PET脑代谢显像：实用核医学诊疗技术

2023-12-07 历史故事版权反馈

【摘要】：脑PET显像反映了脑内的各种生理、生化过程，包括血流量、血容量、局部葡萄糖代谢、氨基酸代谢、蛋白质合成、血脑屏障的完整性、受体的密度和分布以及神经精神药物药理作用过程等。FDG－PET可以从分子水平评价脑神经细胞的代谢，从而早期诊断疾病。3)视PET机型不同，选择其适当的重建参数进行图像的重建。怀孕和哺乳期妇女一般不进行PET检查。

2.3　PET脑代谢显像

【原理】　　正电子发射断层显像作为一种显像技术，经过半个多世纪的发展，尤其是进入20世纪90年代以来，PET显像已从研究阶段全面进入临床应用阶段，PET已成为重要的临床检查手段之一，为神经精神科学的发展提供了有力的支持。脑PET显像反映了脑内的各种生理、生化过程，包括血流量、血容量、局部葡萄糖代谢、氨基酸代谢、蛋白质合成、血脑屏障的完整性、受体的密度和分布以及神经精神药物药理作用过程等。通过PET可以观察到脑组织的功能状态和正常人的高级精神活动过程，以及各种脑疾患引起的行为和感觉变化，PET在神经精神系统中的应用越来越显示其在脑功能研究中的巨大潜力。

最常用的代谢显像是葡萄糖代谢显像，从显像的原理来看，图像的质量也是以FDG脑显像最佳。本节重点介绍最有代表性的脑葡萄糖代谢显像，而对氧代谢显像和蛋白质代谢显像及神经受体显像只进行简单介绍。

脑的代谢非常旺盛，其能量绝大部分(90%以上)来自糖的氧代谢。由于脑组织本身并不能储存能量，所以需要连续不断地供应氧气和葡萄糖。葡萄糖几乎是脑细胞能量代谢的唯一来源。

¹⁸F－FDG(2－¹⁸F－2－脱氧－D－葡萄糖)为葡萄糖的类似物，静脉注入人体后进入脑组织，在己糖激酶的作用下磷酸化生成6－磷酸－FDG，后者不能进一步代谢，而滞留于脑细胞。通过FDG－PET显像，可反映大脑在生理或病理情况下葡萄糖代谢情况，应用动态采集，还可获得糖代谢的各种速率常数、脑组织葡萄糖代谢率等定量参数，在脑功能性疾病诊断方面有很高的临床价值。FDG－PET可以从分子水平评价脑神经细胞的代谢，从而早期诊断疾病。

【检查方法】

(1)检查前准备

1)熟悉病情、采集相关病史，并了解是否存在影响FDG摄取的因素，其中包括近期化疗、放疗、手术及其他用药情况(如激素等);CT及MR I等影像学资料;病理资料;是否有糖尿病病史;癫痫患者的发作情况、抗癫痫药物治疗情况、脑电图资料等。

2)注射显像剂前禁食4～6 h，检查者保持安静，戴黑眼罩和耳塞，常规视听封闭，平静休息15 min，静脉注射显像剂¹⁸F－FDG 10 mCi/m l，安静休息45～60 min后进行显像。患者仰卧于检查床上，置头部于头托中。固定头部在检查过程中保持体位不变。利用计算机ROI技术和一定的生理数学模型，可得到局部脑葡萄糖代谢率(local cerebral metabolic rate of glucose，LCMRGlu)及脑葡萄糖代谢率(cerebral metabolic rate of glucose，CMRGlu)。

3)视PET机型不同，选择其适当的重建参数(重建方式、滤波函数、矩阵大小、放大因子、截止频率、陡度因子等)进行图像的重建。一般采集矩阵128×128。采用滤波反投影重建方法，并进行衰减校正，层厚4 mm。

(2)脑氧代谢显像　¹⁵ O₂被受检者吸入后，参与氧代谢全过程，用PET进行动态显像可得到脑氧代谢率(cerebral metabolic rate of oxygen，CMRO₂)。结合CBF测定结果，还可计算出人脑的氧摄取分数(oxygen extraction fraction，OEF)，计算公式为OEF=CMRO₂/CBF。

(3)脑蛋白质代谢显像　利用11C－MET(¹¹C－甲基－L－蛋氨酸)、¹¹C－TYR(¹¹C－酪氨酸)、¹⁸F－FET(¹⁸F－氟代乙基酪氨酸)和¹²³ I－IMT(¹²³I－碘代甲基酪氨酸)等做显像剂，可获得反映脑内氨基酸摄取和蛋白质合成功能的影像。

(4)中枢神经受体显像　是利用放射性核素标记的特定配基，鉴于受体－配体特异性结合性能，在活体人脑水平对特定受体结合位点进行精确定位，并获得受体的分布、密度与亲和力影像;利用放射性标记的合成神经递质的前体物质，尚可观察特定中枢神经递质的合成或释放、与突触后膜受体结合以及再摄取情况，称为神经递质显像。借助生理数学模型，可以获得中枢神经递质或受体的定量或半定量参数，从而对某些神经递质或受体相关性疾病作出诊断、治疗决策、疗效评价和预后判断。目前中枢神经递质和受体显像多处于研究阶段，研究的受体主要有多巴胺受体、乙酰胆碱受体、5－羟色胺受体、苯二氮受体和阿片受体等。

【注意事项】

(1)有糖尿病病史或糖耐量异常者，应测定血中葡萄糖浓度。理想的血糖水平在60～120mg/dl(3.33～6.67mmol/L)，若血糖高于200mg/dl(11.11mmol/L)，则应采取措施调控血糖。

(2)怀孕和哺乳期妇女一般不进行PET检查。怀孕妇女确需进行PET检查时，应认定检查的益处远大于对胎儿的不良影响，由申请医师告知患者或患者委托的直系家属，并取得知情同意，且必须调整注射剂量。

(3)对不合作患者可应用适量镇静剂。(www.chuimin.cn)

(4)对癫痫发作频繁者，应进行脑电图监测，了解有无亚临床发作。

(5)PET或SPECT/PET　图像要结合CT或MR I的影像结果，进行综合判断，最好能进行图像融合，从而使精确的解剖结构与灵敏的代谢改变融为一体。

(6)患者应向医师提供尽可能详细的病史及其他影像学、电生理检查资料。

【图像分析及结果判断】

(1)正常影像　　生理静息状态下，脑¹⁸F－FDG葡萄糖代谢的影像与脑局部血流灌注显像的影像相似，也表现为左右对称的图像。灰质影像明显浓于白质，大脑皮质、基底节、丘脑、脑干、小脑的影像清晰，左右两侧基本对称。全脑葡萄糖代谢率的参考值为20～51μmol/(100 g·min)。左、右大脑半球的平均局部脑葡萄糖代谢率分别为(37.67± 8.67)mg/(100 mg·min)和(37.11± 8.72)mg/(100 g·m in)，左右半球间差异没有统计学意义。

(2)异常影像　　包括全脑摄取葡萄糖降低，局部葡萄糖代谢率降低、缺损，局部葡萄糖代谢异常升高、交叉失联络症等。这些异常影像的表现基本上和脑血流灌注显像相似。

【临床应用】

(1)PET　在脑肿瘤的临床诊断和评价方面具有重要作用其具体包括肿瘤分级、放射性坏死与肿瘤复发的鉴别、预后判断等。FDG－PET显像结果表明，高度恶性肿瘤为高代谢，而低度恶性肿瘤为低代谢。值得注意的是，FDG－PET显像并不总是与CT显像相关，尽管绝大多数高代谢肿瘤CT表现为增强，仅50%的低度恶性肿瘤显示强化，强化通常为恶性程度高的一个标志。当两者矛盾时，FDG－PET比CT或MR I较能确切地判定恶性程度。PET在脑肿瘤中应用较多且具有重要价值的是肿瘤放疗后复发与坏死水肿等的鉴别诊断。脑放射损伤是放疗的主要并发症，其症状也为颅内高压的表现，与肿瘤复发相似;由于两者都有占位效应，并且都有血－脑脊液屏障破坏，CT和MRI(包括增强)表现也多相仿，故两者鉴别诊断困难，但两者预后和治疗方案又完全不同。PET有助于鉴别肿瘤的复发与坏死，由于放射性损伤后脑细胞较正常组织少，故损伤区糖代谢低于正常。如果增强病灶存在FDG摄取，则提示有活力的肿瘤存在或肿瘤复发。胶质瘤治疗后的复发在FDG－PET图像上可表现为不规则片状、环状、局灶性或点状的异常放射性浓聚。相反，如果无FDG摄取，则为坏死。

(2)脑功能研究　在生理静息状态下，正常人左右两侧大脑半球葡萄糖代谢基本对称，接受外界刺激或运动肢体时，由于支配感觉或运动中枢的能量需求和代谢活动加强，其所对应的特定区域的葡萄糖代谢表现出相应变化，显示该中枢所在局部部位的放射性增强。若给予单纯语言刺激时，则左侧颞叶代谢增高;用灯光给予视觉刺激时，视觉皮质代谢增高;单侧手指运动时，对侧中央前回及辅助运动皮质区代谢增高;给予音乐刺激时，右侧颞叶代谢增高。

(3)脑血管疾病　脑血管疾病对葡萄糖代谢和脑血流灌注有明显的影响。脑梗死急性期第2天，可见LCMRGlu增高而rCBF却降低，呈明显的不匹配现象。这可能是由于局部短暂性无氧酵解增强的缘故。在发病后1～3周可见梗死灶周围脑血流呈过度灌注，而葡萄糖代谢却明显减低。这是因为调节机制受损，受损伤的脑组织血管扩张，造成非营养性血流灌注增高的结果。病情进入稳定期后，葡萄糖代谢和脑血流灌注恢复匹配，梗死灶内局部葡萄糖利用达最低程度。

(4)癫痫　癫痫根据病因分为原发性和继发性两大类。对药物难治性原发性癫痫，手术切除癫痫病灶是有效的治疗方法，而成功的关键是术前准确定位。原发性癫痫患者头皮脑电图、CT、MRI检查难以发现致痫灶。FDG－PET或SPECT/PET研究表明，癫痫发作间期病灶部位葡萄糖代谢减低，而发作期代谢增高。颞叶患者低代谢可波及同侧海马及额叶、顶叶，丘脑的低代谢可作为癫痫灶定侧诊断的一个有价值的指标。小脑的低代谢可发生于对侧、双侧或同侧。颞叶癫痫患者，FDG－PET能够预测颞叶切除术后患者的预后，广泛低代谢的患者手术效果差，致痫灶低代谢程度越明显，手术切除后癫痫不发作的概率越高。

癫痫病灶往往仅有脑功能和代谢的改变，而无脑组织结构和形态方面的损失。CT和MR I等能精确反映脑部形态学的变化，对癫痫的诊断有其作用，但对没有形态学改变的病灶往往无异常发现。此外，放射性核素脑显像所显示的低灌注病灶范围往往较CT、MR I所示结构异常区大，这是由于病灶局部向邻近血管“窃血”显像所致。因此，结合核医学影像、CT、MR I，可有效提高非创伤性的定位癫痫病灶的能力。

(5)A　lzheimer病的早期诊断与鉴别诊断　前瞻性研究发现，PET比临床诊断方法(包括血液学检查、反复性的神经心理测试、脑电图等)能提前约2.5年检测Alzheimer病，其准确性在90%以上。Alzheimer病早期双侧顶叶出现对称性减低，晚期双侧颞叶出现减低，常累及额叶，最后导致全脑的代谢减低。PET对痴呆治疗的评价也是重要的，这是因为PET能够早期准确诊断AD，并与其他类型痴呆及与正常老化进行鉴别诊断、病程生物学分期及治疗的生物学反应评价。多发性梗死性痴呆典型图像表现为脑内散在的、多发和不规则的代谢减低区，往往和脑血流灌注显像所示的放射性减低、缺损区相吻合。进行性豆状核变性病表现为豆状核葡萄糖代谢明显下降，也可伴有全脑的葡萄糖代谢减低。而慢性进行性舞蹈病痴呆，无论早、晚期尾状核代谢始终减低。震颤麻痹伴痴呆除颞顶叶代谢降低外，纹状体葡萄糖代谢异常，特别是初级视觉皮质代谢明显减低，侧枕叶中度减低，而中颞叶相对保留。

FDG－PET还可对记忆能力的减退作出预后评价，例如相关皮质的相对低代谢能够预测是否会发生认知功能的下降，而且发现有关记忆标准测试结果下降幅度与下顶叶、上颞叶及后扣带回初期的低代谢程度相关。痴呆患者的神经功能缺失症状往往与低代谢或低灌注区相吻合，有明显语言功能障碍或出现失语时，可见左额、颞、顶叶以及外侧裂区代谢明显减低;记忆缺失者，双侧中颞叶血流灌注减低且以右侧为著。

(6)精神障碍精神分裂症与局部大脑皮质和神经核团功能障碍的定位研究已有一些进展。多数精神分裂症患者额叶和前扣带回的LCMRGlu明显降低，但轻度躁狂期的全脑代谢率与正常对照组无明显差异。抑郁患者未经药物治疗前的全脑LCMRGlu亦在正常范围，但病情好转、情感恢复正常时，基底节LCMRGlu明显增高。精神分裂症LCMRGlu的改变与病程和类型有关。

(7)脑生理功能和智能研究　脑代谢显像可用于人脑生理功能和智能研究，包括智力的神经学基础研究，如语言、数学、记忆、注意力、计划、比较、思维、判断等涉及认知功能的活动，同时还能够研究大脑功能区的分布、数量、范围及特定刺激下上述各种活动与能量代谢之间的内在关系。

PET脑代谢显像：实用核医学诊疗技术

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