乳腺癌的分子成像:从全身PET/CT到乳腺专用PET

抽象

使用18F-fluorodeoxyglucose (FDG)的正电子发射断层摄影(PET)，无论是否集成计算机断层摄影(CT)，基于恶性肿瘤葡萄糖代谢升高的原理，在乳腺癌患者中的应用正被频繁地研究。它已被证明对原发和复发疾病的分类、分期和反应监测都是有用的。然而，由于大部分全身PET扫描仪的部分体积效应和有限的分辨率，对小肿瘤的可视化灵敏度普遍较低。为了提高FDG PET对乳腺原发肿瘤的检测和定量，已经开发了几种专用的乳腺PET设备。在这篇非系统性的综述中，我们简要地总结了全身PET/CT在乳腺癌中的价值，并概述了目前可用的专用乳房宠物。

1.介绍

乳腺癌是世界各地最常见的癌症类型的女性。在美国，则有望占所有癌症新病例中女性29％（226870）在2012年[1]。美国乳腺癌发病率在上世纪70年代和80年代有所上升，主要是由于早期发现的改善，之后在过去十年中相对稳定[2]。总体癌症死亡率自1991年以来一直在下降(男性23%，女性15%)，其中乳腺癌占女性死亡率下降的34%。这一减少主要反映了早期发现和/或治疗的改善[3];乳腺癌筛查方案已经推出和完善，多种成像模式已被开发和改良，和患者定制/靶向治疗已经出台和扩大。

乳腺X线摄影，超声（US）和磁共振成像（MRI）被用作了好几年的诊断工具。最近，肿瘤检测的分子成像技术都获得了利益。正电子发射断层扫描（PET），具有或不具有集成的计算机断层扫描（CT），使用18 F-氟代脱氧葡萄糖（FDG），是基于在恶性肿瘤中增加的葡萄糖代谢的原则，并已在乳腺癌经常研究。它已被证明是用于局部区域和遥远分期有价值在原发和复发性乳腺癌[4-9]。基于预后特征与原发肿瘤FDG摄取程度的相关性[10，11以及PET/CT在新辅助化疗期间反应监测的前景[12，代谢活动的最佳量化是可取的。然而，传统PET/CT对乳腺原发肿瘤的显示仍存在不确定性，主要原因是对小(cT1)乳腺癌的敏感性较低[13，14]。这些问题导致了高分辨率的专用乳腺PET方式，其中一些已被研究的发展。

在这种非系统性综述中，我们简单总结一下全身PET / CT在乳腺癌患者中的价值，同时报告它的局限性，这一直是专用乳房宠物的发展奠定了基础。此后，我们描述了专用乳房宠物的附加值，比较4目前已经上市，在体内评估专用乳房宠物，乳腺和患者的定位细分。特别重点将放在与分子成像（MAMMI）PET，最近开发的高分辨率乳房专用PET挂乳腺分子成像乳房X光检查。最后，我们讨论了可能的临床实施专用乳腺PET的。

2.全身18F-FDG PET和PET / CT

18F-FDG PET和PET / CT的乳腺癌患者的值已被广泛地研究。它可用于检测和原发性肿瘤的可视化。一些研究表明，在不利的预后特征的肿瘤表现出更高程度的FDG摄取[10，11，但是，由于大多数全身扫描仪的分辨率有限，病人的定位不够理想，以及部分体积效应，人们发现对小原发肿瘤(cT1)的可视化敏感性较低[13-15]。然而，最佳的病人定位和重建方案可能改善原发性肿瘤的可视化。在我院，我们对患者俯卧，双臂举过头顶，乳房悬吊，胸部进行详细扫描，进行脑区评估，图像重建为2×2×2 mm体素。这种方法提供了乳房和淋巴结的高分辨率图像，没有组织压缩，并改善了肿瘤的轮廓，减少了呼吸伪影[16]。此外，它还可以与MRI进行图像比较。

在乳腺癌不仅原发性肿瘤的可视化，而且局部区域和遥远分期的诊断检查是很重要的。PET / CT的检测腋窝淋巴结转移的精确度主要研究了在早期乳腺癌;虽然灵敏度为次优的，特异性和阳性预测值一致地报道为高，为前哨淋巴结过程的遗漏的理由，并允许立即腋窝淋巴结清扫在FDG-狂热腋淋巴结的情况下[8]。此外，PET/CT已被证明在检测早期II期和III期乳腺癌的腋窝外淋巴结转移和远处转移方面优于常规成像技术[6，9]。PET / CT的如在早期乳腺癌分段设备的产率是相对低的，这主要是因为远处转移的发生率较低的患者[该特定组14，15]。在乳腺癌复发患者中，一些国际指南建议使用FDG PET或PET/CT来显示复发和发现转移[17，18]。在图1的例子，原发肿瘤，淋巴结转移，和远处转移，以传统的全身PET/CT显示。

3.专用乳房PET显像

虽然几篇论文建议在初级阶段II-III局部区域和遥远分期或复发性乳腺癌进行PET / CT，不建议用于检测或原发肿瘤的可视化的几个原因其使用。First, the spatial resolution full width at half maximum (FWHM) of most whole-body scanners is limited to approximately 5 mm. Second, the partial volume effect limits precise imaging and quantification of small tumors. Further, most scans are performed in supine position, which is suboptimal because of tissue compression and blurring of the signal due to the breathing motion [16]。此外，光子从光源到检测器的路径很长，涉及到整个胸腔的结构，导致光子被吸收或散射的可能性增加，以及由于衰减和对比度降低而造成的信号损失。

尽管PET和PET/CT对原发肿瘤的显示存在局限性，但使用FDG PET对肿瘤的准确显示和代谢活性的定量的需求越来越高;PET或PET/CT可用于乳腺致密组织的患者，在此情况下，美国的乳房x线摄影和MRI的准确性不高[19，20.]。此外，多项研究已经报道了FDG摄取程度与组织学亚型、受体状态和预后之间的相关性，这提示了肿瘤特征的可能[10，11]。最后，在新辅助化疗期间使用PET和PET/CT进行反应监测已被证明是有前途的，无论是基线时的FDG摄取程度，还是两次扫描之间FDG摄取的相对减少，都可以提供有关病理反应成就的信息[12，21，从而强调FDG摄入的精确定量。

在可视化和使用全身PET / CT扫描仪时定量原发性肿瘤与PET或PET / CT和当前经验的障碍和不准确性的增加的兴趣已导致专用乳房PET装置的开发。高分辨率，小体素尺寸和短途径从肿瘤到检测器可改善肿瘤检测和定量。此外，PET引导活检可以变得容易，使得能够从肿瘤中最增殖部分的活组织检查（在该位置处与FDG摄取的最高程度[22)，特别是在具有异质性FDG摄取模式的肿瘤或其他隐匿性肿瘤中[23，24]。专用乳腺PET可根据乳房和患者的定位进行分类，可采用直立位压胸(PEM)或俯卧位挂胸不压胸(PEM/PET、专用乳腺PET/CT、MAMMI PET)。

4.专用乳房PET：压缩

4.1。正电子发射X线摄影（PEM）

对于乳房的压缩正电子发射断层几种解决方案目前已经上市。正电子发射X线摄影（PEM）系统（Naviscan，圣地亚哥，USA）已被研究最广泛。汤普森等人。有报道其可行性于1994年，第一临床结果此后不久后跟[25-27]。MacDonald等。在2009年[呈现在第二原型（PEM的Flex独奏II）28]。该系统由两个平面检测器，其被集成在现有的乳房X线照相装置中，提高PEM和乳房X射线摄影图像的比较的。In recent studies 301-472 MBq of 18F-FDG is injected intravenously and images are acquired after a resting period of approximately 60 minutes [29-33]。PEM在图像采集过程中使用乳房压缩，平均每个乳房需要10-20分钟。分辨率2.4 mm (FWHM)，最大视场(FOV)为24×16.4 cm。多项临床试验表明，乳腺癌的检测具有较高的敏感性、特异性和准确性。与传统的全身PET/CT扫描仪相比，PEM具有更高的灵敏度，这主要是由于改进了对小肿瘤的检测[33]。此外，PEM和磁共振成像(MRI)在检测原发肿瘤方面具有相当的准确性，在术前规划方面具有类似的有效性[29，30.]。此外，PEM和MRI似乎同样有效的新诊断乳腺癌筛查的女性的对侧乳腺[32]。最后，一项初步研究显示，PEM引导下穿刺活检可能是安全和有效的[34];该手术没有引起不良事件，但是只有54%的活检诊断为浸润性癌症，而33%的活检最终发现是良性的。虽然没有与立体定向活检或在US或MRI指导下获得的活检进行比较，在这些方面已经获得了更多的经验，但宠物引导下的活检可能对某些病例有用。

也应该承认PEM的一些缺点。首先，由于乳房受到挤压，靠近胸肌(后位)的病灶更容易被漏诊[26，28，35，36]。另外，由于在FOV的边缘或不完整的病灶可视化，酶活性在这些肿瘤FDG摄取的量化是不太可靠的。第二，FDG的高剂量一般使用，这可能会与在辐射诱发癌症的风险较高[37，38]。第三，受影响的乳房的压缩是不愉快的或痛苦的，并且更重要的是，阻碍了与MRI获得的图像进行比较。

5.专用乳房PET：挂在乳房卧姿

5.1。PEM /宠物

2008年Raylman等。描述的PEM / PET（正电子发射乳腺摄影/断层扫描）[的设计和建造39]。It consists of two sets of rotating planar detector heads, generating 3D reconstructed images with a FOV of 15 × 15 × 15 mm³分辨率为1.84-2.04 mm。该装置包括活检系统。5例已知乳腺癌患者的首次临床评估结果良好，但在临床实施前显然需要进一步评估[40]。

5.2。专用乳腺PET / CT

2009年，Wu等、Bowen等引入了专用乳腺PET/CT [41，42]。患者被扫描在单个乳房的插入之后俯卧位到表格中的开口。扫描仪通过旋转二PET探测器，CT探测器，并在冠状面内的X射线管围绕单个乳房获取乳房的充分的断层图像。First clinical evaluation, using 170-477 MBq of FDG and an imaging time of 12.5 min per breast, showed promising results [42]。然而，加入一CT的似乎值得商榷因为CT单独具有在乳房成像精度低，没有CT的相对简单的PET重建模型可以用来以及（使用软组织的理论衰减和乳房的解剖简单作为均匀质量），以及因为它导致增加的辐射和相应的辐射诱发的癌症的风险。

5.3。MAMMI PET

最近，欧洲项目开发了一种高分辨率乳腺PET -分子成像(MAMMI) PET，用于悬挂乳腺分子成像[43]。患者以俯卧位进行扫描，不压迫乳房。通过工作台上的一个开口，在探测器环中放置一个单悬胸，探测器环由12个十二角形探测器模块组成，扫描孔径为186mm。轴向FOV(乳房宽度)为170毫米，冠状FOV(乳房长度，从胸肌到乳头)通过检测臂的精确运动可延伸到170毫米，环从检测臂延伸出来。空间分辨率(FWHM)从FOV中心的1.6毫米到边缘的2.7毫米，体素大小为1毫米³。图像重建在三维使用最大似然期望最大化算法，包括衰减校正通过图像分割和使用12次迭代。使用CT进行衰减校正或解剖定位是不必要的，从而防止额外的辐射和增加辐射诱发癌症的风险。

首个临床验证研究对32例II-III期乳腺癌患者进行了MAMMI PET与MRI及常规PET/CT的比较[44]。在使用第一个原型的试验研究中，在常规的全身PET/CT之后立即进行了一个MAMMI PET。注射170-240 MBq FDG约110分钟后，使用MAMMI PET显示97%的肿瘤，包括靠近胸肌的病灶。全身PET/CT和MAMMI PET对FDG摄取的一致性很高，但使用MAMMI PET评估的SUVmax在所有患者中始终较高(平均比率为2.7)。

目前，第二架原型机可用（图2)。除了微小的调整闪烁晶体，技术特征保持不变。对软件、集成定位台和操作方便进行了较大的修改。在目前的研究中，每个乳房的总采集时间为15分钟，与所需帧数无关。活组织检查系统的开发已进入最后阶段，活体组织检查的幻影测试也已列入计划。mammi生成的图像示例如图所示3和4。

6.专用宠物比较

到目前为止，大部分的经验都是通过PEM获得的。然而，与俯卧定位专用pet相比，可获得二维图像，并描述了对靠近胸肌区域的有限访问。乳房压缩有助于与乳房x线摄影进行图像和病灶定位的比较，乳房x线摄影最常用于筛查或初级诊断;俯卧定位所产生的图像可与全身PET/CT和MRI相媲美，后者通常用于疾病的较晚期。对于所有设备，每个乳房的获取时间是可比较的，但是对于MAMMI PET, FDG剂量要低得多。表中列出了专用宠物不同特征的概述1。

7.未来的方向：主要用途和在临床实践可能掺入

当使用乳腺专用PET设备时，由于无法看到乳房外的肿瘤沉积，因此无法对乳腺癌患者进行分期。因此，在使用分子技术对原发病灶进行筛查或更精确成像时，应寻求专用乳房宠物的价值(见表)2)。分子成像在常规成像模式(乳房x线摄影，美国，MRI)的基础上，对于乳房密度非常高的患者，在之前的(保乳)手术后，或者病变看起来很隐蔽(例如，淋巴结转移是其表现症状)，可能会很有价值。此外，如果可以降低所需的FDG剂量，可以使用专用乳房宠物作为筛查工具。此外，它的使用可能对非结结性乳房x线照相术和/或我们的快速鉴别良性或恶性疾病有价值。这些设备的高分辨率和小体素尺寸可以提高对小(cT1)肿瘤的检测，而对这类肿瘤，全身PET/CT的敏感性较低，可以更准确地显示非均匀肿瘤FDG的摄取情况。这在新辅助化疗的反应监测中可能特别有趣，在这方面已有报道有希望的结果。最后，需要进一步研究FDG引导下的活检，确保从FDG摄取程度最高的区域采集组织，最有可能对应于肿瘤最增生的部分。

8.总结

全身PET/CT对原发性和复发性乳腺癌的局部和远处分期都有额外的价值，但对乳房(小)病变的检测灵敏度似乎不理想。与传统的PET/CT相比，专用的乳腺宠物可以提供更准确的乳腺肿瘤分子成像，可能是传统成像方式的一个有价值的补充。目前可用的装置可以根据病人的体位进行分类，使用的是压胸或俯卧挂胸。虽然结果是有希望的，但在将其纳入日常临床实践之前，还需要进行进一步的研究，特别是关于FDG剂量的降低、不确定的乳房x线摄影和/或超声检查的附加价值、使用FDG PET和PET/CT在新辅助化疗期间进行反应监测，以及FDG引导活检的准确性。

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