中国辐射卫生  2021, Vol. 30 Issue (6): 757-761  DOI: 10.13491/j.issn.1004-714X.2021.06.019

引用本文 

丁宁, 王凤, 李瑞东, 张晓乙, 张孔源. PET/CT多模态三维数字化导航技术在肺结节中的应用[J]. 中国辐射卫生, 2021, 30(6): 757-761. DOI: 10.13491/j.issn.1004-714X.2021.06.019.
DING Ning, WANG Feng, LI Ruidong, ZHANG Kongyuan, ZHANG Xiaoyi. Application of multi-modal 3D digital navigation combined with PET/CT in pulmonary nodules[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2021, 30(6): 757-761. DOI: 10.13491/j.issn.1004-714X.2021.06.019.

基金项目

潍坊市科技发展计划 2020YX001 数字化手术导航系统在肺小结节介入精准诊疗中的应用研究

通讯作者

张孔源,E-mail:zhangkongyuan@163.com

文章历史

收稿日期:2021-07-13
PET/CT多模态三维数字化导航技术在肺结节中的应用
丁宁 1, 王凤 1, 李瑞东 1, 张晓乙 2, 张孔源 2     
1. 潍坊医学院,山东 潍坊 261053;
2. 潍坊市人民医院,山东 潍坊 261041
摘要目的 探讨PET/CT三维数字化导航技术在肺结节穿刺活检中的应用价值。方法 收集2020年6月—2021年5月来潍坊市人民医院就诊,经临床及螺旋CT平扫、增强难以确诊,并在1周内做过PET/CT检查的70例有可比性的胸部结节患者作为研究对象。按照主要非处理因素将70例患者分组,即按照肺结节大小相近(直径差值 < 0.2 cm)、病变部位两两配对,每对编号1、2,共35对,随机分为多模态数字化导航组和传统手术组。记录2组穿刺结果,比较2组患者穿刺的诊断准确率、穿刺一次成功率、穿刺并发症发生率、穿刺次数及活检次数。结果 多模态数字化导航组与传统手术组的诊断准确率分别为97.1%、80%,P = 0.018;穿刺一次成功率分别为71.4%、42.8%,P = 0.016;穿刺并发症发生率分别为14.3%、42.8%,P = 0.008;穿刺次数分别为1(1,2)、2(2,3),P < 0.001;活检次数分别为1(1,2),2(1,2),P = 0.039;差异均有统计学意义。结论 PET/CT多模态数字化导航技术不仅操作精准、安全、可靠,而且具有重要的临床应用价值。
关键词三维数字化导航技术    多模态成像    肺结节    PET/CT引导    穿刺活检    
Application of multi-modal 3D digital navigation combined with PET/CT in pulmonary nodules
DING Ning 1, WANG Feng 1, LI Ruidong 1, ZHANG Kongyuan 2, ZHANG Xiaoyi 2     
1. Weifang Medical College, Weifang 261053 China;
2. Weifang People's Hospital, Weifang 261041 China
Abstract: Objective To explore the application of three-dimensional digital navigation combined with PET/CT in needle biopsy of pulmonary nodules. Methods A total of 70 patients with comparable chest nodules were enrolled as study subjects; these subjects visited Weifang People’s Hospital from June 2020 to May 2021 and were difficult to diagnose based on clinical manifestations and plain and contrast-enhanced spiral CT scans; meanwhile,the subjects had undergone a PET/CT examination within 1 week. The 70 patients were grouped according to primary non-treatment factors, i.e., the lesions were paired if the pulmonary nodules were of similar sizes (diameter difference < 0.2 cm), with each lesion in a pair numbered 1 and 2, respectively, resulting in a total of 35 pairs; the patients were then randomly divided into multi-modal digital navigation group and traditional operation group. The puncture results of the two groups were recorded, and the two groups were compared for diagnostic accuracy of puncture, first-attempt success rate of puncture, incidence of puncture-related complications, number of punctures, and number of biopsies. Results The multi-modal digital navigation group and the traditional operation group had diagnostic accuracy rates of 97.1% and 80% (P = 0.018), respectively; first-attempt success rates of puncture of 71.4% and 42.8% (P = 0.016), respectively; incidence rates of puncture-related complications of 14.3% and 42.8% (P = 0.008), respectively; numbers of punctures of 1(1,2) and 2(2,3) (P < 0.001), respectively; and numbers of biopsies of 1 (1,2) and 2(1,2) ( P = 0.039), respectively; a difference with P < 0.05 was considered significant for all the above indices. Conclusion Multi-modal digital navigation combined with PET/CT is not only very accurate, safe, and reliable, but is also of great significance in clinical application.
Key words: Three-dimensional Digital Navigation    Multi-Modal Imaging    Pulmonary Nodule    PET/CT-guided    Needle Biopsy    

目前,肺癌是近年来全球范围内发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一[1-2]。孤立性肺结节 (Solitary Pulmonary Nodule, SPN) 是指肺实质内一个圆形或者椭圆形、最大直径 < 30 mm的肺部结节病变 [3-5]。据统计绝大部分SPN无明显的临床症状,而在被切除的肺结节中恶性结节占比约60%~80%[6]。因此,肺结节的早期诊断尤为重要,目前肺部结节的定性主要是通过CT引导下经皮经肺穿刺活检技术,但国内大多数医院采用徒手操作,CT横断面图像定位,存在着定位不准确、穿刺路径把控不精准、无法实时监控、穿刺取材不全面等问题,实施效果极大程度上受术者操作熟练度的影响。同时部分结节内部成份复杂,穿刺时通过CT横断面定位难以准确穿刺靶点,有时甚至在取材点穿刺不到肿瘤组织,需反复活检。正电子发射型计算机体层成像(PET/CT)在提供病灶解剖形态的同时,可显示生物代谢情况[7],通过后处理技术将患者之前检查的PET图像与穿刺定位时扫描的CT图像点对点进行融合,可以获取肺结节中代谢最高点从而确定穿刺靶点。同时应用三维数字化导航技术,术前规划穿刺路径、术中实施调整,完善传统手术的不足之处。本研究将PET/CT技术与三维数字化导航技术相结合,精确穿刺靶点及穿刺路线,提高肺结节穿刺的精准度。

1 材料与方法 1.1 研究对象

收集2020年6月—2021年5月间来潍坊市人民医院就诊,经临床及螺旋CT平扫、增强难以确诊并在1周内做过PET/CT检查的70例有可比性的胸部结节患者作为研究对象。其中男性41例,女性29例,年龄为31~62岁,平均年龄为(43.24 ± 10.12)岁。病灶直径13.1~21.3 mm,平均(16.2 ± 4.3) mm。

按照主要非处理因素配对将70例患者分组,即按照肺结节大小相近(直径差值 < 0.2 cm)、病变部位两两配对,每对编号1、2,共35对,随机分为多模态数字化导航组和传统手术组。记录2组穿刺结果,并进行对比分析。患者及家属均知情并签署协议书,本文经医院伦理委员会批准通过。

1.2 设备资料

德国西门子公司Somatom Definition 64层螺旋CT;全身PET/CT 扫描仪(Biograph TruePoint,Siemens);多平面重建软件;栅格定位器;三维数字化导航技术;采用GCO 17G同轴活检针,TZ 18G全自动活检枪(意大利GALLINI公司)。

1.3 技术方案 1.3.1 多模态数字化导航组

35例患者在PET/CT检查之后一周内行穿刺活检手术。将CT定位图像传输至工作站并与PET图像进行异机融合,根据病灶的部位及病灶对FDG摄取程度综合分析后确定穿刺靶点,记录靶点的位置。体表置定位栅并再次进行CT扫描,根据靶点的位置选定最佳活检层面,在此层面上进行多平面重建,以横断位为基准,通过旋转矢状位及冠状位避开大血管及肋骨,选取最佳穿刺路径,获取穿刺角度及深度。将所得数据通过三维数字化导航技术进行肺结节定位,术中根据导航所示实时角度调整进针方向,直至穿刺至靶点(图12)。

图 1 1A标准MPR图像;1B术前路径规划;1C术后穿刺路径检验 Figure 1 1A Standard MPR images; 1B Preoperative path planning; 1C Postoperative puncture path verification

图 2 2A第一次术前未结合PET/CT图像,选取材点代谢率不高,未取得肿瘤成份;2B第二次术前结合PET/CT分析,选取代谢较高层面,术后病理示肺鳞癌 Figure 2 2A PET/CT images were not considered before the first operation, the sampling sites had a low metabolicrate, and no tumor components were obtained; 2B PET/CT was included in the analysis before the second operation, layers with a high metabolic rate were selected, and postoperative pathology showed lung squamous cell carcinoma
1.3.2 传统手术组

术者依据CT定位图像选择患者体位,体表置栅格定位器。根据平扫横断面图像确定穿刺目标点、进针方向及深度,依据术者的经验,徒手进行穿刺,反复调整进针方向,当穿刺针尖顺利到达肺结节,则进行活检取材。

1.4 观察指标

2组患者穿刺的病理结果、诊断准确率、穿刺一次成功率、穿刺并发症(出血、气胸)发生率、穿刺次数及活检次数。

1.5 统计学方法

应用SPSS22.0统计软件,计数资料用率表示,计量资料进行正态性检验,符合正态分布用 $\bar x \pm s $ 表示,如不符合正态分布,则采用中位数或四分位数间距MP25,P75)表示。计数资料采用卡方检验或Fisher精确概率法检验,计量资料应用t检验或非参数秩和检验进行比较,检验水准α = 0.05。

2 结 果 2.1 病理结果

表1

表 1 2组病理结果 Table 1 Pathological results of the two groups
2.2 诊断准确率、一次性成功率、并发症发生率

多模态数字化导航组与传统手术组的诊断准确率、一次性成功率、并发症发生率比较,差异有统计学意义(P值分别为0.018、0.016、0.008 < 0.05)( 表2)。

表 2 2组诊断准确率、并发症发生率、穿刺一次成功率比较 Table 2 Comparison of diagnostic accuracy, incidence of complications, and first-attempt success rate of puncture between the two groups
2.3 穿刺次数、活检次数

多模态数字化导航组与传统手术组的穿刺次数、活检次数比较,差异有统计学意义(P值 < 0.05)( 表3)。

表 3 2组穿刺次数、活检次数比较 Table 3 Comparison of number of punctures and number of biopsies between the two groups
3 讨 论

据统计肺癌2018年全球新增癌症患者1 810万并有960万人因癌死亡[8],占全球死亡人数的18%[9]。与此同时,肺癌患者与其它癌症患者相比也有着更低的生存率,这是因为大部分早期肺癌患者临床症状不明显,发现时已是晚期,甚至已经发生了转移,失去手术治疗的机会。肺癌早期表现为多为孤立性肺结节,而经临床检验大部分切除的SPN恶性率较高[10],由此可见对于肺癌患者来说早发现早诊断是治疗的关键。

3.1 传统肺结节穿刺活检方法的局限性

传统肺结节穿刺活检由术者通过术前预扫的胸部CT横断面图像,大致规划穿刺路径,术者在边进针边扫描的过程中不断纠正进针路径,在数次调整后最终达到肺结节位置进行活检。以上步骤存在几个难以规避的问题:首先部分肺结节由于直径较大难以确定穿刺靶点,临床上为了提高穿刺准确率,多采用多点多次取材来保证取材的全面性,该方法既易漏检又增加了活检次数和并发症的发生率。其次传统肺结节穿刺活检方法术者在术前仅依靠横断面定位,缺少三维角度多平面分析,部分结节受骨骼或重要脏器的遮挡,难以进针。同时术者在术中多依据经验进行手术操作,缺乏穿刺路径的系统分析设计,手术的难度和盲目性较高,并且无法实时监控,缺乏术中路径的实时检验,使得传统方法在肺结节穿刺过程中的一次性成功率、诊断准确率较低,而并发症发生率、穿刺次数和活检次数较高。

3.2 PET/CT多模态手术导航技术引导肺结节精准穿刺活检的优势

当肺结节直径较大时,特别是在直径2~3 cm时,结节内的成份较复杂难以确定靶点,临床上常采用多点取材的方式,而该方法无法确定肺结节中真正的“有效”成份,因此漏检率较高。PET/CT技术能通过一种具有一定放射活性的葡萄糖类似物18F-FDG作为显像剂,利用肿瘤细胞具有能更多摄取FDG物质的特点,可以在PET/CT图像中发现代谢异常增高的结节,选取结节中代谢摄率取相对较高的部位,说明该部位对葡萄糖消耗率高于其他位置,标准摄取值(Standard Uptake Value,SUV)为PET/CT常用的半定量指标[11],目前多以SUV值> 2.5为肺癌诊断分界点,以SUV值 ≥ 2.5作为标准[12],HOU等[13]发现结合18F-FDG PET/CT和HRCT成像,发现肺结节SUVmax值越高,恶性风险越大,因此将其作为靶点即可提取到该结节的主要成分。

胸部薄层CT扫描能准确显示SPN解剖细节[14], 异机融合PET/CT较融合前可提高图像的分辨率[15]。目前国内各大医院临床应用的PET/CT,其CT部分大都在64排以上,后处理功能强大,具有三维定位与导航肺部结节穿刺活检的能力。

同时应用三维数字化导航技术,通过MPR技术进行多平面路径规划,在冠状位、矢状位、横断位对结节及周围的情况进行分析,在术前精准规划了穿刺路径,避免了对大血管及重要脏器的损伤,减少了穿刺次数。除此之外,在术中三维数字化导航技术实时显示进针角度,把传统手术的盲目性变为可视性,一定程度上减少了扫描次数。PET/CT多模态手术导航技术将三维数字化导航技术与PET/CT技术联合应用,不仅能准确定位肿瘤的高代谢部位作为活检目标点,还能实时显示手术路径的三维空间角度导航手术过程。与传统手术组相比,PET/CT多模态组既能准确把控活检点,也能精准导航穿刺路径,提高了诊断准确率和穿刺一次性成功率,减少了肺内出血、气胸等穿刺并发症的发生(P < 0.05)。

综上所述,PET/CT多模态数字化导航技术使手术实际操作精准、安全、可靠,明显减少了穿刺次数与活检次数,从而降低了对患者和术者的术中受照剂量、减少了并发症的发生率,因此本研究不仅完善了传统穿刺方法,而且具有重要的临床应用价值。

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