SPECT/CT定量分析对肿瘤患者脊柱颈胸段骨病变的诊断价值

段云，杨雯，杨颖卓，何文果，王乔，徐蓉生

(四川省肿瘤医院核医学科，四川 成都 610041)

99mTc-MDP全身骨显像是全球使用最广泛的诊断骨转移的成像方式，可检测肿瘤骨转移和骨良性病变。全身骨显像使用MDP标记的99mTc，通过渗入羟基磷灰石的晶体结构中而积累在重塑骨骼中[1-2]，99mTc-MDP骨吸收取决于骨成骨细胞活性，血管生成和环境因素。全身平面骨显像对肿瘤骨转移敏感度高，但特异性相对较低。骨骼的良性疾病，如关节和椎间盘退变性疾病，也会引发骨转换和放射性示踪剂积累的增加，特别是脊柱颈胸段的骨关节炎是背部和颈部疼痛的常见原因[3]，在临床上经常需要鉴别肿瘤患者的疼痛是骨转移或者骨关节炎引起。近年来，由于单模态成像方法(CTMRI，SPECT)的不足，研究人员对影像学检查的兴趣转向融合成像技术。本研究通过西门子SPECT/CT Symbia Intevo16融合成像新技术xSPECT的应用[4]，使用SUV( 标准摄取值，Standardized Uptake Value)进行量化[5]，测量SUVmax(SUV最大值)，采用SUVmax定量分析全身骨显像中99mTc-MDP高摄取的成像结果，探讨定量分析对肿瘤患者脊柱颈胸段骨关节炎和骨转移的诊断作用。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析本院2018年5月～2019年7月经病理证实的57例肿瘤患者，均为首次全身骨显像并伴有脊柱颈胸段高代谢灶，其中前列腺癌患者32例均为男性，乳腺癌患者25例均为女性，年龄28～85岁，平均(58.9±12.7)岁；根据脊柱颈胸段骨高代谢灶结果判定分为两组：骨转移组34例和骨关节炎组23例，并测量每位患者正常腰椎SUVmax值作为对照组。脊柱颈胸段骨高代谢灶结果采用结合SPECT、CT、MRI、病理或者随访6个月以上的方式判定。所有患者均排除脊柱有外伤史、手术史及放疗史。所有患者的数据从病历和影像档案中检索，收集包括患者年龄和性别在内的人口统计学特征、体重指数、肌酐水平、碱性磷酸酶水平以及放射性示踪剂注入和图像获取之间的时间间隔。本项研究得到了本院伦理委员会批准，每位患者均签署了知情同意书。

1.2 显像剂

MDP药盒为成都欣科医药科技有限公司提供，Mo-99mTc发生器由北京原子高科股份有限公司提供，严格按操作规程自行标记，99mTc-MDP放化纯度>95%。注射剂量按10 MBq/kg计算。

1.3 全身骨显像及融合显像的显像仪器、采集条件以及显像方法

显像设备均为同一台SIEMENS Symbia Intevo 16双探头SPECT/CT ，CT为具备诊断功能的16排螺旋CT。采集能峰140kev，窗宽20%。注射99mTc-MDP 3h后，所有患者均在低能量高分辨率准直仪上进行了全身平面成像，扫描速度为20cm/min，矩阵 256×1024，放大倍数1倍，显像结束后立即在可疑脊柱颈胸段骨病变部位做局部SPECT/CT融合断层显像。融合显像SPECT 矩阵 256×256，放大倍数 1，采集60帧 ，每帧15 s，CT扫描采用电压130kV和自动mAs的低剂量模式。采集完成后，后台重建处理出的SPECT、CT、SPECT/CT的融合图像，并根据重建图像生成SPECT数据，在后处理图像上对SUV进行量化，并使用xSPECT重建算法测量SUVmax。

1.4 SPECT/CT图像分析

对骨转移组中的每例患者均测量了SPECT/CT上可见的所有脊柱颈胸段骨转移灶的SUVmax (图1a)。对于骨关节炎组中的每例患者，在SPECT/CT上测量了脊柱颈胸段活动性退行性病变及小关节炎的SUVmax (图1b)。对于对照组中所有患者(57例)，均在4-5 cm3的目标区域(ROI ,region of interest)中测量了腰椎的SUVmax，在SPECT/CT上未见腰椎转移及骨关节炎病变。

1.5 统计分析

采用SPSS21的Wilcoxon秩和检验比较了临床特征和SUV水平在骨转移组与骨关节炎组之间的统计差异。计量资料采用平均数(¯χ±s)表示。采用MedCalc v19.0.7分析比较骨转移和骨关节炎的敏感性、特异性和受试者工作特性(ROC)曲线下的最高面积(AUC)，进行Z统计。根据Youden指数分别定义来确定病变之间SUVmax的最佳临界值。P<0.05具有统计学意义。

2 结果

2.1 患者临床特征和SUV水平关系

骨转移组和骨关节炎组在年龄、性别、体重指数、肌酐、放射性示踪剂注射与xSPECT成像之间的时间以及正常腰椎SUVmax之间无显著差异(P>0.05)；骨转移和骨关节炎组之间的ALP有显著性差异(P<0.01)，见表1。所有患者的腰椎SUVmax水平为9.1±2.0。

在骨转移组中，分析了34例患者的颈胸段骨转移灶共143个(91个成骨改变，17个溶骨改变，32个混合改变和3个骨膜改变)， SUVmax水平为22.1±8.8。在骨关节炎组中，分析了23例患者的颈胸段活动性局灶性骨关节炎44个(颈椎23个，胸椎21个)，SUVmax水平为13.9±5.6。骨转移组的SUVmax水平高于骨关节炎组和对照组，骨关节炎组的SUVmax水平高于对照组，每组之间的SUVmax水平均有显著性差异(P<0.001),见图2。

图1(a) 一名乳腺癌的56岁女性患者，背痛，融合显示T3胸椎骨转移病变，测得SUV max为23.6。图1(b)一名前列腺癌的69岁男性患者，颈痛，融合显示C6-7双侧小关节面的骨关节炎病变，测得左侧小关节面SUV max 为14.9。

图2 骨转移灶、骨关节炎和正常腰椎的SUVmax水平总箱图

2.2 SUVmax水平在骨转移组和骨关节组的诊断价值比较

采用ROC曲线分析评估SUVmax水平在骨转移组和骨关节组的诊断效率，结果如图3所示。

SUVmax水平比较在骨转移组-对照组中诊断效率最佳(AUC=0.922，敏感性84.62%、特异性88.64%，表2，图3a)；骨关节炎组-对照组(AUC=0.884，敏感性80.42%、特异性86.36%，表2，图3b)；骨转移组-骨关节炎组(AUC=0.826，敏感性63.57%、特异性75.00%，表2，图3c)。三组诊断能力均有显著性差异(P<0.001)。

表2 组间SUVmax水平比较的ROC分析结果主要参数

图3 ROC曲线分析了SUVmax对骨转移和骨关节炎的诊断效率。(a)区分骨转移灶和正常腰椎的诊断能力；(b)区分骨关节炎和正常腰椎的诊断能力；(c)区分骨转移灶和骨关节炎的诊断能力

2.3 非成骨性骨转移的SUVmax对骨关节组的诊断效能

99mTc-MDP通过与骨组织羟基磷灰石晶体结合而显影，摄取99mTc-MDP多少与骨组织成骨细胞活性等有关，即成骨细胞越活跃摄取的99mTc-MDP越多，SUV值越大。所以在骨转移引起的骨质破坏类型中，本研究重点关注骨关节炎对非成骨性改变的高代谢骨转移灶(共52个病灶，17个溶骨改变，32个混合改变和3个骨膜改变)的诊断能力。非成骨性改变骨转移SUVmax水平为16.5±4.9，ROC分析结果及曲线显示SUV max对于区分脊柱颈胸段非成骨性骨转移与骨关节炎的变化均有很好的诊断准确性(AUC=0.769，图4)。定义脊柱颈胸段非成骨性骨转移的SUVmax的最佳临界值为15.02，使用该临界值，其敏感性、特异性、阳性和阴性预测值分别为73.08%，77.27%，79.20%和70.80 %,Z值=5.268，其诊断能力有显著性差异(P<0.001)。

图4 ROC曲线分析非成骨性骨转移对骨关节炎的诊断效率

3 讨论

SPECT/CT融合显像可以获得的解剖图像和分子图像，利用CT可实现更精确的衰减校正和对病变的精确解剖定位，并增加示踪剂的探测效率。相对于简单的平面或SPECT而言，SPECT/CT增加摄取的正确定位更能增加研究者的诊断信心[6-9]。特别是对肿瘤患者引起的骨疼痛不适而言，究竟是骨转移还是骨关节炎造成？SPECT/CT提供的诊断信息对于其临床诊断具有很好的可信度。

本研究中，骨转移组ALP水平高于骨关节炎组，与骨转移患者的成骨细胞活跃合成、分泌ALP增加有关，两组差异有统计学意义(P<0.01)。本研究骨转移组与骨关节炎组SUVmax水平分别为22.1±8.8、13.9±5.6，与正常腰椎对照组(9.1±2.0)相比，均有显著性差异(P<0.01)。在三组的ROC分析结果显示，SUVmax水平在骨转移组-对照组中诊断效能最佳(AUC=0.922，敏感性84.62%，特异性88.64%)，骨转移组-骨关节炎组也有很高的诊断效能(AUC=0.826，敏感性63.57%，特异性75.00%)，每组比较诊断能力均有显著性差异(P<0.001)。骨转移灶和骨关节炎SUVmax水平高与骨转换快、骨代谢旺盛有关，本文研究结果与Ryoo、Tabotta等学者研究结果接近[10-11]。学者Ryoo将SUV值校正后SUV值均较小[10]，但显著性的差异依然有统计学意义。因此，我们推测SUVmax水平变化有助于区分诊断骨转移和骨关节炎的能力。

99mTc-MDP通过循环与骨组织羟基磷灰石晶体产生化学吸附而显影，病变部位摄取99mTc-MDP多少与骨组织成骨细胞活性、血管生成、机体代谢等有关，即成骨细胞越活跃，血供越丰富，摄取的99mTc-MDP越多，SUV值越大。所以在本研究中，我们重点比较了非成骨性改变骨转移-骨关节炎组的SUVmax诊断能力，非成骨性改变骨转移SUVmax水平为16.5±4.9，非成骨性骨转移SUVmax(AUC =0.769)有较高诊断效能，诊断能力有显著性差异(P<0.01)，因此， SUVmax水平有助于区分诊断非成骨性骨转移和骨关节炎的能力，本文研究结果与学者 Beck、 Arvola等[12-13]研究的结果接近。本研究选择溶骨型、混合型等非成骨性骨转移比较，主要溶骨型、混合型骨转移成骨细胞相对不活跃，对99mTc-MDP摄取相对稍差，SUVmax值相对要低，但通过比较高代谢的溶骨型、混合型骨转移的SUVmax值水平要高于骨关节炎组，这一研究结果表明，在临床工作中采用SUVmax值诊断骨关节炎和骨转移可行性的价值。

在本项研究中，笔者发现SPECT/CT的骨显像定量分析可以帮助区分脊柱颈胸段骨转移与骨关节炎的变化，提高骨显像诊断的特异性。使用最大截断值SUVmax≥15.02可以区分骨关节炎的骨转移敏感性、特异性、阳性和阴性预测值分别为73.08%，77.27%，79.20%和70.80 %。学者Ryoo[10]、Tabotta[11]等研究得出诊断骨转移的最大截断值分别为SUVmax≥20、SUVmax≥19.5，高于本研究的SUVmax≥15.02，主要是由于本组骨转移病例的SUVmax水平主要为溶骨型和混合型。学者Umeda、Kuji等[14-15]采用局部体积效应(PVE)校正SUVmax值，当SUVmax≥7即有很好的定量精度。由此笔者认为，在同一定量分析模式下，采用最大截断值SUVmax≥15.02区分诊断骨转移和骨关节炎时均具有很高的敏感性和积极的预测价值。

当然，还有其它核医学方法可用于检测和表征肿瘤患者的骨转移。一项研究对新诊断为前列腺癌的患者采用18F-NaF PET/CT或99mTc-MDP SPECT/CT的临界值进行比较，两种方式之间没有重大差异[16]。此外，Arvola等[17]最近的一项研究显示，99mTc-MDP SPECT/CT和18F-NaF PET/CT的SUV之间有很强的相关性。作者得出的结论是， SPECT/CT是临床量化骨转移或者骨关节炎病变的骨代谢适用工具。

因此，定量骨显像技术可以提高骨SPECT/CT的准确性，从而使骨显像在肿瘤患者骨转移的新型多模态成像时代保持竞争优势。这项研究表明，基于定量数据分析，肿瘤患者脊柱颈胸段骨转移与骨关节炎变化之间的骨扫描摄取99mTc-MDP有显著差异，转移中的SUVmax明显更高。笔者认为，对于脊柱颈胸段病变SUV 最大临界值SUVmax≥15.02可以进一步提高骨骼扫描的特异性。总之，将定量数据分析添加到骨显像图像结果解释中，可以帮助更可靠地表征恶性与良性局灶性骨病变，从而提高骨显像的总体诊断性能。

本研究的主要局限性在于：属于回顾性分析，数据在单个中心获得，受试者人数少，部分溶骨型、混合型骨转移为视觉判定，入组患者病种较少，未评估局部体积效应(PVE)对SUV 的影响。