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肺结核接触者中18F-FDG PET-CT的半自动定量分析及其与前瞻性结局的关联

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DOI：

10.3791/69175

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2026年7月31日

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1Department of Respiratory Sciences, University of Leicester, 2Department of Respiratory Medicine, University Hospitals of Leicester NHS Trust, 3Department of Nuclear Medicine, University Hospitals of Leicester NHS Trust

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

本文介绍了一种利用半自动化、开源软件平台对结核病感染研究中的正电子发射断层扫描-计算机断层扫描（PET-CT）成像方案、图像解读及分析进行标准化的实验方法。该方法可最大限度减少操作者间的差异，并提高不同研究队列间结果的可重复性。

摘要

正电子发射断层扫描-计算机断层扫描（PET-CT）已显示出作为研究工具在表征结核病（TB）感染异质性方面的潜力。该技术的前瞻性应用需要对影像采集方案、图像解读及分析方法进行标准化，以提高不同研究队列间数据的可推广性和可整合性。我们评估了一种使用开源软件的半自动化方法，以尽量减少操作者间图像解读的差异，并采用参考器官归一化以降低生理摄取的变异性。

我们对一项前瞻性观察性研究中入组的11名干扰素-γ释放试验（IGRA）阳性的结核病接触者进行了胸内淋巴结（ITLN）的18F-氟脱氧葡萄糖（FDG）摄取定量分析，其中包括8名接受系列PET-CT扫描的接触者。影像分析采用3D Slicer进行，该平台是一个开源的医学影像分析工具，专为生物医学和临床研究设计，具备半自动分割和肝脏自动定量功能。提取的数据包括ITLN的最大标准化摄取值（SUVmax）、平均标准化摄取值（SUVmean）、代谢体积（MV）、病灶总糖酵解（TLG）以及肝脏的SUVmean。我们将该方法的性能与临床软件进行了比较，两种情况下均评估了是否以肝脏摄取值作为生理参考进行标准化，并评估了操作者间的变异性。随后，我们分析了多种定量PET指标与肺结核接触者前瞻性结局之间的关联。

我们发现开源图像评估平台与临床图像评估平台之间具有高度一致性。半自动化的PET定量分析可降低操作者间的变异，而以参考器官进行标准化可提高影像分析的敏感性。具体而言，我们报告了初步研究结果：在早期感染阶段，连续PET-CT显示代谢活性升高，与FDG摄取解剖部位可检测到Mycobacterium tuberculosis（Mtb）相关，符合感染的进展表型。

引言

结核病（TB）是由结核分枝杆菌复合群细菌引起的传染病 结核分枝杆菌 复合群（MTBC），与 结核分枝杆菌 （Mtb）是最常见的病原体。结核病在2024年仍对全球健康构成重大负担，影响约1070万人。1同年，全球约有123万人死于该疾病，其中包括15万名艾滋病病毒感染者。1.

当易感宿主吸入来自结核病感染者的含有结核分枝杆菌复合群（MTBC） 的飞沫时，便会获得结核病感染。少数感染者会发展为活动性结核病，称为原发进展性结核病。然而，在大多数情况下，感染可被适应性免疫系统有效控制，这种状态被称为结核病感染，或潜伏性结核感染（LTBI）2。结核病感染包含一系列具有不同进展为活动性结核病风险的感染状态。预防结核病感染进展为活动性结核病，对于实现世界卫生组织“终结结核病策略”中提出的结核病根除目标至关重要3,4。然而，决定结核病感染发展轨迹的免疫学机制仍尚未完全阐明。

正电子发射断层扫描-计算机断层扫描（PET-CT）作为一种有前景的研究工具，已逐渐被用于揭示结核病（TB）感染状态的内在异质性，并日益被视为评估治疗反应及分层结核病临床试验中疾病复发风险的生物标志物5,6,7,8。我们此前已描述了基于PET-CT的潜伏性感染表型，并提出结合代谢与结构特征可能提供具有临床意义的分层依据9。然而，在结核病感染研究中，PET-CT影像分析存在显著的异质性，限制了结果间的可比性10。尤为重要的是，在无症状结核感染者中，连续影像所观察到的代谢活性变化通常较小，因此亟需能够准确评估整体代谢负荷的分析方法。

使用参考器官进行标准化可降低间隔扫描中18F-氟代脱氧葡萄糖（FDG）摄取的变异性11。然而，人工测量参考器官中的FDG摄取也可能引入阈值的变异性12。已有研究提出一种自动化技术，用于确定参考器官中的感兴趣体积（VOI），以最大限度减少操作者间的变异性13。此外，对目标病灶进行半自动分割可进一步降低测量变异性14，显著减少分割所需时间，并提高工作效率15。

在人类结核病研究中，通常使用最大标准化摄取值（SUVmax）来评估正电子发射断层扫描（PET）所获得的代谢活性。尽管SUVmax是评估疾病活动性和治疗反应的常用指标，但由于图像噪声的影响，其可能高估代谢活性16，而且二维感兴趣区域（ROI）可能无法捕捉到具有最高值的像素17。在此背景下，已有研究报道体积参数，如代谢体积（MV）和总病变糖酵解（TLG），可作为活动性结核病治疗结局的预后指标18，并且在检测早期治疗反应方面比SUVmax更敏感19。特别是，TLG同时考虑了平均标准化摄取值（SUVmean）和代谢体积，从而提供了一个在特定感兴趣体积（VOI）内代谢活性的综合度量。

本研究中，我们介绍了一种利用开源科研成像平台的方法20，该平台可实现病灶的半自动分割和肝脏的自动定量分析。我们将该方法应用于一项前瞻性观察性研究中无症状、干扰素-γ释放试验（IGRA）阳性的肺结核接触者的系列PET-CT扫描分析9。该研究设计此前已有描述21。简言之，在英国莱斯特市，研究人员在索引病例确诊肺结核后不久，招募了与细菌学确诊的肺结核患者同住的家庭接触者，这些接触者均为未感染HIV的成年人（≥16岁）。参与者完成了症状问卷调查、胸部X光检查（CXR）以及IGRA检测。IGRA阳性者在基线时接受PET-CT扫描。若PET-CT结果呈阳性，则进一步评估是否存在活动性结核病。若未确诊活动性结核病，则在3个月后重复扫描，以明确感染的演变过程。所有参与者在随后的12个月内每3个月接受一次临床随访和症状问卷调查，之后再进行12个月的被动随访。我们比较了该科研平台与临床软件的性能，评估了不同操作者之间的变异程度，并探讨了PET参数与前瞻性结局之间的关联。

方案

本研究已获得英国诺丁汉东米德兰兹地区诺丁汉1号研究伦理委员会（REC）的批准（REC 15/EM/0109）。

1. PET-CT 检查流程

注意：PET-CT 检查根据当地医院的标准操作程序进行，并符合《2017 年电离辐射法规》（IRR17）22 以及放射性物质使用咨询委员会（ARSAC）的建议23。

  1. 患者身份确认：通过三项身份核查（全名、出生日期和住址）对照转诊单和影像检查申请，确认患者身份。
  2. 患者安全问卷：审阅并完成患者安全筛查问卷，确保涵盖所有相关病史、过敏史、妊娠状态及禁忌症。
  3. 临床病史核实：确认并记录患者的临床病史，确保其与转诊信息和影像检查要求一致。
  4. 操作说明：向患者清楚解释检查过程，包括正电子发射断层扫描（PET）的目的、注射放射性示踪剂的过程，以及相关的辐射风险和安全注意事项。
  5. 知情同意：确保患者理解检查过程及潜在风险，并获取书面知情同意。
  6. 静脉穿刺：采用无菌技术，优先选择肘前窝的正中静脉、头静脉或贵要静脉，插入22至24号静脉（IV）导管。
  7. 确认静脉通畅性：用10 mL无菌生理盐水冲洗导管，确认静脉通畅。如有疑问，应咨询同事进行确认。
  8. 按方案抽取剂量：根据方案抽取计算好的放射性示踪剂活度：3.5 MBq/kg ± 10%，最大不超过400 MBq。
  9. 抽取放射性示踪剂：根据所需体积，使用1 mL、3 mL或5 mL塑料注射器（配备合适的注射器屏蔽装置），抽取放射性示踪剂剂量。
  10. 记录注射前活度：使用活度计测量并记录注射器内放射性活度，注明准确时间，并将注射器置于铅屏蔽注射器容器中。
  11. 注射放射性示踪剂：通过静脉通路缓慢注射放射性示踪剂，随后立即用10 mL无菌生理盐水冲洗，以确保完全给药。
  12. 记录注射时间：通过校准的挂钟准确记录注射时间。
  13. 妥善存放放射性物质：注射完成后，断开连接，并将使用过的注射器安全放入铅屏蔽容器中。
  14. 移除静脉导管：在采取适当辐射防护措施的前提下，小心移除静脉导管，防止污染。
  15. 测量残留活度：将使用过的注射器重新放入活度计中，测量残留放射性活度，并记录数值和时间。
  16. 安全处置废弃物：按照机构规定，将注射器及所有放射性废物丢弃至指定的放射性废物容器中。
  17. 摄取期：指导患者在“热等待室”安静休息50分钟至1小时，以确保示踪剂充分摄取。
  18. 摆位准备成像：摄取期结束后，引导患者进入检查室，协助其仰卧于PET扫描床上。
  19. 最终身份核查：在开始扫描前，进行最终患者身份核查，并与扫描仪控制台信息核对一致。
  20. 启动PET-CT扫描：在控制台确认正确患者信息后，按方案启动PET-CT扫描。
  21. 扫描后指导：扫描完成后，引导患者至出口区域，并告知其可恢复正常饮食。
  22. 辐射安全建议：
    扫描后至少8小时内避免与儿童和孕妇密切接触。
  23. 鼓励饮水：建议患者在接下来的24小时内充分饮水，以促进放射性示踪剂通过尿液排出。
  24. PET图像重建：采用以下参数进行PET三维迭代图像重建：基于贝叶斯惩罚似然（PL）重建算法，结合CT衰减校正、斜坡投影滤波器和散射校正，生成310层图像。

2. 使用 3D Slicer 平台定量分析胸腔内氟脱氧葡萄糖高摄取淋巴结

注意：本研究使用 3D Slicer 5.4.0 版本（https://www.slicer.org/）分析匿名的 PET-CT DICOM 图像。PET 图像数据由一名顾问胸部 PET-CT 放射科医师（读片者 1）和一名经过培训的呼吸科住院医师（读片者 2）提取。纳入分析的 PET-CT 图像需满足纵隔淋巴结 FDG 摄取高于生理参考 FDG 摄取水平。生理参考值定义为肝脏 SUVmean 加 3 个标准差（SD）11。

  1. 安装扩展。
    1. 打开 扩展管理器。
    2. 安装以下扩展：PETDICOMExtension、PETTumorSegmentation、PETLiverUptakeMeasurement 和 PET-IndiC。
    3. 安装完成后，重启 3D Slicer。
  2. 将匿名化的 PET-CT DICOM 图像上传至 3D Slicer。
    1. 进入 添加 DICOM 数据 > 导入 DICOM 文件。
  3. 进行肝脏定量分析（参考组织）。
    1. 方法一（自动测量）
      1. 进入 定量分析 > PET 肝脏摄取测量。
      2.  在 输入体积 下拉菜单中，选择 PET 图像。
      3.  在 输出体积 下拉菜单中，选择 创建新的 LabelMapVolume。
      4.  点击 分割参考区域。
      5.  检查生成区域的正确性。若自动肝脏分割失败，则转至方法二。
      6.  在 测量值 下保存平均 SUV 及其标准差。
    2. 方法二（手动测量）
      1.  进入 分割编辑器。
      2.  在 源体积 下拉菜单中，选择 PET 图像。
      3.  点击 添加。
      4.  使用 绘制 工具（选择 球形画笔），在肝实质的均质区域创建感兴趣容积（VOI）。
      5.  进入 定量分析 > 分割统计。
      6.  在 标量体积 下拉菜单中，选择 PET 图像。
      7.  在 高级选项 下，选择 PET 容积统计（或标量容积统计），并选择 均值与标准差。
      8.  点击 应用。
  4. 分割纵隔淋巴结。
    1. 使用分割编辑器创建新的分割。
    2. 使用 阈值 工具。将下限设为 SUVmeanliver + 3 × SDliver。点击 应用。此操作将高亮显示全身高于该阈值的所有区域。
    3. 排除纵隔淋巴结以外的区域。
    4. 方法一：手动清理：在 分割编辑器 中使用 剪刀 工具，选择 内部擦除 或 外部擦除，以移除淋巴结区域外的部分。
    5.  方法二：孤岛 效应：在 分割编辑器 中应用 孤岛 效应。使用 将孤岛拆分为分割 功能，将不相连的高代谢区域划分为独立的分割。删除位于淋巴结区域外的分割。微小的噪声区域可能需要进一步手动清理。
  5. 对已分割的淋巴结进行定量分析。
    1. 进入 定量分析 > 分割统计。
    2. 在 标量体积 下拉菜单中，选择 PET 图像。
    3. 在 高级选项 下，选择 PET 容积统计（或标量容积统计），并选择所需测量项。注意：TLG 需根据标量容积统计中获得的 SUVmean 与 MV 值手动计算，即两者相乘。
    4. 点击 应用。

结果

研究队列

统计学方法见补充文件1。

来自九例经微生物学确诊的肺结核病例（其中八例为涂片阳性）的16名IGRA阳性密切接触者接受了PET-CT扫描。12名受试者PET-CT扫描结果呈阳性；其中1名受试者的FDG摄取仅局限于肺实质。16名IGRA阳性受试者中有11名的纵隔淋巴结FDG摄取超过阈值，被纳入分析。此11人均与七例涂片阳性的肺结核病例有过接触。中位年龄为32岁（IQR 18–46）。男性5例（45.5%）。9例（81.8%）出生于英国以外地区。7例（63.6%）从不吸烟，3例（26.3%） currently吸烟，1例（9.1%）为既往吸烟者。

八名参与者在3个月时进行了重复的PET-CT检查。因此，共纳入了来自11名未经治疗的接触者的19次PET-CT扫描。

肝脏定量分析

在19例PET-CT扫描中，自动肝脏定量在两例中失败：其中一例自动放置的ROI包含了肝脏外的结构，另一例中算法错误识别了肝脏，反而对右大腿肌肉进行了定量。Bland-Altman分析显示，自动与手动测量的肝脏SUV均值及肝脏SUV均值+3倍标准差（SD）之间具有高度一致性，偏倚极小，95%一致性界限较窄（补充图1，补充表1）。两种方法在上述两个指标上的一致性均极佳（SUV均值和SUV均值+3 SD的组内相关系数[ICC]分别为0.989和0.972）。

临床与科研平台之间的跨平台可靠性

Bland-Altman 分析显示，所有 PET 衍生的定量参数在临床与科研平台之间具有高度一致性（表 1，补充图 2）。肝脏 SUV 均值及容积参数（MV 和 TLG；经对数转换）的偏倚极小，相对一致性界限较窄。在各项定量指标中，SUVmax 在不同平台间的绝对平均差异最大（0.62，95% 可信区间 0.40 - 0.83），表明临床平台的 SUVmax 值存在轻微但系统性的升高。然而，相对差异仍较低，总体一致性极佳（CCC = 0.99）。SUVmean 及肝脏 SUVmean + 3 SD 也表现出最小的偏倚，其绝对一致性界限略宽，但相对界限仍处于可接受范围内。

组内相关系数支持这些发现，ITLN SUVmax、MV 和 TLG 表现出极好的一致性（CCC = 0.95–0.99），肝脏 SUVmean 和 ITLN SUVmean 表现出中等到高度的一致性（CCC = 0.90–0.95）。肝脏 SUVmean + 3 倍标准差显示出良好的一致性（CCC = 0.85）。总体而言，3D Slicer 生成的定量结果与临床软件获得的结果高度一致。

3D Slicer 的操作者间可靠性

Bland-Altman 分析显示，在 3D Slicer 中提取的所有 PET 参数均具有极佳的阅片者间一致性，平均差异接近零，且一致性的界限始终较窄（表 2, 补充图3）。容积参数（MV 和 TLG；经对数转换）显示出最窄的一致性界限，反映出分割与定量结果高度一致。组内相关系数进一步支持了极佳的阅片者间可靠性，ICC 值 > 所有PET衍生的定量指标均为0.95表 2这些结果证实，3D Slicer 在不同阅片者之间可提供高度可重复的定量测量结果。

纵向PET-CT特征的应用

八名未经治疗的IGRA阳性参与者在3个月时接受了随访PET-CT扫描（补充图4和补充表2）。其中，三名个体接受了抗结核治疗。两人在随访扫描后不久开始治疗：一例通过纵隔淋巴结样本确诊为结核分枝杆菌感染，另一例在3个月的PET扫描中出现新的肺部病灶，经治疗后病灶消失。第三名个体在为期2年的前瞻性随访期间出现结核病症状，并接受了进一步的临床PET-CT扫描，结果显示与基线时具有高摄取活性的同一淋巴结中FDG摄取增加。经支气管内超声引导下经支气管针吸活检（EBUS-TBNA）样本证实该部位存在结核分枝杆菌感染。

两名在治疗3个月后接受结核病治疗的参与者显示出SUVmax、SUVmean、MV和TLG增加（图1A1,B1,C1,D1）。然而，该名在2岁时被诊断出患有结核病的个体显示出SUVmax、SUVmean和TLG逐渐降低（图1A1,B1,D1）。该患者的MV保持不变（1.50 cm³至1.52 cm³）。3) (图1C1）。然而，通过肝脏SUVmean + 3倍标准差（SD）测得的生理性FDG摄取在3个月扫描时显著降低（从3.69降至2.04），提示生理性FDG摄取的变异性可能干扰对病理性摄取变化的判读。随后，我们通过将PET参数标准化为生理性活动水平，以减轻这种变异的影响。以肝脏FDG摄取为参照进行标准化后显示，在2年时被诊断为结核病的个体中，SUVRmax升高，SUVRmean和标准化TLG亦有一定程度的升高。图1A2, B2, D2）。在基线至3个月期间保持无病状态的参与者显示出最大标准摄取值（SUVmax）、平均标准摄取值（SUVmean）、代谢体积（MV）和总病变糖酵解（TLG）的下降图1A1,B1,C1,D1).

结核病治疗进展图，显示3个月内SUVmax、SUVmean、MV、TLG的变化趋势。
图1：基于临床结局分层的胸内淋巴结在基线和3个月时的代谢活性。（A-D）对八名未经治疗的肺结核密切接触者在基线和3个月时进行PET-CT检查。SUVRmax（A2）、SUVRmean（B2）和标准化TLG（D2）通过将SUVmax（A1）、SUVmean（B1）和TLG（D1）除以参考生理摄取值计算得出，参考生理摄取值定义为肝脏SUVmean加3个标准差。MV（C1）为胸内淋巴结的代谢体积。红线代表在3个月时开始接受抗结核治疗（ATT）的接触者，橙线代表在2年时发展为结核病的接触者，蓝线代表始终保持健康的接触者。SUVmax：最大标准化摄取值。SUVRmax：最大SUV比值（SUVmax相对于肝脏摄取值的标准化），SUVmean：平均标准化摄取值，SUVRmean：平均SUV比值，MV：代谢体积，TLG：病灶总糖酵解。本图经Kim等(2025)24许可改编。请点击此处查看此图的放大版本。

均数差（95% 可信区间）95%一致性下限（95% CI）一致性上限（95% CI）相对差异（95% CI）相对一致性界限（95% CI）组内相关系数（95% 可信区间）
肝脏SUVmean0.105（0.023 至 0.187）−0.229（−0.372 至 −0.086）0.439（0.296 至 0.581）0.045（0.010 至 0.081）−0.099 至 0.190（−0.161 至 0.252）0.90 (0.75–0.96)
肝脏SUVmean+3SD0.049（−0.090 至 0.187）−0.515（−0.756 至 −0.274）0.612（0.371 至 0.854）0.016（−0.030 至 0.062）−0.170 至 0.202（−0.249 至 0.281）0.85 (0.64–0.94)
SUVmax0.616（0.403 至 0.828）−0.195（−0.566 至 0.176）1.426（1.055 至 1.797）0.053（0.035 至 0.071）−0.017 到 0.123（−0.049 到 0.155）0.99 (0.98–1.00)
SUVmean−0.104（−0.453 至 0.245）−1.434（−2.042 至 −0.825）1.226（0.618 至 1.835）−0.020（−0.088 至 0.047）−0.278 至 0.238（−0.396 至 0.355）0.91 (0.77–0.96)
MV（对数）0.061（−0.021 至 0.143）−0.252（−0.394 至 −0.109）0.373（0.230 至 0.516）0.039（−0.014 至 0.093）−0.164 至 0.242（−0.257 至 0.335）0.97 (0.93–0.99)
TLG（对数）0.056（−0.014 至 0.125）−0.210（−0.331 至 −0.088）0.321（0.200 至 0.443）0.018（−0.004 至 0.040）−0.067 到 0.103（−0.106 到 0.142）0.99 (0.98–1.00)

表1：临床平台与科研平台（3D Slicer）之间的一致性。采用Bland-Altman分析和一致性相关分析评估临床平台与科研平台在PET参数上的一致性。结果显示平均差异、一致性界限（LoA）及其对应的95%置信区间（CI）、相对差异以及一致性相关系数（CCC）。对于经对数转换的指标（代谢体积 [MV] 和总病变糖酵解 [TLG]），在对数尺度上评估一致性，以校正比例性偏倚。SUVmax：最大标准化摄取值，SUVmean：平均标准化摄取值，SD：标准差。

均数差（95% 可信区间）95% 一致性下限（95% CI）一致性上限（95% CI）相对差异（95% CI）相对一致性界限（95% CI）组内相关系数（95% CI）
肝脏SUVmean0.027（0.008 至 0.045）−0.048（−0.080 至 −0.016）0.102（0.070 至 0.134）0.012（0.004 至 0.020）−0.021 至 0.045（−0.035 至 0.059）0.995 (0.986–0.998)
肝脏SUVmean+3SDs−0.021（−0.085 至 0.042）−0.279（−0.390 至 −0.169）0.237（0.127 至 0.348）−0.007（−0.028 至 0.014）−0.093 至 0.079（−0.130 至 0.116）0.971 (0.929–0.989)
SUVmax0.071（−0.071 至 0.212）−0.470（−0.717 至 −0.222）0.611（0.364 至 0.858）0.006（−0.006 至 0.019）−0.041 至 0.054（−0.063 至 0.076）0.999 (0.997–1.000)
SUVmean−0.052（−0.161 至 0.057）−0.467（−0.657 至 −0.277）0.364（0.174 至 0.554）−0.010（−0.031 至 0.011）−0.090 至 0.070（−0.127 至 0.107）0.991 (0.977–0.997)
MV（对数）0.023（−0.023 至 0.069）−0.153（−0.234 至 −0.072）0.199（0.119 至 0.280）0.015（−0.015 至 0.046）−0.101 至 0.131（−0.154 至 0.184）0.992 (0.979–0.997)
TLG（对数）0.018（−0.014 至 0.049）−0.101（−0.156 至 −0.047）0.137（0.082 至 0.191）0.006（−0.004 至 0.016）−0.033 至 0.044（−0.050 至 0.062）0.998 (0.993–0.999)

表2：使用研究平台（3D Slicer）时，阅片者1与阅片者2在PET-CT参数上的一致性。 采用Bland-Altman分析和组内相关系数（ICC）分析评估阅片者在PET参数上的一致性。结果显示平均差异、一致性的极限（LoA）及其相应的95%置信区间（CI）、相对差异以及组内相关系数（ICC）。对于经对数转换的指标（代谢体积 [MV] 和总病变糖酵解 [TLG]），在对数尺度上评估一致性，以校正比例性偏倚。SUVmax：最大标准化摄取值，SUVmean：平均标准化摄取值，SD：标准差。

补充图1：在3D Slicer中比较肝脏自动与手动定量的Bland-Altman图。 (A) 肝脏SUV均值。(B) 肝脏SUV均值加3个标准差。纵轴显示自动与手动测量值之间的差异，横轴显示两种方法的均值。实心红线表示平均差异，实心蓝线表示95%一致性界限（LoA）。每个点代表一个独立的受试者。请点击此处下载该图。

补充图2：使用临床（XD3）和科研（3D Slicer）平台测量六项PET-CT指标结果的Bland-Altman分析图。 （A）肝脏SUV均值，（B）肝脏SUV均值加3个标准差，（C）SUV均值，（D）SUV最大值，（E）对数转换后的代谢体积（MV），以及（F）对数转换后的总病变糖酵解（TLG）。实心红线表示平均差异，实心蓝线表示95%一致性界限（LoA）。每个点代表一名受试者。请点击此处下载该图。

补充图3：读者1与读者2之间测量值的Bland-Altman图比较。（A）肝脏SUV均值，（B）肝脏SUV均值+3个标准差，（C）SUVmax，（D）SUVmean，（E）对数转换后的代谢体积（MV），以及（F）对数转换后的总病变糖酵解（TLG）。实心红线表示平均差异，实心蓝线表示95%的一致性界限（LoA）。每个点代表一名独立受试者。请点击此处下载该图。

补充图4：CONSORT流程图，显示研究对象的流向。 研究对象在入组时接受临床评估、干扰素γ释放试验（IGRA）检测和胸部X光检查，以排除活动性结核病（TB）。PET-CT扫描呈阳性的研究对象可进一步接受支气管镜检查，包括支气管肺泡灌洗（BAL）和/或经支气管内超声引导的经支气管针吸活检（EBUS-TBNA）。未接受治疗的研究对象在12个月内每3个月随访一次，内容包括症状问卷和胸部X光检查，随后进行为期12个月的被动随访。ATT：抗结核治疗，Mtb：结核分枝杆菌，PET-CT：正电子发射断层扫描-计算机断层扫描。请点击此处下载该图表。

补充表1：3D Slicer中自动与手动肝脏定量方法的一致性。 Bland-Altman分析和组内相关系数分析用于比较SUV均值（SUVmean）及SUV均值加3个标准差（SUVmean + 3 SD）的自动与手动肝脏定量结果。数据以均值差异、一致性界限及组内相关系数（ICC）表示，均附带95%置信区间（CI）。计算相对差异和相对一致性界限以评估方法间的比例偏倚。请点击此处下载该表格。

补充表 2：11 名参与者的定量 PET-CT 测量结果，其中包括 8 名接受连续 PET-CT 扫描的参与者。 所有扫描均在启动抗结核治疗（ATT）之前进行。PET 1 在基线时进行，PET 2 在 3 个月时进行。请点击此处下载该表格。

补充文件1：统计学方法。请点击此处下载该文件。

讨论

我们使用研究用成像平台评估了肺结核接触者中半自动PET定量分析方法，发现其在PET参数（SUVmax、SUVmean、MV和TLG）方面与临床软件具有高度一致性，而在Liver SUVmean + 3 SD阈值方面具有一致性。我们显示，两名独立且设盲的操作者采用半自动方法在所有PET参数上均表现出极佳的组间一致性。重要的是，其中一名操作者为非放射科医师，表明结合3D Slicer的自动化技术可促进不同临床和科研经验水平的操作者之间实现可靠的PET-CT分析。

将PET参数归一化至肝脏阈值似乎提高了分析的敏感性，并揭示了基线与3个月之间代谢活性的增加，而这种变化在第二次扫描中因生理摄取水平较低而被掩盖。氟脱氧葡萄糖（FDG）摄取可受到多种生物学和技术因素的影响，包括患者应激状态、体力活动、血糖水平以及FDG注射与扫描之间的时间间隔25。在结核病（TB）接触者中，PET-CT的纵向变化可能不如活动性结核病治疗过程中观察到的变化显著。因此，在结核感染研究中，使用参考组织进行标准化并严格遵循成像方案对于提高影像分析的可重复性和可靠性至关重要26。在此背景下，半自动方法结合参考器官归一化具有额外价值，可减少操作者依赖的变异性，并提高不同时间点定量评估的一致性。生理参考测量的一致性尤为重要，因为参考活性测量不准确将导致定量结果不可靠。我们选择肝脏作为参考器官，因其具有稳定、可重复且易于测量的摄取特性27。采用肝脏SUVmean加三个标准差的方法，旨在平衡生物学参考与操作可行性，因为过低的参考值可能导致邻近组织被无意纳入，从而限制非专业阅片者的定量分析。该方法旨在为研究目的提供一种实用、可重复且易于实施的策略，用于量化结核感染中的弥漫性胸内变化，但尚未验证用于临床应用。

我们推荐采用自动肝脏定量作为分析研究用扫描图像的首选方法，因其具有高度可重复性且所需人工干预极少。然而，在少数情况下，自动算法可能无法检测到肝脏，或无意中包含邻近结构。重要的是需通过视觉确认自动划定的兴趣区未超出肝脏范围，以确保定量结果的准确性。在此类情况下，建议采用手动测量。

在临床和科研平台之间观察到一个虽小但一致的SUVmax偏差。不同软件平台在SUV测量值上的微小差异已被广泛认知，通常源于各软件在解读DICOM信息以及内部体素数据表示方式上的特异性差异28。这些差异可能对体素水平的数值产生细微影响，尤其是SUVmax。这凸显了在定量PET-CT研究中保持平台一致性的必要性，以尽量减少测量变异。在此背景下，开源平台有助于方法学的标准化，并降低不同研究之间的变异性。

在结核病感染的PET-CT扫描解读中，一个重要的未知因素是明确具有临床意义的代谢活性及其随时间变化的有意义阈值。在我们的研究中，保持健康的个体在三个月时所有PET参数均有所下降。然而，基线定量值在保持健康者与接受治疗者之间存在重叠。这表明，随时间变化的趋势可能比单个时间点的测量值更为重要。未来的研究应评估PET-CT代谢活性在多个时间点的多种定量指标，并将其与预定义的临床指标进行关联，以确定最优参数并建立参考阈值，从而促进标准化的解读。

由于肺实质异常数量有限，我们重点关注胸内淋巴结的定量分析。本研究结果表明，早期结核感染主要局限于胸内淋巴结，这与在美国进行的一项研究结果一致6。在我们的队列中，仅有四名参与者在基线时表现出肺实质FDG摄取，且代谢活性较低（平均SUVmax = 2.7），病灶过小，无法进行可靠的容积分析和特征描述。此外，在接受系列扫描的八名IGRA阳性参与者中，仅有一人在基线时显示肺实质FDG摄取。相比之下，在高结核负担地区（南非）进行的一项研究报道，约一半的家庭结核接触者存在肺实质异常，而21.2%的个体出现FDG高摄取的胸内淋巴结，其中9.3%的个体肺部影像正常5。我们队列（低结核负担）与高结核负担地区队列之间PET-CT特征差异的原因尚不明确。一种可能的解释是南非队列中既往结核感染的高流行率，这由较高的IGRA阳性比例（82%）所证实。一项比较非人灵长类动物（NHP）结核分枝杆菌再感染与初次感染的研究表明，初次感染可提供对再感染的保护作用，包括防止病原体扩散至胸内淋巴结29。其他可能的影响因素包括结核分枝杆菌菌株的差异、宿主遗传因素、研究队列中吸烟的流行率以及环境因素。未来采用PET-CT的结核感染研究应考虑结核分枝杆菌特性及队列特征，并开发整合肺实质与胸内淋巴结变化的分析方法。

综上所述，半自动化的正电子发射断层扫描（PET）定量分析可为评估结核病感染中的代谢变化提供一种具有高操作者间可靠性的有效方法。通过参考组织进行标准化，可提高检测早期代谢进展的分析敏感性。在早期感染中，经参考器官校正后升高的代谢活性，是提示结核病进展的一项有前景的指标。

披露

所有作者均声明不存在潜在的利益冲突。

致谢

本研究由莱斯特大学MRC概念验证资助项目（资助编号：P.H.）资助，并在国家健康与护理研究所（NIHR）莱斯特生物医学研究中心（BRC）开展。文中观点仅代表作者自身，不代表资助方、英国国家医疗服务体系（NHS）、NIHR或英国卫生与社会 care 部门的观点。本研究由MRC概念验证资助项目提供资金支持。JWK由Anne O'Garra获得的惠康基金会研究者奖（WT 215628/Z/19/Z）资助。 

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
Q.ClearGE HealthcareN/APET 重建算法
https://www.gehealthcare.com/en-sg/products/molecular-imaging/qclear?srsltid=AfmBOooqtkcQJronALLan2Q
rxYYpTTq5qw9PRf0pDJS
HpTUHQk4bUarl
XD3Mirada MedicalN/A医学影像软件
https://www.mirada-medical.com/diagnostic-imaging
3D SlicerN/AN/A开源非商业性影像软件平台
https://www.slicer.org/

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