数据驱动门控对68Ga-PSMA与18F-DCFPyL-PSMA PET/CT前列腺癌转移灶定量准确性的影响及其跨示踪剂稳健性

《EJNMMI Reports》：Effect of data-driven gating on the quantification of prostate cancer metastases in 68Ga-PSMA- and 1?F-DCFPyL-PSMA PET/CT

　　

摘要
背景
采用¹⁸F-DCFPyL和⁶⁸Ga标记示踪剂的前列腺特异性膜抗原（prostate-specific membrane antigen, PSMA）正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（positron emission tomography/computed tomography, PET/CT）是前列腺癌分期的重要方法，但⁶⁸Ga-PSMA可能因呼吸运动和较低空间分辨率而显示敏感性及定量准确性降低。基于设备的运动校正方法存在局限。数据驱动门控（data-driven gating, DDG）提供了一种无需硬件的替代方案，但其对PSMA PET特别是⁶⁸Ga-PSMA的影响尚未被系统评价。研究人员旨在评估DDG运动校正方法在⁶⁸Ga-PSMA和¹⁸F-DCFPyL-PSMA PET/CT中的定量和定性表现，重点关注转移性淋巴结、肺和骨病灶，并评估其跨示踪剂的稳健性。
方法
该回顾性研究纳入经活检证实的前列腺癌患者，这些患者因原发分期或生化复发接受⁶⁸Ga-PSMA或¹⁸F-DCFPyL PSMA PET/CT且存在转移性疾病。使用OncoFreeze AI?数据驱动门控（OFAI-DDG）方法进行运动校正。对转移病灶进行半自动分割，并在OFAI-DDG和静态图像中按解剖部位定量标准化摄取值（standardized uptake value, SUV）指标、图像噪声和对比噪声比（contrast-to-noise ratio, CNR）。由两名经验丰富的阅片者独立对图像质量进行定性评分。统计分析包括非参数检验、Bland-Altman一致性分析、回归分析、示踪剂比较和阅片者间可靠性评估。
结果
排除后，分析23例⁶⁸Ga-PSMA和40例¹⁸F-PSMA患者，分别获得133个和192个转移病灶。与静态显像相比，OFAI-DDG重建在两种示踪剂的骨、淋巴结和肺病灶中均显著提高SUVmean和SUVmax（p < 0.0001），其中肺病灶增幅最大。多数病灶类型的CNR改善，图像噪声显著降低。定性分析显示OFAI-DDG具有更好的图像质量、锐利度和噪声表现，且阅片者间一致性高。OFAI-DDG表现跨示踪剂稳健，并在很大程度上独立于病灶位置。
结论
该研究表明，与标准静态显像相比，OFAI-DDG显著改善PSMA PET/CT图像质量和定量准确性。在⁶⁸Ga-PSMA和¹⁸F-PSMA示踪剂中均观察到改善，表明其具有示踪剂非依赖性稳健性。OFAI-DDG简化了工作流程并减少患者摆位时间，同时在不改变病灶检出的情况下增强病灶可视化和定量可靠性，支持其在转移性前列腺癌显像中的临床价值。

研究背景与问题
采用¹⁸F-DCFPyL和⁶⁸Ga标记示踪剂的前列腺特异性膜抗原（prostate-specific membrane antigen, PSMA）正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（positron emission tomography/computed tomography, PET/CT）是前列腺癌（prostate cancer, PCa）分期的重要工具。原文指出，⁶⁸Ga-PSMA与¹⁸F-PSMA对原发灶检出率大体相似，但对低级别病灶和远处转移（如淋巴结（lymph node, LN）受累）的检出率可能低于¹⁸F-PSMA；然而⁶⁸Ga-PSMA仍在临床显像中重要，因其在多地区获批、基于发生器，并作为¹⁷⁷Lu-PSMA-617等治疗药物资格判断的“伴随”诊断工具。呼吸运动可显著降低⁶⁸Ga PET定量准确性并影响诊断准确性；由于采集时间较长，屏气技术不适合消除PET呼吸运动，下胸部和上腹部易出现呼吸运动伪影，影响摄取值、体积测量、定量及PET/CT配准。已有策略包括提取呼吸运动波形用于门控和图像重分箱，或使用ANZAI压力带等外部设备跟踪呼吸周期；但ANZAI带并非总能完全消除伪影，且门控重建计数减少可导致图像噪声增加。数据驱动门控（data-driven gating, DDG）无需外部硬件，直接从PET列表模式数据提取呼吸信息；既往主要在高信噪比示踪剂如¹⁸F-FDG中评价，近期才在低信噪比示踪剂如⁶⁸Ga-DOTATATE中结合高级运动校正算法评价。但DDG运动校正对⁶⁸Ga-PSMA定量准确性的影响，以及对¹⁸F-PSMA和⁶⁸Ga-PSMA两者的潜在获益，尚未在转移区域系统评估。因此，研究人员开展该研究，比较OFAI-DDG在转移性淋巴结、肺转移和骨转移中的定量与定性表现，并评估其在⁶⁸Ga-PSMA PET中的稳健性。研究结果显示OFAI-DDG显著改善两种示踪剂的PSMA PET/CT图像质量和定量准确性，表现跨示踪剂稳健，可简化工作流程并减少患者摆位时间，在不改变病灶检出的同时增强病灶可视化和定量可靠性，支持其用于转移性前列腺癌显像的临床价值。

关键技术与方法
单中心回顾性研究纳入经活检证实PCa、因原发分期或生化复发（biochemical recurrence, BCR）行⁶⁸Ga-PSMA或¹⁸F-DCFPyL-PSMA PET/CT且存在转移病灶者，最终分析23例⁶⁸Ga-PSMA和40例¹⁸F-PSMA患者。OFAI-DDG整合于PET/CT重建，基于PET列表模式数据，通过功率谱分析从掩蔽三维时间序列提取呼吸频率和振幅；静态图像以有序子集期望最大化（ordered subset expectation maximization, OSEM）重建为参照。病灶经LifeX半自动分割，按骨、LN、肺分组计算标准化摄取值（standardized uptake value, SUV）指标SUVmean、SUVmax、背景标准差（图像噪声）和对比噪声比（contrast-to-noise ratio, CNR）；两名阅片者以4分法独立评价总体图像质量、肿瘤锐利度和噪声。统计采用Wilcoxon符号秩检验、Bland-Altman、回归、Mann-Whitney U检验和Cohen kappa。

研究结果
患者与病灶纳入：初筛40例⁶⁸Ga-PSMA和65例¹⁸F-DCFPyL-PSMA患者，排除无离散可勾画转移灶、完全缓解、模棱两可或其他混杂诊断后，最终23例⁶⁸Ga-PSMA和40例¹⁸F-PSMA患者纳入分析；¹⁸F-PSMA检出192个转移灶（骨83、LN84、肺25），⁶⁸Ga-PSMA检出133个（骨73、LN46、肺14），患者-病灶比分别为4.8和5.8。该结果通过回顾性筛选及病灶分割得出。

定量评估：通过比较OFAI-DDG与静态显像，两种示踪剂在骨、LN和肺病灶中OFAI-DDG的SUVmean和SUVmax均显著升高（p < 0.0001），肺病灶增幅最大；⁶⁸Ga-PSMA SUVmax偏倚为骨5.3%、LN10.6%、肺14.4%，¹⁸F-PSMA为骨11.6%、LN9.9%、肺32.1%；全部病灶类型和两种示踪剂的SUVmean偏倚均显著偏向OFAI-DDG，肺病灶最大。多数病灶类型CNR改善；⁶⁸Ga-PSMA骨和LN的CNR偏倚分别为3.2%和21.7%，¹⁸F-PSMA分别为3.9%和7.6%。Wilcoxon符号秩检验显示两种示踪剂所有测量病灶和解剖分区SUVmean、SUVmax均与静态显像有显著差异；但两种示踪剂肺病灶静态CNR与OFAI-DDG无显著差异；OFAI-DDG图像噪声显著降低。

定性评估：两名有10年经验阅片者独立盲评63例患者的⁶⁸Ga-和¹⁸F-PSMA图像，OFAI-DDG总体图像质量高（95%）、对比锐利（97%）、噪声低（57%），均优于静态图像；观察一致率为86.1%。病灶评估的阅片者间Cohen kappa为0.22（95% CI: ?0.23至0.67），为非显著一般一致性（p=0.34）；总体图像评估kappa为0.66（95% CI: 0.39至0.92），为显著较高度一致性（p<0.001）。所有图像均属“好”或“可接受”，无“差”；两种重建病灶数无差异。

统计分析：
病灶位置对SUV的影响：对⁶⁸Ga-PSMA SUVmean进行多线性回归，仅骨病灶在α=0.05时与OFAI-DDG呈正相关（p=0.051）；SUVmax多线性回归未显示任何病灶类型在两种方法中有显著关联；¹⁸F-PSMA结果类似，提示OFAI-DDG所得SUV测量在很大程度上独立于病灶位置。
OFAI-DDG在两种示踪剂间的表现（¹⁸F-PSMA vs. ⁶⁸Ga-PSMA）：仅看OFAI-DDG数据，骨病灶SUVmean、SUVmax和CNR分布两示踪剂间无显著差异，但肺SUVmax分布差异显著（p=0.0046）；相对百分比差异（relative percentage difference, RPD）分析中，骨、LN和肺病灶的SUVmean、SUVmax和CNR分布两示踪剂间均无显著差异，提示OFAI-DDG重建在两种示踪剂间总体稳健。

讨论与局限性
原文指出，这是首个在同一诊断的临床患者群体中，用两种分布特征不同示踪剂（⁶⁸Ga-PSMA信噪比较低、¹⁸F-PSMA信噪比较高）比较转移灶的研究。早期OncoFreeze需外部呼吸波形且仅利用部分PET数据，需长采集和/或高注射活度；OFAI-DDG无需外部设备，利用全部PET事件提取波形并运动校正，其波形质量受示踪剂分布、解剖区域、注射剂量和采集时长影响。Büther等报道OFAI-DDG与带门控信号相关良好并改善SUVmax和病灶勾画；Dias等在大型¹⁸F-FDG队列中报道OFAI-DDG无摆位问题、避免额外扫描时间和设备故障，SUVmax较静态约高14%，与本研究¹⁸F-PSMA结果一致。Agrigoroaei等报道胸腹部病灶变异较大；Ince等报道弹性运动校正与去模糊（elastic motion correction with deblurring, EMCD）联合OFAI-DDG噪声最低、CNR最高，视觉评估偶见额外病灶，尤其DOTATATE亚组，与本研究定量和定性评估一致。对⁶⁸Ga PET，OFAI-DDG提高病灶SUVmax和CNR、降低噪声，尤其适用于低计数示踪剂；⁶⁸Ga-PSMA SUVmean有少量离群值（73个骨病灶中3个、46个LN中1个），未影响临床结局或导致假阳性分期，但提示对低摄取示踪剂性能高但非完美稳定。原文还指出，PSMA诊疗一体化中改善⁶⁸Ga-PSMA图像质量可减少假阴性病灶（尤其小或易运动转移灶如肝穹隆、肺底、淋巴结病变）、提高对疾病负荷确为PSMA阳性的信心，并帮助避免因PSMA表达低估或异质性而不当纳入患者。局限性包括单中心、单一PET/CT系统；队列异质；本队列仅与静态显像比较，未评价ANZAI带，但Farag等在较小队列中已显示OFAI-DDG优于ANZAI带；CT未行运动校正，残余PET/CT配准误差可能影响SUV定量；两种示踪剂使用不同患者队列，无法完全配对比较；未进行多重比较校正，部分结果可能由偶然造成，但结果一致性和多数终点的高统计学显著性支持结论稳健。

研究结论（翻译）：总之，OFAI-DDG运动校正方法提高了⁶⁸Ga-PSMA和¹⁸F-PSMA病例的SUVmax和CNR指标并改善图像质量，支持其适用于不同示踪剂分布。值得注意的是，OFAI-DDG作为PCa患者⁶⁸Ga-PSMA PET显像的运动校正方法表现出较强性能。