Farmaceutyk znakowany cząstkami antymaterii lub emiterami promieniowania gamma podaje się pacjentowi, aby ocenić funkcjonowanie tkanek jego organizmu. Uzyskany podczas badania obraz można oceniać wizualnie i jakościowo, ale także za pomocą precyzyjnych obliczeń. Jakie zastosowanie w medycynie nuklearnej ma znany z fizyki wskaźnik SUV – Standard Uptake Value i jak pomaga skuteczniej badać oraz leczyć chorych, wyjaśnia dr hab. Hanna Piwowarska-Bilska, specjalista fizyki medycznej, inspektor ochrony radiologicznej typu 3 i typu R, adiunkt Zakładu Medycyny Nuklearnej PUM w Szczecinie.
SUV czyli Standardized Uptake Value to stosowany w medycynie nuklearnej wskaźnik wychwytu radiofarmaceutyku, obliczony na obrazie PET (positron emission tomography – pozytonowej tomografii emisyjnej) lub SPECT (single-photon emission computed tomography – tomografii emisyjnej pojedynczych fotonów). Obraz PET uzyskiwany jest przy użyciu skanera po podaniu pacjentowi farmaceutyku znakowanego pozytonami – cząstkami antymaterii. Obraz SPECT uzyskiwany jest gamma kamerą po podaniu pacjentowi farmaceutyku znakowanego emiterami promieniowania gamma. SUV jest stosunkiem stężenia radioaktywności obliczonej dla wybranej objętości tkanek na ich obrazie trójwymiarowym do stężenia radioaktywności podanej pacjentowi.
Ogólna definicja SUV odzwierciedla bezwymiarowy wychwyt radiofarmaceutyku w tkankach przy założeniu, że 1 ml tkanki obrazowanej waży 1 g. Kliniczne programy komputerowe podają SUV w jednostkach g/ml. Pomiary wskaźników SUV dla tkanek zmienionych patologicznie wykonują lekarze przy użyciu odpowiedniej komputerowej aplikacji medycznej podczas analizy obrazów diagnostycznych pacjenta zarejestrowanych gamma kamerą SPECT/CT lub skanerem PET/CT.
Przydatne klinicznie wyniki obliczeń wskaźników SUV można uzyskać jedynie prawidłowo skalibrowanym urządzeniem obrazującym, po ujednoliceniu procedur: przygotowania pacjenta, akwizycji skanów, rekonstrukcji obrazu i ustawień analizy danych. Dla wyznaczenia SUV niezbędna jest znajomość czułości detektora skanera obrazującego oraz dokładny pomiar radioaktywności podanej pacjentowi. Okresowe pomiary czułości detektora, kalibracje i wymienione wyżej standaryzacje powinni wykonywać doświadczeni fizycy medyczni.
Jakie jest zastosowanie wskaźnika SUV w zakresie diagnostyki?
Współczesna medycyna nuklearna to nauka nie tylko jakościowa, ale także ilościowa. Pomiar stężenia zaabsorbowanej radioaktywności w zobrazowanych tkankach może znacząco podnieść poziom informacji diagnostycznej. Ilościowa medycyna nuklearna jest skuteczniejsza diagnostycznie i terapeutycznie aniżeli jakościowa, czyli oparta wyłącznie na wizualnej ocenie scyntygramów. Wizualna analiza obrazów jest subiektywna i niepowtarzalna. Kwantyfikacja obrazów diagnostycznych czyli ilościowe ujmowanie zjawiska ujętego opisowo stanowi istotny element teranostyki – ścisłego połączenia diagnostyki i terapii w celu dobrania indywidualnego leczenia oraz medycyny precyzyjnej – medycyny przyszłości.
W diagnostyce stosuje się szereg odmian wskaźnika SUV. Ogólna definicja SUV przedstawia wystandaryzowaną wartość wychwytu, uwzględniającą wagę pacjenta. Aby uniknąć fałszywie wysokich wartości wskaźnika u pacjentów z dużą wagą, lekarze posługują się wskaźnikiem SUV skorygowanym, tak zwanym SUV lean body mass, uwzględniającym beztłuszczową masę ciała. Część lekarzy stosuje wskaźnik SUV body surface area, który określa wystandaryzowaną wartość wychwytu uwzględniającą powierzchnię ciała pacjenta.
Wartość SUV można obliczyć dla każdego voksela, to jest dla każdego przestrzennego elementu obrazu badanej tkanki. Dla określonego obszaru zainteresowania można wyznaczyć SUVmax – SUV maksymalny oraz SUVmean czyli SUV średni. SUVmax to wskaźnik SUV dla voksela o najwyższej liczbie zliczeń w wybranym obszarze. SUVmean oznacza uśrednioną wartość wskaźnika wyznaczoną na podstawie wartości SUV dla wszystkich vokseli w obrysowanym obszarze.
Jakie znaczenie dla procesu diagnostyczno-terapeutycznego mają obliczone wartości SUV?
Mówiąc najogólniej, wartości liczbowe SUV informują lekarza o tym, czy gromadzenie radiofarmaceutyku w danej tkance jest patologiczne czy prawidłowe. Najczęściej przyjmuje się, że zdrowa tkanka posiada SUV równy 1. Wyższy SUV może oznaczać zmiany patologiczne w tkance. Należy jednak pamiętać, iż niektóre tkanki wykazują naturalnie wysoki wskaźnik SUV po podaniu określonego radiofarmaceutyku. Na wartość wskaźnika SUV wpływa szereg czynników fizjologicznych, technicznych oraz fizycznych. Bezsprzecznie jednak wartości SUV wymagają międzyośrodkowej standaryzacji. Aktualnie nie są to wartości absolutne, a metodę oznaczania SUV określa się niekiedy jako metodę półilościową.
Wskaźnik SUVmax jest bardzo popularny w rutynowych zastosowaniach klinicznych, gdyż nie wymaga starannej segmentacji (obrysowywania) regionu zainteresowania. Należy jednak pamiętać, że wartość SUVmax silnie zależy od poziomu szumu w obrazie. Dla obrazów pochodzących z tego samego skanu, lecz zrekonstruowanych różnymi technikami wyniki SUVmax w identycznej lokalizacji mogą różnić się nawet o 30 proc.! Aby wartość SUV mogła służyć jako absolutny wskaźnik danego schorzenia, należy dokładnie określić metodę jego pomiaru i zapewnić jej powtarzalność. Do najcenniejszych publikacji klinicznych podających wyniki pomiaru SUV należą te, w których szczegółowo opisano technikę akwizycji i rekonstrukcji obrazów.
Jaki jest dziś stan standaryzacji w zakresie tej metody oceny badań z wykorzystaniem radiofarmaceutyków?
Harmonizacja i standaryzacja wyników badań ilościowych została z powodzeniem wdrożona w technice obrazowania PET/CT (pozytonowa tomografia emisyjna/tomografia komputerowa). Od początku swojego istnienia ta metoda diagnostyczna była uznawana za ilościową, a bezwzględna kwantyfikacja była nadrzędnym celem rozwoju technologii PET. Zmienność metodologii w różnych ośrodkach uniemożliwiała jednak płynną wymianę danych dotyczących wartości klinicznych SUV. W 2006 roku Europejskie Towarzystwo Medycyny Nuklearnej (The European Association of Nuclear Medicine, EANM) uruchomiło EARL – EANM Research Ltd. Program – wieloośrodkowy program standaryzacji i harmonizacji oraz akredytacji skanerów PET/CT. Program ten został opracowany w celu ułatwienia porównań ilościowych parametrów PET w badaniach wieloośrodkowych lub w ośrodkach medycznych wyposażonych w kilka systemów PET. Standaryzacja obejmuje ujednolicenie procedur przygotowania pacjenta, akwizycji skanów, rekonstrukcji obrazu i ustawień analizy danych. Normy harmonizujące opierają się na precyzyjnej kalibracji skanerów PET. Aby uzyskać i utrzymać akredytację EARL ośrodki PET muszą wykonać i przesłać dwa skany odpowiednich fantomów w celu kontroli jakości kalibracji oraz kontroli jakości obrazów.
Standaryzacja ilościowych wyników PET jest również wykonywana przez komisje i grupę roboczą powołaną przez Amerykańskie Towarzystwo Medycyny Nuklearnej i Obrazowania Molekularnego (The Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, SNMMI) oraz Towarzystwo Radiologiczne Ameryki Północnej (The Radiological Society of North America, RSNA). Wyniki zintegrowanych prac międzynarodowych zespołów ekspertów stanowią wytyczne do wykonywania, interpretacji i raportowania wyników badań PET/CT. Dzięki standaryzacji i akredytacji technik PET bezwzględne wskaźniki SUV PET mogą być wykorzystywane do planowania radioterapii, monitorowania leczenia, a także jako prognostyk – do przewidywania całkowitego przeżycia pacjenta.
Obecnie ustandaryzowana kwantyfikacja obrazów scyntygraficznych dotyczy przede wszystkim pozytonowej tomografii emisyjnej (PET). Obrazowanie metodą PET charakteryzuje wyższa rozdzielczość i czułość aniżeli obrazowanie metodą pojedynczego fotonu SPECT. Podejmowane są jednak coraz większe wysiłki nad wdrożeniem kwantyfikacji obrazów z zakresu klasycznej medycyny nuklearnej – obrazów SPECT – do rutynowej praktyki klinicznej. Wcześniejsze założenie, że technika SPECT jest z natury nieilościowa, dotyczyło starszej generacji niehybrydowych gamma kamer. Pojawienie się iteracyjnych metod rekonstrukcji obrazów w oprogramowaniu gamma kamer, a także dostępność aparatów hybrydowych SPECT/CT podniosło potencjał klasycznej medycyny nuklearnej. Gamma kamery SPECT/CT najnowszej generacji przystosowane są obecnie do rejestracji obrazów 3D, które mogą zostać poddane dokładnej analizie ilościowej.
Europejskie Towarzystwo Medycyny Nuklearnej pracuje obecnie nad pilotażowym badaniem międzyośrodkowej harmonizacji badań SPECT/CT. Zgodnie z wzorcem PET, podstawą uzyskania bezwzględnej kwantyfikacji SPECT/CT powinna być harmonizacja procedur kalibracji kamer gamma, parametrów akwizycji, przetwarzania i analizy obrazu. Uważam, że uruchomienie programu standaryzacji ilościowej SPECT istotnie zwiększyłoby znaczenie kliniczne tej techniki obrazowania diagnostycznego.
Czy metody oceny badań w medycynie nuklearnej z uwzględnieniem wartości liczbowych wskaźnika SUV będą miały szersze zastosowanie?
100 lat temu fizyk brytyjski lord William Thomson Kelvin powiedział: „Kiedy możesz zmierzyć to, o czym mówisz i wyrazić to liczbą – coś o tym wiesz. Kiedy jednak nie możesz tego zmierzyć, twoja wiedza jest skromna i niezadowalająca”. Absolutna kwantyfikacja SUV w systemach PET/CT i SPECT/CT jest możliwa i powinna stać się rutyną kliniczną. Oznaczenia ilościowe w medycynie nuklearnej ułatwiają ocenę diagnostyczną obrazów i monitorowanie procesów klinicznych.
Trzeba jednak odnotować, że pomiar SUVmax chociaż prosty i niezależny od obserwatora, posiada jednak kilka istotnych wad. SUVmax nie reprezentuje wartości aktywności metabolicznej całego guza, ponieważ jego wartość dotyczy wyłącznie jednego voksela. Istotną wadą jest jego silna zależność od metody rekonstrukcji przekrojów, a co za tym idzie, od poziomu szumu w obrazie SPECT. Z uwagi na problemy ze standaryzacją SUVmax, wprowadzono inny wskaźnik, tak zwany SUVpeak. SUVpeak jest średnią wartością SUV w małym, zwartym obszarze zainteresowania. Ponieważ obszar zainteresowania dla SUVpeak obejmuje kilka vokseli, jego czułość na poziom szumu w obrazie jest niższa aniżeli dla SUVmax. Główną wadą SUVpeak jest to, że związany z nim objętościowy region zainteresowania (VOI – Volume of Interest) w obrazie nie został jeszcze jednoznacznie zdefiniowany. Z jednej strony, VOIpeak powinien być wystarczająco duży, aby zapobiec między innymi wpływowi szumu na wartość SUVpeak, a drugiej strony VOIpeak nie powinien być zbyt duży, aby uniknąć włączenia vokseli poza guzem. Standardowa definicja SUVpeak zaleca wybór sfery o objętości 1 cm3.
Użytecznym wskaźnikiem do oceny aktywności zmiany patologicznej na obrazie jest metaboliczna objętość guza (Meatablic Tumor Volume, MTV). Aplikacje medyczne służące do wyznaczania wystandaryzowanej wartości wychwytu radiofarmaceutyku podają objętość segmentowanej zmiany w mililitrach. Kolejnym wskaźnikiem jest całkowita glikoliza zmiany patologicznej (Total Lesion Glycolysis, TLG). TLG jest definiowane jako iloczyn SUVmean oraz MTV. Koncepcja scyntygraficznych wskaźników klinicznych MTV i TLG została wprowadzona już w 1999 roku. Od tego czasu wskaźniki MTV i TLG zostały poddane szczegółowej ocenie, która wykazała ich wysoką (wyższą niż SUVmax) przydatność do oceny metabolicznej aktywności guzów. Wciąż jednak parametry wolumetryczne MTV i TLG nie są włączone do standardowej praktyki klinicznej. Dzieje się tak, ponieważ objętościowe pomiary PET/CT i SPECT/CT wymagają dokładnej segmentacji zmian, w przeciwieństwie do SUVmax. Jak dotąd nie ustalono optymalnej techniki segmentacji do pomiaru MTV i TLG.
Reasumując, kwantyfikacja obrazów z zakresu medycyny nuklearnej jest ważnym elementem rozwoju medycyny spersonalizowanej. Poprawna kwantyfikacja obrazów PET i SPECT powinna być poprzedzona rzetelną kalibracją skanerów, optymalizacją i standaryzacją protokołów akwizycyjnych oraz technik rekonstrukcji i analizy zarejestrowanych obrazów. Stopień wiarygodności klinicznej badań ilościowych w medycynie nuklearnej będzie rósł wraz z liczbą doświadczonych specjalistów fizyki medycznej zatrudnionych w szpitalach.
Prof. J. Kunikowska: W medycynie nuklearnej jest coraz więcej nowych celowanych procedur
Prof. Bogdan Małkowski: Medycyna nuklearna pozwala lepiej rozumieć i leczyć chłoniaki
Źródło: materiały prasowe
