺癌淋巴结转移诊断及Glut-1相关性中的比较性能分析

本文比较了数字PET/CT与模拟PET/CT在非小细胞肺癌（NSCLC）患者淋巴结转移诊断中的性能差异。研究发现，数字PET/CT对小病灶（尤其是直径<3cm者）显示出更高的最大标准化摄取值（SUVmax），其诊断灵敏度（71.4% vs 37.5%）显著优于模拟PET/CT，且SUVmax与葡萄糖转运蛋白1（Glut-1）表达的相关性更强。该研究为优化NSCLC围手术期策略提供了重要影像学依据。

　　

摘要

背景

近期技术创新显著提升了正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET/CT）的成像能力。数字PET/CT提供灵敏且高分辨率的成像，与传统（模拟）PET/CT相比，可以改善小病灶的检测。本研究旨在比较数字与模拟PET/CT在检测非小细胞肺癌（NSCLC）患者淋巴结转移方面的诊断性能，并评估其最大标准化摄取值（SUV_max）。

方法

本研究共纳入103例肺腺癌或鳞状细胞癌患者，这些患者在术前接受了模拟或数字PET/CT扫描。主要终点是比较两种模式对淋巴结转移的诊断性能，次要终点是比较SUV_max值以及SUV_max值与葡萄糖转运蛋白1（Glut-1）表达的相关性。

结果

在纳入研究的103例患者中，61例接受了模拟PET/CT，42例接受了数字PET/CT。对于cT1b肿瘤（D/A比率 = 3.42, p = 0.002）和cT1c肿瘤（D/A比率 = 2.10, p < 0.001），数字PET/CT获得的SUV_max值显著高于模拟PET/CT。然而，对于直径超过3.0厘米的肿瘤，两种PET/CT的SUV_max值无显著差异。与模拟PET/CT获得的值相比，肿瘤Glut-1表达与数字PET/CT获得的SUV_max值之间存在更强的相关性。数字PET/CT在检测淋巴结转移方面也显示出更高的灵敏度（71.4% vs 37.5%），尽管特异性略低（88.6% vs 96.2%），并且两种扫描仪的整体准确性相当（85.7% vs 88.5%）。数字PET/CT上的假阳性淋巴结出现在尘肺病和炭末沉着症等情况下，而假阴性结果则出现在微转移和/或淋巴结Glut-1低表达等情况下。

结论

这些结果表明，数字PET/CT显示出改善的诊断灵敏度，并且其结果与肿瘤代谢活动更好地相关，从而改善了淋巴结转移的检测。这些结果支持数字PET/CT在优化NSCLC管理中的围手术期策略和提高诊断信心方面的临床实用性。

引言

氟-18氟代脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（FDG-PET/CT）已成为非小细胞肺癌（NSCLC）诊断和分期的重要工具。原发性肿瘤的最大标准化摄取值（SUV_max）已被证明与NSCLC患者的疾病分期、淋巴结状态、组织学类型、分化等级和肿瘤进展相关。

最近数字PET技术的创新显著提高了肺癌检测和管理的成像能力。最重要的突破之一是用数字硅光电倍增管（SiPMs）取代了传统的光电倍增管。这种范式转变带来了空间和时间分辨率的改善，与传统模拟系统相比， resulting in better image quality and higher SUVs。模拟PET/CT由于其有限的空间分辨率和较低的信噪比，对小病灶和微转移的灵敏度降低。相比之下，数字SiPM技术改善了空间和时间分辨率，提高了计数率能力，并增强了病灶可检测性，特别是对于小淋巴结转移。然而，必须考虑这些先前报告的一些局限性。

一些先前的研究已经系统地比较了在肿瘤患者中使用模拟PET与数字PET系统获得的结果。首先，数字PET提高了SUV_max值的准确性。其次，凭借其高分辨率和灵敏度，数字PET显著提高了小病灶的检出率。第三，数字PET/CT可能提高淋巴结转移检测的准确性。然而，由于这种成像方式的灵敏度增加，即使在存在炎症或良性病变而非恶性肿瘤的情况下，SUV_max值也可能升高，增加了假阳性结果的可能性。

尽管有这些不同的报告，但迄今为止还没有发表的研究比较数字PET与模拟PET在NSCLC患者中的性能。在本研究中，我们回顾性评估了两种PET/CT模式在一组接受NSCLC切除术的患者中的诊断性能。

患者与方法

研究人群

我们回顾性分析了2022年8月至2024年7月期间在我科接受手术切除的NSCLC患者的数据。纳入标准包括：原发性肺腺癌或鳞状细胞癌；CT成像上肿瘤直径在1-5厘米之间；术前进行FDG-PET/CT成像；可获得组织病理学报告。所有患者均接受了手术，且未接受新辅助治疗。

FDG-PET

患者在模拟PET/CT扫描仪或数字PET/CT扫描仪中进行PET/CT成像。所有患者在扫描前至少禁食4小时，并接受静脉注射[¹⁸F]-FDG。对所有患者施用相同的FDG剂量3.7 MBq/kg，两种扫描仪的固定摄取时间为60分钟。PET/CT发射扫描在注射[¹⁸F]-FDG一小时后进行。在所有扫描仪上采用相同的重建算法。

基于SUV_max值对原发肿瘤和淋巴结进行半定量分析。D/A比率（数字/模拟比率）定义为数字PET/CT获得的SUV_max除以模拟PET/CT获得的SUV_max。

淋巴结转移的确定

由多学科肿瘤委员会基于专家放射科医生的报告进行术前最终评估。显示活跃[¹⁸F]-FDG摄取的淋巴结被认为是转移阳性。术后由专家病理学家对淋巴结进行组织病理学评估。

免疫组织化学染色

使用切除的石蜡包埋肺癌组织标本进行免疫组织化学分析。使用自动免疫染色机进行染色。应用链霉亲和素-生物素-过氧化物酶检测技术。根据制造商的说明使用一抗（Glut-1）。根据先前报道的方案对标记蛋白表达进行检查和评分。由两名对临床病理数据不知情的研究人员检查切片。

统计分析

进行统计分析以检查临床病理特征差异的显著性和可能的相关性。酌情使用Fisher精确检验或χ2检验。为了评估PET/CT结果与淋巴结组织病理学结果之间的一致性，计算观察一致性，并使用Cohen's κ系数。使用Wilcoxon秩和检验比较连续数据。根据连续变量的正态性，使用Pearson相关分析评估两个连续变量之间的相关性。

结果

临床特征

患者特征如表1所示。103例患者中，61例接受模拟PET/CT，42例接受数字PET/CT。患者年龄从45岁到88岁不等（平均年龄73.5岁），包括69名男性和34名女性。腺癌是主要的组织学亚型，占83例（80.6%），而鳞状细胞癌占20例（19.4%）。术前评估确定90例（87.4%）为N0疾病，13例（12.6%）为N1/N2疾病。术后病理确定88例（85.4%）为N0疾病，15例（14.6%）为N1或N2疾病。

两种不同扫描仪获得的原发肿瘤SUV_max值

原发肿瘤SUV_max值与组织学类型和肿瘤大小的关系如表2和图1所示。在所有腺癌病例中，数字PET/CT获得的肿瘤SUV_max值均高于模拟PET。在按术前CT图像肿瘤大小划分的SUV_max值方面，数字PET/CT在直径1.1至2.0厘米的肿瘤以及直径2.1至3.0厘米的肿瘤中显示出显著更高的SUV_max值。然而，对于直径超过3.0厘米的肿瘤，数字PET/CT未显示显著升高的SUV_max值。根据病理检查确定的肿瘤大小，数字PET/CT在直径1.1至2.0厘米、2.1至3.0厘米以及超过3.0厘米的肿瘤中均显示出显著更高的SUV_max值。这些发现表明，数字和模拟PET/CT扫描仪的性能差异受肿瘤大小影响，在直径小于2.0厘米的肿瘤中观察到的差异尤其显著。图2显示了按扫描仪类型分层的NSCLC原发肿瘤SUV_max与病理肿瘤大小（mm）的散点图。

SUV_max与肿瘤Glut-1表达的相关性

肿瘤Glut-1表达测量的观察者间一致性Cohen's Kappa值为0.84。图3显示了原发肿瘤中SUV_max值与肿瘤Glut-1表达之间的相关性。在数字PET/CT检查和模拟PET/CT检查的病例中，均观察到肿瘤Glut-1表达与SUV_max值之间存在显著正相关。值得注意的是，当分析仅限于直径2厘米或更小的肿瘤时，数字PET/CT检查病例中Glut-1表达与SUV_max的相关性比模拟PET/CT检查病例更为显著。然而，数字PET检查病例的相关系数更高，特别是对于直径小于2厘米的肿瘤。

两种扫描仪对转移性淋巴结的诊断性能

然后我们评估了两种扫描仪对转移性淋巴结的诊断性能。表3显示了所有病例的PET/CT灵敏度、特异性、阳性预测值（PPV）、阴性预测值（NPV）和准确性，表4显示了接受淋巴结清扫术后有病理诊断的病例。在整个研究人群中，数字PET/CT对淋巴结转移诊断的灵敏度为71.4%，特异性为88.6%，准确性为85.7%。PPV为55.6%，NPV为93.9%。Cohen's κ为0.539，表明一致性中等。另一方面，模拟PET/CT的灵敏度为37.5%，特异性为96.2%，准确性为88.5%。PPV为60.0%，NPV为91.1%。Cohen's κ为0.401，表明一致性中等。与模拟PET/CT相比，数字PET/CT的灵敏度高出两倍，但特异性略低，准确性无差异。

在淋巴结转移组织病理学诊断的患者中，数字PET/CT的灵敏度为66.7%，特异性为81.8%，准确性为78.6%。PPV为50.0%，NPV为90.0%。Cohen's κ为0.434，表明一致性中等。另一方面，在这些患者中，模拟PET/CT的灵敏度为37.5%，特异性为93.5%，准确性为82.1%。PPV为60.0%，NPV为85.3%。Cohen's κ为0.363，表明一致性中等。与模拟PET相比，数字PET/CT的灵敏度高出两倍，但特异性略低，准确性无差异。

数字PET/CT中每个淋巴结的特征

图4显示了数字PET/CT成像、苏木精-伊红（HE）染色以及原发肿瘤和淋巴结中Glut-1表达的示例。表5显示了数字PET/CT评估的每个病例和淋巴结的特征。具体来说，在假阴性病例中，50%的患者存在微转移，50%的病例显示肿瘤Glut-1低表达。与真阳性病例相比，假阳性淋巴结往往显示较低的SUV_max值。在假阳性淋巴结中，两个显示尘肺病证据，其他显示炭末沉着症或肉芽肿证据；所有假阳性淋巴结均显示高Glut-1表达评分。

讨论

近年来，淋巴结阳性肺癌的围手术期治疗取得了显著进展，特别是在优化术前治疗策略方面，这有助于改善结局。因此，准确的淋巴结评估对于确定适当的治疗策略和预测预后至关重要。FDG-PET/CT对恶性肿瘤患者的治疗决策具有深远影响。

在我们的研究中，数字PET/CT检查的病例中出现了一些假阳性结果。组织病理学评估显示，这些病例中的淋巴结常含有炭末沉着症、尘肺病或肉芽肿性炎症而无恶性肿瘤的证据。这些发现与先前的报告一致。相反，假阴性结果主要归因于PET有限的空间分辨率，特别是在检测肿瘤负荷极小的微转移方面。数字PET/CT提供灵敏且高分辨率的成像，与传统PET/CT相比，有可能提高小淋巴结转移的检测准确性。

本研究证明，与模拟PET/CT相比，数字PET/CT是预测胸内淋巴结转移存在的高度有价值的模式。特别是，数字PET/CT检测淋巴结转移的灵敏度比模拟PET/CT高出两倍。尽管特异性略有降低，但整体诊断准确性无统计学显著差异。

虽然这种"下一代"PET模式的优势已被阐明，但在从模拟PET系统过渡到数字PET系统时需要解决几个考虑因素。未来应用的关键问题包括与常规模拟PET相比，SUV_max值参考范围的潜在差异，这将需要全面重新评估诊断临界值。

Glut-1免疫染色结果显示，数字PET/CT扫描病例的SUV值与肿瘤Glut-1表达的相关性强于模拟PET扫描病例，尤其是对于直径小于2厘米的肿瘤。SUV值是FDG-PET中广泛用于评估代谢活动，特别是肿瘤代谢活动的参数。Glut-1促进葡萄糖跨细胞膜转运，并在肿瘤细胞的葡萄糖摄取中起关键作用。因此，Glut-1表达也作为肿瘤葡萄糖摄取能力和代谢活动的生物标志物。有证据表明FDG-PET中的SUV值与Glut-1表达水平相关，因为两者都反映了代谢活动程度。了解SUV值与Glut-1表达之间的相互作用可以增强我们对肿瘤代谢病理生理学的认识，并促进新治疗策略的开发。

本研究有几个局限性应在解释结果时予以考虑。首先，这是一个单中心回顾性研究，在一个小的选定患者组中进行。样本量是根据研究期间所有可用病例确定的。其次，在数字PET引入的早期阶段，解读中不可避免地存在潜在的学习曲线效应，这可能影响了结果。第三，我们的研究结果仅限于日本队列和两种特定的扫描仪模型。

我们初步提出了针对NSCLC的数字PET/CT的SUV_max临界值的重新校准。基于我们的数据，D/A SUV_max比率表明传统临界值可能低估数字PET的阳性。需要进一步的临床试验来确定适当的临界值。

结论

在本研究中，数字PET/CT诊断淋巴结转移的灵敏度比模拟PET/CT高出两倍（71.4% vs 37.5%），同时保持了相当的准确性（85.7% vs 88.5%）。数字PET/CT显示出更好的诊断灵敏度，具有比模拟PET/CT更高的SUV值，特别是对于直径小于2厘米的病灶，并且SUV值往往与Glut-1表达显示出更强的相关性。虽然数字PET在检测NSCLC淋巴结转移和小病灶方面表现出卓越的能力，并且提高了SUV_max的准确性，但相对较高的假阳性率仍然是一个挑战。因此，迫切需要未来的多中心前瞻性研究和标准化的SUV_max重新定义，以验证我们的发现，并为数字PET/CT在肺癌患者中更可靠的临床应用奠定基础。

伦理批准和知情同意

所有程序均按照《赫尔辛基宣言》进行，并经过川崎医学院伦理委员会的审查和批准。本研究是回顾性进行的，部分患者在研究开始时已去世。我们的数据不包含任何个人可识别的患者信息，并在数据收集过程中采取了保密措施。由于上述因素，川崎医学院伦理委员会豁免了书面知情同意的需要。

出版同意

所有作者同意以任何形式发表本文。

披露

作者声明在这项工作中没有利益冲突。

数据共享声明

为保护患者隐私，数据不公开。支持我们研究结果的进一步细节和其他数据可根据合理要求从通讯作者处获得。