Please wait a minute...
Frontiers of Medicine

ISSN 2095-0217

ISSN 2095-0225(Online)

CN 11-5983/R

Postal Subscription Code 80-967

2018 Impact Factor: 1.847

Front. Med.    2018, Vol. 12 Issue (1) : 116-121
Low-dose CT for lung cancer screening: opportunities and challenges
Hongbing Shen()
Department of Epidemiology, School of Public Health, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China; Jiangsu Key Lab of Cancer Biomarkers, Prevention and Treatment, Collaborative Innovation Center for Cancer Medicine, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China
 Download: PDF(110 KB)   HTML
 Export: BibTeX | EndNote | Reference Manager | ProCite | RefWorks

Lung cancer is among the most frequently diagnosed cancers worldwide and the leading cause of cancer death in both males and females. Screening for lung cancer coupled with earlier intervention has long been studied as an approach to mortality reduction. However, minimal progress was achieved until recently, when low-dose spiral computed tomography (LDCT) screening demonstrated a 20% reduction in mortality from lung cancer in a randomized controlled trial (RCT), the National Lung Screening Trial, from the United States. On the basis of this finding, LDCT has been recommended for lung cancer screening in high-risk populations by several clinical guidelines. However, results from the following independent RCTs in Europe failed to show consistent conclusions. In addition, intractable problems gradually emerged with the progress of LDCT screening. This paper summarizes and discusses the main observations and challenges of LDCT screening for lung cancer. Before spreading implementation of LDCT screening, challenges, including high false-positive rates, overdiagnosis, enormous costs, and radiation risk, must be addressed. Complementary biomarkers and technical improvement are expected in the field of lung cancer screening in the near future.

Keywords lung cancer      low-dose computerized tomography      early detection      opportunities      challenges     
Corresponding Authors: Hongbing Shen   
Just Accepted Date: 01 November 2017   Online First Date: 07 December 2017    Issue Date: 06 February 2018
 Cite this article:   
Hongbing Shen. Low-dose CT for lung cancer screening: opportunities and challenges[J]. Front. Med., 2018, 12(1): 116-121.
Study #
(recruitment period)
Screen modality: participants Eligibility criteria Noncalcified nodules (baseline) Participants with lung cancer Surgical stage I/II Deaths from lung cancer Mortality reduction
DANTE CT: 1264 Age: 60–74 years; current/former smokers (≥20 pack-years) 27.50% 104 (8.2%) 45% 59 None
(2001–2006) No screen: 1186 NR 72 (6.1%) 22% 55
Depiscan CT: 336 Age: 50–75 years; current/former smokers (≥15 cigarettes per day for at least 20 years) 45.20% 8 (2.4%) 38% NR NR
(2002–2004) CXR: 285 7.40% 1 (0.4%) 100% NR
DLCST CT: 2052 Age: 50–70 years; current/former smokers (≥20 pack-years) 27.30% 100 (4.9%) 50% 39 None
(2004–2006) No screen: 2052 NR 53 (2.6%) 15% 38
ITALUNG CT: 1406 Age: 55–69 years; current/former smokers (≥20 pack-years) 30.30% 38 (2.7%) 66% NR NR
NR No screen: 1593 NR NR NR NR
LSS CT: 1660 Age: 55–74 years; current/former smokers (≥30 pack-years) 88.30% 30 (1.8%) 53% NR NR
(2000) CXR: 1658 NR 7 (0.4%) 86% NR
LUSI CT: 2029 Age: 50–69 years; current/former smokers (≥15 cigarettes per day for at least 25 years or≥10 cigarettes per day for at least 30 years) NR 58 (2.9%) 72% 5 NR
(2007–2011) No screen: 2023 NR 32 (1.6%) NR NR
MILD CT: 2376 Age:≥49 years; current/former smokers (≥20 pack-years) NR 59 (2.5%) 65% 18 None
(2005–2011) Usual care: 1723 NR 20 (1.2%) NR 7
NELSON CT: 7557 Age: 50–74 years ; current/former smokers (≥15 cigarettes per day for at least 25 years or≥10 cigarettes per day for at least 30 years) 50.50% 200 (2.6%) 71% NR NR
(2004–2008) No screen: NR NR NR NR NR
NLST CT: 26 722 Age: 55–74 years; current/former smokers (≥30 pack-years) 27.30% 1060 (4.0%) 50% 356 0.2
(2002–2004) CXR: 26 732 9.20% 941 (3.5%) 31% 443
UKLS CT: 2028 Age: 50-75 years; population with 5% risk of developing lung cancer over a 5-year period using LPP risk model NR 42 (2.1%) 83% NR NR
(2011–2014) Usual care: 2027 NR NR NR NR
Tab.1  RCTs of LDCT for lung cancer screening
1 Ferlay J, Soerjomataram  I, Dikshit R,  Eser S, Mathers  C, Rebelo M,  Parkin DM,  Forman D,  Bray F. Cancer incidence and mortality worldwide: sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. Int J Cancer 2015; 136(5): E359–E386 pmid: 25220842
2 American Cancer Society. Global Cancer Facts & Figures. 3rd Edition.Atlanta: American Cancer Society, 2015
3 Chen W, Zheng  R, Baade PD,  Zhang S,  Zeng H, Bray  F, Jemal A,  Yu XQ, He  J. Cancer statistics in China, 2015. CA Cancer J Clin 2016; 66(2): 115–132 pmid: 26808342
4 Youlden DR, Cramb  SM, Baade PD. The international epidemiology of lung cancer: geographical distribution and secular trends. J Thorac Oncol 2008; 3(8): 819–831 pmid: 18670299
5 Fontana RS, Sanderson  DR, Woolner LB,  Taylor WF,  Miller WE,  Muhm JR. Lung cancer screening: the Mayo program. J Occup Med 1986; 28(8): 746–750 pmid: 3528436
6 Gohagan JK, Prorok  PC, Hayes RB,  Kramer BS; Prostate, Lung, Colorectal and Ovarian Cancer Screening Trial Project Team. The Prostate, Lung, Colorectal and Ovarian (PLCO) Cancer Screening Trial of the National Cancer Institute: history, organization, and status. Control Clin Trials 2000; 21(6 Suppl): 251S–272S pmid: 11189683
7 Ellert J, Kreel  L. The role of computed tomography in the initial staging and subsequent management of the lymphomas. J Comput Assist Tomogr 1980; 4(3): 368–391 pmid: 7372869
8 Bach PB, Kelley  MJ, Tate RC,  McCrory DC. Screening for lung cancer: a review of the current literature. Chest 2003; 123(1 Suppl): 72S–82S pmid: 12527566
9 Kaneko M, Eguchi  K, Ohmatsu H,  Kakinuma R,  Naruke T,  Suemasu K,  Moriyama N. Peripheral lung cancer: screening and detection with low-dose spiral CT versus radiography. Radiology 1996; 201(3): 798–802 pmid: 8939234
10 Henschke CI, McCauley  DI, Yankelevitz DF,  Naidich DP,  McGuinness G,  Miettinen OS,  Libby DM,  Pasmantier MW,  Koizumi J,  Altorki NK,  Smith JP. Early Lung Cancer Action Project: overall design and findings from baseline screening. Lancet 1999; 354(9173): 99–105 pmid: 10408484
11 Infante M, Cavuto  S, Lutman FR,  Passera E,  Chiarenza M,  Chiesa G,  Brambilla G,  Angeli E,  Aranzulla G,  Chiti A,  Scorsetti M,  Navarria P,  Cavina R,  Ciccarelli M,  Roncalli M,  Destro A,  Bottoni E,  Voulaz E,  Errico V,  Ferraroli G,  Finocchiaro G,  Toschi L,  Santoro A,  Alloisio M; DANTE Study Group. Long-term follow-up results of the DANTE Trial, a randomized study of lung cancer screening with spiral computed tomography. Am J Respir Crit Care Med 2015; 191(10): 1166–1175 pmid: 25760561
12 Blanchon T, Bréchot  JM, Grenier PA,  Ferretti GR,  Lemarié E,  Milleron B,  Chagué D,  Laurent F,  Martinet Y,  Beigelman-Aubry C,  Blanchon F,  Revel MP,  Friard S,  Rémy-Jardin M,  Vasile M,  Santelmo N,  Lecalier A,  Lefébure P,  Moro-Sibilot D,  Breton JL,  Carette MF,  Brambilla C,  Fournel F,  Kieffer A,  Frija G,  Flahault A; Dépiscan Group. Baseline results of the Depiscan study: a French randomized pilot trial of lung cancer screening comparing low dose CT scan (LDCT) and chest X-ray (CXR). Lung Cancer 2007; 58(1): 50–58 pmid: 17624475
13 Wille MM, Dirksen  A, Ashraf H,  Saghir Z,  Bach KS,  Brodersen J,  Clementsen PF,  Hansen H,  Larsen KR,  Mortensen J,  Rasmussen JF,  Seersholm N,  Skov BG,  Thomsen LH,  Tønnesen P,  Pedersen JH. Results of the randomized danish lung cancer screening trial with focus on high-risk profiling. Am J Respir Crit Care Med 2016; 193(5): 542–551 pmid: 26485620
14 Lopes Pegna A,  Picozzi G,  Falaschi F,  Carrozzi L,  Falchini M,  Carozzi FM,  Pistelli F,  Comin C,  Deliperi A,  Grazzini M,  Innocenti F,  Maddau C,  Vella A,  Vaggelli L,  Paci E, Mascalchi  M. Four-year results of low-dose CT screening and nodule management in the ITALUNG trial. J Thorac Oncol 2013; 8(7): 866–875 pmid: 23612465
15 Gohagan J, Marcus  P, Fagerstrom R,  Pinsky P,  Kramer B,  Prorok P; Writing Committee, Lung Screening Study Research Group. Baseline findings of a randomized feasibility trial of lung cancer screening with spiral CT scan vs chest radiograph: the Lung Screening Study of the National Cancer Institute. Chest 2004; 126(1): 114–121 pmid: 15249451
16 Becker N, Motsch  E, Gross ML,  Eigentopf A,  Heussel CP,  Dienemann H,  Schnabel PA,  Eichinger M,  Optazaite DE,  Puderbach M,  Wielpütz M,  Kauczor HU,  Tremper J,  Delorme S. Randomized study on early detection of lung cancer with MSCT in Germany: results of the first 3 years of follow-up after randomization. J Thorac Oncol 2015; 10(6): 890–896 pmid: 25783198
17 Pastorino U, Rossi  M, Rosato V,  Marchianò A,  Sverzellati N,  Morosi C,  Fabbri A,  Galeone C,  Negri E,  Sozzi G,  Pelosi G,  La Vecchia C. Annual or biennial CT screening versus observation in heavy smokers: 5-year results of the MILD trial. Eur J Cancer Prev 2012; 21(3): 308–315 pmid: 22465911
18 van Klaveren RJ,  Oudkerk M,  Prokop M,  Scholten ET,  Nackaerts K,  Vernhout R,  van Iersel CA,  van den Bergh KA,  van ’t Westeinde S, van der Aalst C, Thunnissen E,  Xu DM, Wang  Y, Zhao Y,  Gietema HA,  de Hoop BJ,  Groen HJ,  de Bock GH,  van Ooijen P,  Weenink C,  Verschakelen J,  Lammers JW,  Timens W,  Willebrand D,  Vink A, Mali  W, de Koning HJ. Management of lung nodules detected by volume CT scanning. N Engl J Med 2009; 361(23): 2221–2229 pmid: 19955524
19 Horeweg N, van Rosmalen  J, Heuvelmans MA,  van der Aalst CM,  Vliegenthart R,  Scholten ET,  ten Haaf K,  Nackaerts K,  Lammers JW,  Weenink C,  Groen HJ,  van Ooijen P,  de Jong PA,  de Bock GH,  Mali W, de Koning  HJ, Oudkerk M. Lung cancer probability in patients with CT-detected pulmonary nodules: a prespecified analysis of data from the NELSON trial of low-dose CT screening. Lancet Oncol 2014; 15(12): 1332–1341 pmid: 25282285
20 Aberle DR, Adams  AM, Berg CD,  Black WC,  Clapp JD,  Fagerstrom RM,  Gareen IF,  Gatsonis C,  Marcus PM,  Sicks JD. Reduced lung-cancer mortality with low-dose computed tomographic screening. N Engl J Med 2011; 365(5): 395–409 pmid: 21714641
21 Brain K, Lifford  KJ, Carter B,  Burke O,  McRonald F,  Devaraj A,  Hansell DM,  Baldwin D,  Duffy SW,  Field JK. Long-term psychosocial outcomes of low-dose CT screening: results of the UK Lung Cancer Screening randomised controlled trial. Thorax 2016; 71(11): 996–1005 pmid: 27471048
22 Bach PB, Mirkin  JN, Oliver TK,  Azzoli CG,  Berry DA,  Brawley OW,  Byers T,  Colditz GA,  Gould MK,  Jett JR,  Sabichi AL,  Smith-Bindman R,  Wood DE,  Qaseem A,  Detterbeck FC. Benefits and harms of CT screening for lung cancer: a systematic review. JAMA 2012; 307(22): 2418–2429 pmid: 22610500
23 Moyer VA; U.S. Preventive Services Task Force. Screening for lung cancer: U.S. Preventive Services Task Force recommendation statement. Ann Intern Med 2014; 160(5): 330–338 pmid: 24378917
24 Wood DE. National Comprehensive Cancer Network (NCCN) Clinical Practice Guidelines for Lung Cancer Screening. Thorac Surg Clin 2015; 25(2): 185–197 pmid: 25901562
25 Optican RJ, Chiles  C. Implementing lung cancer screening in the real world: opportunity, challenges and solutions. Transl Lung Cancer Res 2015; 4(4): 353–364
pmid: 26380176
26 Sagawa M, Nakayama  T, Tanaka M,  Sakuma T,  Sobue T; JECS Study Group. A randomized controlled trial on the efficacy of thoracic CT screening for lung cancer in non-smokers and smokers of<30 pack-years aged 50-64 years (JECS study): research design. Jpn J Clin Oncol 2012; 42(12): 1219–1221 pmid: 23042771
27 Zhou Q, Fan  Y, Wu N,  Huang Y,  Wang Y, Li  L, Liu J,  Wang X, Li  W, Qiao Y. Demonstration program of population-based lung cancer screening in China: rationale and study design. Thorac Cancer 2014; 5(3): 197–203 pmid: 26767001
28 Mehta HJ, Ravenel  JG, Shaftman SR,  Tanner NT,  Paoletti L,  Taylor KK,  Tammemagi MC,  Gomez M,  Nietert PJ,  Gould MK,  Silvestri GA. The utility of nodule volume in the context of malignancy prediction for small pulmonary nodules. Chest 2014; 145(3): 464–472 pmid: 23949741
29 Gould MK, Fletcher  J, Iannettoni MD,  Lynch WR,  Midthun DE,  Naidich DP,  Ost DE;American College of Chest Physicians: Evaluation of patients with pulmonary nodules: when is it lung cancer? ACCP evidence-based clinical practice guidelines (2nd edition). Chest 2007; 132(3 Suppl):108S–130S
30 Patz EF Jr, Pinsky  P, Gatsonis C,  Sicks JD,  Kramer BS,  Tammemägi MC,  Chiles C,  Black WC,  Aberle DR; NLST Overdiagnosis Manuscript Writing Team. Overdiagnosis in low-dose computed tomography screening for lung cancer. JAMA Intern Med 2014; 174(2): 269–274 pmid: 24322569
31 Lindell RM, Hartman  TE, Swensen SJ,  Jett JR,  Midthun DE,  Tazelaar HD,  Mandrekar JN. Five-year lung cancer screening experience: CT appearance, growth rate, location, and histologic features of 61 lung cancers. Radiology 2007; 242(2): 555–562 pmid: 17255425
32 Black WC, Keeler  EB, Soneji SS. Cost-effectiveness of CT screening in the National Lung Screening Trial. N Engl J Med 2015; 372(4): 388
pmid: 25607437
33 Stout NK, Rosenberg  MA, Trentham-Dietz A,  Smith MA,  Robinson SM,  Fryback DG. Retrospective cost-effectiveness analysis of screening mammography. J Natl Cancer Inst 2006; 98(11): 774–782 pmid: 16757702
34 Sharaf RN, Ladabaum  U. Comparative effectiveness and cost-effectiveness of screening colonoscopy vs. sigmoidoscopy and alternative strategies. Am J Gastroenterol 2013; 108(1): 120–132 pmid: 23247579
35 Stout NK, Lee  SJ, Schechter CB,  Kerlikowske K,  Alagoz O,  Berry D,  Buist DS,  Cevik M,  Chisholm G,  de Koning HJ,  Huang H,  Hubbard RA,  Miglioretti DL,  Munsell MF,  Trentham-Dietz A,  van Ravesteyn NT,  Tosteson AN,  Mandelblatt JS. Benefits, harms, and costs for breast cancer screening after US implementation of digital mammography. J Natl Cancer Inst 2014; 106(6): dju092 pmid: 24872543
36 McKay JD, Hung  RJ, Han Y,  Zong X, Carreras-Torres  R, Christiani DC,  Caporaso NE,  Johansson M,  Xiao X, Li  Y, Byun J,  Dunning A,  Pooley KA,  Qian DC,  Ji X, Liu  G, Timofeeva MN,  Bojesen SE,  Wu X, Le Marchand  L, Albanes D,  Bickeböller H,  Aldrich MC,  Bush WS,  Tardon A,  Rennert G,  Teare MD,  Field JK,  Kiemeney LA,  Lazarus P,  Haugen A,  Lam S, Schabath  MB, Andrew AS,  Shen H, Hong  YC, Yuan JM,  Bertazzi PA,  Pesatori AC,  Ye Y, Diao  N, Su L,  Zhang R,  Brhane Y,  Leighl N,  Johansen JS,  Mellemgaard A,  Saliba W,  Haiman CA,  Wilkens LR,  Fernandez-Somoano A,  Fernandez-Tardon G,  van der Heijden HFM,  Kim JH, Dai  J, Hu Z,  Davies MPA,  Marcus MW,  Brunnström H,  Manjer J,  Melander O,  Muller DC,  Overvad K,  Trichopoulou A,  Tumino R,  Doherty JA,  Barnett MP,  Chen C, Goodman  GE, Cox A,  Taylor F,  Woll P, Brüske  I, Wichmann HE,  Manz J, Muley  TR, Risch A,  Rosenberger A,  Grankvist K,  Johansson M,  Shepherd FA,  Tsao MS,  Arnold SM,  Haura EB,  Bolca C,  Holcatova I,  Janout V,  Kontic M,  Lissowska J,  Mukeria A,  Ognjanovic S,  Orlowski TM,  Scelo G,  Swiatkowska B,  Zaridze D,  Bakke P,  Skaug V,  Zienolddiny S,  Duell EJ,  Butler LM,  Koh WP, Gao  YT, Houlston RS,  McLaughlin J,  Stevens VL,  Joubert P,  Lamontagne M,  Nickle DC,  Obeidat M,  Timens W,  Zhu B, Song  L, Kachuri L,  Artigas MS,  Tobin MD,  Wain LV,  Rafnar T,  Thorgeirsson TE,  Reginsson GW,  Stefansson K,  Hancock DB,  Bierut LJ,  Spitz MR,  Gaddis NC,  Lutz SM,  Gu F, Johnson  EO, Kamal A,  Pikielny C,  Zhu D, Lindströem  S, Jiang X,  Tyndale RF,  Chenevix-Trench G,  Beesley J,  Bossé Y,  Chanock S,  Brennan P,  Landi MT,  Amos CI. Large-scale association analysis identifies new lung cancer susceptibility loci and heterogeneity in genetic susceptibility across histological subtypes. Nat Genet 2017; 49(7): 1126–1132 pmid: 28604730
37 Brenner DJ, Hall  EJ. Computed tomography—an increasing source of radiation exposure. N Engl J Med 2007; 357(22): 2277–2284 pmid: 18046031
38 McCollough CH, Primak  AN, Braun N,  Kofler J,  Yu L, Christner  J. Strategies for reducing radiation dose in CT. Radiol Clin North Am 2009; 47(1): 27–40 pmid: 19195532
39 Yanagawa M, Gyobu  T, Leung AN,  Kawai M,  Kawata Y,  Sumikawa H,  Honda O,  Tomiyama N. Ultra-low-dose CT of the lung: effect of iterative reconstruction techniques on image quality. Acad Radiol 2014; 21(6): 695–703 pmid: 24713541
40 van de Wiel JC,  Wang Y, Xu  DM, van der Zaag-Loonen  HJ, van der Jagt EJ, van Klaveren RJ, Oudkerk M; NELSON study group. Neglectable benefit of searching for incidental findings in the Dutch-Belgian lung cancer screening trial (NELSON) using low-dose multidetector CT. Eur Radiol 2007; 17(6): 1474–1482 pmid: 17206426
41 Heuvelmans MA, Oudkerk  M, de Jong PA,  Mali WP,  Groen HJ,  Vliegenthart R. The impact of radiologists’ expertise on screen results decisions in a CT lung cancer screening trial. Eur Radiol 2015; 25(3): 792–799 pmid: 25366707
[1] Alexandra Urman,H. Dean Hosgood. Curbing the burden of lung cancer[J]. Front. Med., 2016, 10(2): 228-232.
[2] Li Bian,Yonghua Ruan,Liju Ma,Hairong Hua,Li Zhou,Xiaoyu Tuo,Zheyan Zhou,Ting Li,Shiyue Liu,Kewei Jin. Pathogenesis sequences in Gejiu miners with lung cancer: an introduction[J]. Front. Med., 2015, 9(3): 344-349.
[3] Douglas D. Fang, Joan Cao, Jitesh P. Jani, Konstantinos Tsaparikos, Alessandra Blasina, Jill Kornmann, Maruja E. Lira, Jianying Wang, Zuzana Jirout, Justin Bingham, Zhou Zhu, Yin Gu, Gerrit Los, Zdenek Hostomsky, Todd VanArsdale. Combined gemcitabine and CHK1 inhibitor treatment induces apoptosis resistance in cancer stem cell-like cells enriched with tumor spheroids from a non-small cell lung cancer cell line[J]. Front Med, 2013, 7(4): 462-476.
[4] Li Shang, Mingrong Wang. Molecular alterations and clinical relevance in esophageal squamous cell carcinoma[J]. Front Med, 2013, 7(4): 401-410.
[5] Yue Yu, Jie He. Molecular classification of non-small-cell lung cancer: diagnosis, individualized treatment, and prognosis[J]. Front Med, 2013, 7(2): 157-171.
[6] Yize Xiao, Ying Shao, Xianjun Yu, Guangbiao Zhou. The epidemic status and risk factors of lung cancer in Xuanwei City, Yunnan Province, China[J]. Front Med, 2012, 6(4): 388-394.
[7] Jin Gao, Ben Panizza, Newell W. Johnson, Scott Coman, Alan R. Clough. Basic consideration of research strategies for head and neck cancer[J]. Front Med, 2012, 6(4): 339-353.
[8] Ji Qi, David Mu. MicroRNAs and lung cancers: from pathogenesis to clinical implications[J]. Front Med, 2012, 6(2): 134-155.
[9] Min ZHU, Xiang-Ning FU, Xiao-Ping CHEN. Lobectomy by video-assisted thoracoscopic surgery (VATS) for early stage of non-small cell lung cancer[J]. Front Med, 2011, 5(1): 53-60.
[10] Dian-Ke YU PhD, Chen WU MD, Wen TAN MD, Dong-Xin LIN MD, . Functional XPF polymorphisms associated with lung cancer susceptibility in a Chinese population[J]. Front. Med., 2010, 4(1): 82-89.
[11] Bo PENG BA , Jinnong ZHANG MD , Jamile S. WOODS MD , Wei PENG MD, PhD . Molecular markers and pathogenically targeted therapy in non-small cell lung cancer[J]. Front. Med., 2009, 3(3): 245-255.
Full text