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第一部分 肿瘤内18F-FDG摄取异质性对应用PET/CT靶区勾画可靠性的影响研究目的:18氟-氟代脱氧葡萄糖(18F-fluorodoxyglucose,18F-FDG)PET/CT 图像为放疗靶区勾画及计划制定提供了很多有价值的生物信息。尽管在放疗领域已广泛接受PET/CT的应用,但在自动勾画靶区方面仍存在很大争议。目前的临床应用中,最常用的仍然是手动勾画法。然而,这种方法存在较大的观察者内部及之间的差异性,并且是一个乏味和耗时的过程。另一方面,在使用相对固定的阈值时,一定程度上提高了靶区勾画的准确度。尽管如此,在应用PET图像试图进行更快速而准确靶区勾画方面仍没有达成广泛共识。实质上,FDG在任何肿瘤内部的摄取状态不是均匀分布的,这可能是影响PET图像自动分割精准性的重要因素之一。本研究应用PET图像组学分析评价了肿瘤内18F-FDG摄取异质性程度,对非小细胞肺癌(NSCLC)和食管鳞状细胞癌(SCEC)肿瘤内18F-FDG摄取异质性进行定义并探讨其对靶区勾画方法可靠性的影响。研究方法:回顾性纳入100例初始治疗前接受18F-FDG PET/CT扫描的NSCLC和SCEC患者(各50例)。通过视觉评分,标准化摄取值(SUV)变异系数(COV)和图像纹理特征(熵)评估肿瘤内FDG摄取异质性。使用40%SUVmax(GTVPET40%)或SUV阈值2.5(GTVPET2.5)在PET图像上自动勾画原发灶,或直接在CT图像上(GTVCT)或融合的PET/CT图像(GTVPET-CT)分别勾画肿瘤体积。分析了 FDG摄取异质性参数与GTVCT,GTVPET-CT,GTVPET40%和GTVPET2.5之间的肿瘤体积差异的相关性。研究结果:NSCLC和SCEC患者的18F-FDG摄取异质性视觉评分为2.22±0.91和2.06 ± 0.89。NSCLC 的 COV 为 0.57 ± 0.12(0.37-0.86),SCEC 的 COV 为 0.56 ± 0.10(0.43-0.86)。NSCLC 的熵为 3.91 ±0.67(2.52-4.99),SCEC 的熵为 4.21 ±0.76(2.72-5.59)。通过COV和PET图像纹理分析评估的摄取异质性与通过视觉评分定义的是一致。FDG摄取异质性、SUV与肿瘤体积之间存在明显的相关性。在CT图像上描绘的肿瘤体积与在PET图像上定义的肿瘤体积显着不同。对于NSCLC和 SCEC 患者,GTVCT(44.9±51.2cm3和 43.3±37.3cm3)显着大于 GTVPET-CT(39.2±45.6cm3和 36.2±29.9cm3),P<0.001。体积随着 GTVCT>GTVPET-CT>GTVPET2.5(NSCLC为 35.7±53.8cm3,SCEC 为 34.3±32.2cm 3)>GTVPET40%(NSCLC 为 23.1 ±23.4cm 3,SCEC为20.9± 18.1cm3)显着降低。NSCLC和SCEC的GTV整合差异参数(Diff)分别为44%±13%和55%±18%。GTV的差异与SUVmax和肿瘤大小等常见代谢参数明显相关。同时,自动计算异质性参数(COV和熵)与GTV差异之间的关系比视觉评分系统更具鲁棒性和可靠性。结论:受到肿瘤内18F-FDG摄取异质性的影响,使得在应用不同的PET图像阈值对NSCLC和SCEC进行自动靶区勾画时的可靠性降低。未来治疗计划系统中,建议应用高级图像分割算法处理追踪剂摄取异质性对自动勾画的影响。进一步临床研究中,需继续探索多元化的肿瘤异质性定义方法,获得与肿瘤组织病理检查结果或预后相关性更高的图像参数。第二部分 局部晚期非小细胞肺癌放化疗期间肿瘤代谢异质性早期变化及预后价值研究目的:非小细胞肺癌是一种异质性程度较高的恶性肿瘤。即使是同样的分期、病理类型或治疗方式下,其疗效及预后可能存在巨大的差异。目前对于局部晚期非小细胞肺癌最先进的治疗方式是同步放化疗。在根治性治疗早期观察疗效有助于制定最佳的个体化治疗方案。本研究观察肿瘤代谢异质性在放化疗期间的早期变化及其对局部晚期非小细胞肺癌的预测价值。方法:从2007年1月至2010年3月,入组58例局部晚期非小细胞肺癌患者。患者在进行同步40Gy放疗联合含铂化疗前后进行两次18F-FDG PET/CT检查。采用全局及局部级别的纹理参数量化肿瘤原发灶18F-FDG摄取异质性,提取SUV直方图参数(变异系数,斜度,峰度,累积SUV直方图下面积),以及标准化灰度共生矩阵参数(对比度,相异性,熵,同质性)。同时评价肿瘤SUVmax及代谢体积。观察各参数的基线水平和治疗中变化,以及其与疗效,无进展生存期(progression-free survival,PFS),和总生存(overall survival,OS)的关系。结果:与无反应者相比,对同步放化疗有反应的患者,其治疗前变异系数、对比度和代谢体积均相对较高(AUC分别为0.781,0.804,0.686)。受试者操作曲线分析显示,相对于基线参数,各纹理参数的治疗早期的变化在预测疗效时具有更高的敏感性(73.2%-92.1%)和特异性(80.0%-83.6%)。AUC-CSH及相异性参数在放化疗期间的变化值在优化的阈值下(分别为33.0%和28.7%)也能有效预测疗效。对比度及AUC-CSH变化值能更好的预测患者5年生存(P=0.008,P=0.034)及无疾病进展生存(P=0.007,P=0.039)。在多因素分析中,只有对比度的变化值是PFS(HR 0.476,P=0.021)及OS(HR 0.519,P=0.015)的独立预测因子。结论:我们的研究表明对于局部晚期非小细胞肺癌患者,放化疗期间全局及局部肿瘤代谢异质性参数可以预测疗效及预后。图像对比度在治疗期间的变化不仅可以区分有反应者和无反应者,也是总生存和无进展生存期的独立预后预测因子。因此,在治疗早期评价肿瘤18F-FDG摄取异质性有助于局部晚期非小细胞肺癌肺癌个体化治疗方案选择。