正常人腦葡萄糖代謝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫建立

陳麗敏，左傳濤，黃喆慜，華逢春，趙軍，管一暉

(復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院 PET中心，上海 200235)

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科室簡介：復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院PET中心成立于1998年，是我國首批成立的PET中心之一。自1998年12月15日完成第一例18F-FDG PET全身檢查以來，至今已完成四萬余例臨床檢查，解決了大批疑難雜癥診斷的同時，推動了PET/CT的臨床發(fā)展。2008年6月本中心因醫(yī)、教、研等多方面的卓越成就，在美國核醫(yī)學(xué)年會中成為大會重點(diǎn)介紹的10個PET中心之一，同時也是亞洲唯一一家被介紹的PET中心。

Scenium軟件：Scenium軟件是西門子公司推出的一款高級神經(jīng)系統(tǒng)評估軟件，用于PET及SPET的腦葡萄糖代謝評估。該軟件可自動將PET或SPECT圖像與CT或MRI融合，并能按其自帶的腦分區(qū)模板將人腦分為134個腦區(qū)進(jìn)行計算。Scenium的這一功能為核醫(yī)學(xué)及放射學(xué)醫(yī)師診斷中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能性疾病提供了客觀依據(jù)。

近年來腦18F-FDG PET檢查在功能性腦疾病中的應(yīng)用呈逐年上升趨勢，對癲癇、阿爾茨海默病等功能性腦疾病的診斷和評價有重要價值，研究顯示隨年齡增加，正常腦老化亦會有18F-FDG PET的異常表現(xiàn)[1]。因此，了解正常腦老化的表現(xiàn)有助于鑒別生理性改變與病理性改變，對疾病診斷與分析十分重要。本研究旨在通過對大樣本量正常人不同年齡段腦的18F-FDG PET圖像進(jìn)行分析比較，揭示正常人腦局部葡萄糖代謝隨年齡變化的趨勢，建立正常人不同年齡段腦葡萄糖代謝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，為功能性腦疾病的18F-FDG PET診斷提供客觀的參考值和診斷標(biāo)準(zhǔn)。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選取2007年10月～2009年1月期間來華山醫(yī)院PET中心行18F-FDG PET/CT全身健康體檢者318例，其中男、女各159例，年齡在4～80歲之間，平均年齡（45.43±19.25）歲。將318例體檢者按年齡分成7組，其中20歲以下歸為1個組，21～80歲按每10歲為1個年齡段分成6組。各年齡段人數(shù)、年齡及男女分布見表1。

所有入選者必須符合以下各項(xiàng)條件：(1)既往身體健康，近期無不適；(2)無酒精或藥物濫用史；(3)無精神異常史；無癡呆；無神經(jīng)障礙（腦血管意外、癲癇等）；無頭部創(chuàng)傷史；(4)無成人疾病，如：消化系統(tǒng)疾病、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病、心血管疾病等；(5)體格檢查（包括視野、聽力、語言功能等）正常；(6)心率<100次/min，血壓收縮壓<140mmHg，舒張壓<90mmHg；(7)檢查前空腹血糖低于6.1mmol/L；(8)頭顱MRI未見明顯異常；(9)簡易智能狀態(tài)評分量表（MMSE）總分在正常范圍；(10)右利手；(11)本次PET/CT檢查未發(fā)現(xiàn)腦部異常占位、畸形及腦血管疾病。

表1 318例18F-FDG PET/CT健康體檢者各年齡段人數(shù)及年齡、性別分布

1.2 受檢者準(zhǔn)備

受檢者于檢查前24小時內(nèi)禁用煙、酒、咖啡及藥物（包括安定、阿司匹林、抗組胺類藥物等），檢查前8小時禁食，檢查前夜保證充足睡眠。在靜脈注射前測量血糖、心率、血壓及身高、體重，按體重3.7～7.4mBq/kg靜脈注射18F-FDG。注射后，佩戴眼罩及耳塞以減少外界聲光等刺激，在避光、安靜、溫度適中（20～26℃）的房間內(nèi)靜息。45～60min后進(jìn)行顯像。顯像時，受檢者處于安靜、光線較暗的環(huán)境中，閉眼、塞耳。

1.3 顯像方法

成像設(shè)備為西門子Biograph 64 PET/CT（52環(huán)LSO晶體/64層螺旋CT），18F-FDG由本中心藥物室提供。放化純>95%。注射藥物后45～60min后行檢查。首先進(jìn)行體部Topogram定位掃描，電流35mA、電壓120kV、掃描時間10.5s、掃描層厚0.6mm；接著進(jìn)行體部CT掃描，電流170mA、電壓120kV、掃描時間18.67s、掃描層厚5.0mm；最后進(jìn)行體部PET掃描，采集床位5個。頭部掃描順序同體部掃描，Topogram參數(shù)為：電流35mA、電壓120kV、掃描時間2.8s、掃描層厚0.6mm；CT參數(shù)為：電流300mA、電壓120kV、掃描時間16.01s、掃描層厚3.0mm；PET采集床位1個。采集環(huán)境安靜、避光，采集過程中頭部保持不動。

1.4 圖像重建

體部CT重建采用濾波反投影法，重建層厚3.0mm、核B29f PET smooth、FOV（field of view）300mm2；體部 PET 重建采用True X重建法，Gaussian濾波、FWHM 4.0mm，矩陣為 168×168。

腦部CT重建同樣采用濾波反投影法，重建層厚1.5mm、核H19s PET very smooth、FOV 500mm2；腦部PET重建采用Backprojetion重建法、Gaussian濾波、FWHM3.5mm，矩陣為256×256。

1.5 圖像處理

使用西門子腦功能分析軟件（Scenium軟件）在Leonardo工作站對PET圖像進(jìn)行處理。導(dǎo)入PET圖像至Scenuim軟件，點(diǎn)擊“Fusion to Normal”，將PET圖像標(biāo)準(zhǔn)化到蒙特利爾神經(jīng)學(xué)研究所（Montreal Neurological Institute，MNI）的標(biāo)準(zhǔn)腦圖譜。點(diǎn)擊“Analysis”，根據(jù)軟件自帶的腦區(qū)劃分模板，將標(biāo)準(zhǔn)化后的腦PET圖像劃分為12個基本腦區(qū)（額葉L、額葉R、顳葉L、顳葉R、頂葉L、頂葉R、枕葉L、枕葉R、小腦L、小腦R、丘腦L、丘腦R），再進(jìn)一步細(xì)分為122個細(xì)節(jié)腦區(qū)。由軟件自行計算得到上述134個腦區(qū)的SUV值。對每個PET圖像進(jìn)行上述處理，得到每位受檢者的腦區(qū)SUV值。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

1.6.1 將2.5所得各腦區(qū)SUV值根據(jù)受檢者年齡分組，并轉(zhuǎn)入SPSS15.0，對相鄰兩組進(jìn)行成組t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義的界值。

1.6.2 計算各年齡段不同腦區(qū)（L或R）的SUV平均值及其標(biāo)準(zhǔn)差。

1.6.3 計算各年齡段雙側(cè)對稱腦區(qū)（L及R）的SUV平均值及其標(biāo)準(zhǔn)差。

1.6.4 計算相鄰組間各腦區(qū)葡萄糖代謝變化率。

2 結(jié)果

2.1 不同年齡段各腦區(qū)的SUV平均值數(shù)據(jù)庫（見附表）

2.2 Scenium和SPSS軟件對不同年齡段各腦區(qū)的SUV平均值分析結(jié)果

各腦區(qū)葡萄糖代謝隨年齡增加呈遞減趨勢，且31～40歲年齡段及60～70歲年齡段代謝明顯減低。葡萄糖代謝顯著減低的腦區(qū)為額葉、顳葉（主要是顳極及顳橫回）、島葉、扣帶回（主要是前扣帶回）及基底節(jié)（主要是尾狀核）等，其中又以島葉代謝減低最明顯，其次是扣帶回、基底節(jié)、額葉、顳葉，除島葉外均以左半球減低顯著，而小腦、杏仁核、海馬、海馬旁回的葡萄糖代謝隨年齡增加未見明顯減低。

3 討論

PET作為一項(xiàng)非侵入性神經(jīng)功能顯像技術(shù)，能通過不同顯像劑從分子層面了解腦細(xì)胞的功能和腦傳輸信息的生化機(jī)制，并能在CT、MRI等影像技術(shù)顯示腦結(jié)構(gòu)改變之前發(fā)現(xiàn)其功能異常，進(jìn)而早期發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的功能性腦疾病，達(dá)到早診斷、早治療的目的。然而，迄今為止，PET的影像診斷主要仍依靠醫(yī)師的個人經(jīng)驗(yàn)，盡管SUV值的出現(xiàn)使得PET診斷有了一定的客觀依據(jù)，但并無一個比較統(tǒng)一的診斷標(biāo)準(zhǔn)。

本研究通過采集大量正常人腦PET圖像，對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化并分區(qū)測量各腦區(qū)SUV值，建立一個基于18F-FDG PET的正常人不同腦區(qū)葡萄糖代謝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。為功能性腦疾病的PET診斷提供客觀的參考值和診斷標(biāo)準(zhǔn)，避免肉眼觀察的誤差，并滿足不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)交流、遠(yuǎn)程會診的要求，為神經(jīng)功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的建立和交流打下基礎(chǔ)。

本數(shù)據(jù)庫顯示正常人腦不同腦區(qū)功能代謝隨年齡增加呈非勻速性遞減特征，其中以61～70歲年齡段最明顯，其次為31～40歲年齡段。這與既往其他影像學(xué)對于年齡與腦的研究結(jié)果有相似之處。Gur等[2]及Goldstein等[3]分別對健康的中青年及老年人進(jìn)行了腦的MRI檢查，結(jié)果顯示：無論是中青年還是老年，腦體積均隨年齡的增長而減少，并且這種影響在老年人中更為明顯。31～40歲年齡段遞減趨勢明顯的另一原因可能為：21～30歲年齡段人處于青壯年期，腦功能較為活躍，而31～40歲年齡段人步入中年，腦功能有所下降，因此其降低趨勢相比其他年齡段更明顯。

本數(shù)據(jù)庫還顯示在所有122個腦區(qū)中，代謝減低主要涉及島葉、扣帶回、基底核、額葉及顳葉。其中，以島葉最為明顯；而在基底核中，尾狀核的代謝減低比其他核團(tuán)更明顯；顳上回及顳橫回較顳葉其他部分代謝減低更顯著。與上述腦區(qū)不同的是，杏仁核、旁中央小葉、小腦、海馬及丘腦等腦區(qū)隨著年齡的增加其代謝無明顯變化。這一結(jié)果與“最后發(fā)育，最先退化”的大腦發(fā)育模式基本一致。研究表明[4]：在胚胎期，軀體運(yùn)動感覺區(qū)、腦干、丘腦、小腦蚓等部位發(fā)育最早，頂葉、顳葉、枕葉皮質(zhì)層及基底節(jié)區(qū)、小腦等部位發(fā)育較晚，額葉發(fā)育最晚；相對應(yīng)地，人在出生時，軀體運(yùn)動感覺區(qū)、腦干、丘腦、小腦蚓等部位的代謝最高，隨后在新生兒3個月左右，頂葉、顳葉、枕葉皮質(zhì)層及基底節(jié)區(qū)、小腦等部位的局部葡萄糖代謝率逐漸增加，至6～8個月時，額葉的代謝才達(dá)到最高值。因此，本研究認(rèn)為隨著年齡增加，大腦葡萄糖代謝減低的腦區(qū)主要集中在額葉、顳葉及頂葉這些生命后期發(fā)育的腦部結(jié)構(gòu)，而皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)等生命早期發(fā)育的結(jié)構(gòu)則相對不易受累。但與既往研究不同的是本研究中代謝降低最明顯的為島葉。相關(guān)研究表明：島葉[7]是控制交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)介導(dǎo)的心血管調(diào)節(jié)最重要的皮層區(qū)域，島葉病變會導(dǎo)致心血管功能紊亂及自主神經(jīng)功能狀態(tài)的變化。島葉的代謝減低明顯可能與現(xiàn)代人心血管疾病發(fā)病年齡年輕化有關(guān)。

此外，正常人腦功能代謝隨年齡代謝減低還表現(xiàn)為非對稱性的特征。左側(cè)半球較右半球更為顯著，說明人腦的正常老化是一種非對稱性的減退過程。這可能與左右半球的功能差異有關(guān)，研究表明：左腦是抽象邏輯思維、分析思維的中樞，而右腦則是處理表象、進(jìn)行具體形象思維、發(fā)散思維的中樞。我們的社會是一個以語言思維定向的社會，因此在日常生活中，左腦的利用率更高，這可能正是左腦老化較明顯的重要原因之一。

國內(nèi)外學(xué)者利用FDG PET對AD、癲癇等功能性腦疾病進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)某些腦區(qū)不同程度的代謝功能改變，但至今尚未有統(tǒng)一的診斷標(biāo)準(zhǔn)。本研究建立的正常人不同年齡段腦葡萄糖代謝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫闡明了不同腦區(qū)正常腦老化代謝功能改變的趨勢，有助于AD、癲癇等功能性腦疾病與正常腦的比較研究，提供了統(tǒng)一的診斷依據(jù)。

本研究選取了318名正常人腦圖像，樣本量大，同時采用了Scenium軟件對圖像及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，避免了手繪感興趣區(qū)等可能造成誤差的因素，但仍有其不足之處。首先，地域、文化及受教育程度等因素可能對腦部發(fā)育及老化產(chǎn)生影響，因此有必要與各地的PET中心合作，進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，建立不同人群的正常人腦各腦區(qū)葡萄糖代謝的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。其次，本數(shù)據(jù)庫并未針對男女進(jìn)行分開處理及統(tǒng)計，目前已有的研究對于男女腦代謝的差異意見不一，因此，有必要進(jìn)一步對男女分別進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的建立。第三，本研究雖采集了20歲以下正常人腦的PET圖像，并進(jìn)行了分析，但是并未與其他年齡段進(jìn)行比較，主要是因?yàn)樵撃挲g段正處于生長發(fā)育階段，變化范圍較大，在接下來的研究中，可將該年齡段進(jìn)一步細(xì)分，以獲得更有參考價值的數(shù)據(jù)。最后，本數(shù)據(jù)庫僅適用于FDG代謝改變的腦功能性疾病，對于PD等無明顯FDG代謝異常的腦功能性疾病，需要建立與之相對應(yīng)的其他PET顯像劑的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，如針對PD可建立CFT PET的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。

附表正常人不同年齡段腦葡萄糖代謝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫

[1]Tumeh P C, et al. Structural and functional imaging correlates for age-related changes in the brain[J]. Seminars in Nuclear Medicine,2007, 37 (2): 69-87.

[2]Gur R C, et al. Brain region and sex differences in age association with brain volume - A quantitative MRI study of healthy young adults[J]. American Journal of Geriatric Psychiatry,2002,10 (1):72-80.

[3]Goldstein I B, et al. Ambulatory blood pressure and brain atrophy in the healthy elderly[J]. Neurology, 2002, 59 (5):713-719.

[4]Vannucci R C, et al. Glucose metabolism in the developing brain[J]. Seminars in Perinatology, 2000, 24 (2):107-115.

[5]Laowattana S, et al. Increased risk of cardiovascular outcomes and neurogenic stunned myocardium in patients with stroke localized in the left insula[J]. Circulation, 2001,104:17 (Supplement).

[6]Reverberi C, et al. Generation and recognition of abstract rules in different frontal lobe subgroups[J]. Neuropsychologia, 2005, 43(13):1924-1937.

[7]Murray E A, et al. Visual perception and memory: A new view of medial temporal lobe function in primates and rodents[J]. Annual Review of Neuroscience, 2007, 30:99-122.