正常人腦葡萄糖代謝標準數據庫建立

陳麗敏，左傳濤，黃喆慜，華逢春，趙軍，管一暉

(復旦大學附屬華山醫院 PET中心，上海 200235)

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科室簡介：復旦大學附屬華山醫院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的臨床發展。2008年6月本中心因醫、教、研等多方面的卓越成就，在美國核醫學年會中成為大會重點介紹的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系統評估軟件，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模板將人腦分為134個腦區進行計算。Scenium的這一功能為核醫學及放射學醫師診斷中樞神經系統功能性疾病提供了客觀依據。

近年來腦18F-FDG PET檢查在功能性腦疾病中的應用呈逐年上升趨勢，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[1]。因此，了解正常腦老化的表現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準數據庫，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準。

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、年齡及男女分布見表1。

所有入選者必須符合以下各項條件：(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；無神經障礙（腦血管意外、癲癇等）；無頭部創傷史；(4)無成人疾病，如：消化系統疾病、內分泌系統疾病、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檢查未發現腦部異常占位、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及年齡、性別分布

1.2 受檢者準備

受檢者于檢查前24小時內禁用煙、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℃）的房間內靜息。45～60min后進行顯像。顯像時，受檢者處于安靜、光線較暗的環境中，閉眼、塞耳。

1.3 顯像方法

成像設備為西門子Biograph 64 PET/CT（52環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參數為：電流35mA、電壓120kV、掃描時間2.8s、掃描層厚0.6mm；CT參數為：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圖像進行處理。導入PET圖像至Scenuim軟件，點擊“Fusion to Normal”，將PET圖像標準化到蒙特利爾神經學研究所（Montreal Neurological Institute，MNI）的標準腦圖譜。點擊“Analysis”，根據軟件自帶的腦區劃分模板，將標準化后的腦PET圖像劃分為12個基本腦區（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），再進一步細分為122個細節腦區。由軟件自行計算得到上述134個腦區的SUV值。對每個PET圖像進行上述處理，得到每位受檢者的腦區SUV值。

1.6 統計學分析

1.6.1 將2.5所得各腦區SUV值根據受檢者年齡分組，并轉入SPSS15.0，對相鄰兩組進行成組t檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義的界值。

1.6.2 計算各年齡段不同腦區（L或R）的SUV平均值及其標準差。

1.6.3 計算各年齡段雙側對稱腦區（L及R）的SUV平均值及其標準差。

1.6.4 計算相鄰組間各腦區葡萄糖代謝變化率。

2 結果

2.1 不同年齡段各腦區的SUV平均值數據庫（見附表）

2.2 Scenium和SPSS軟件對不同年齡段各腦區的SUV平均值分析結果

各腦區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（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、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作為一項非侵入性神經功能顯像技術，能通過不同顯像劑從分子層面了解腦細胞的功能和腦傳輸信息的生化機制，并能在CT、MRI等影像技術顯示腦結構改變之前發現其功能異常，進而早期發現相應的功能性腦疾病，達到早診斷、早治療的目的。然而，迄今為止，PET的影像診斷主要仍依靠醫師的個人經驗，盡管SUV值的出現使得PET診斷有了一定的客觀依據，但并無一個比較統一的診斷標準。

本研究通過采集大量正常人腦PET圖像，對其進行標準化并分區測量各腦區SUV值，建立一個基于18F-FDG PET的正常人不同腦區葡萄糖代謝標準數據庫。為功能性腦疾病的PET診斷提供客觀的參考值和診斷標準，避免肉眼觀察的誤差，并滿足不同醫療機構交流、遠程會診的要求，為神經功能網絡數據庫的建立和交流打下基礎。

本數據庫顯示正常人腦不同腦區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對于年齡與腦的研究結果有相似之處。Gur等[2]及Goldstein等[3]分別對健康的中青年及老年人進行了腦的MRI檢查，結果顯示：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。

本數據庫還顯示在所有122個腦區中，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。與上述腦區不同的是，杏仁核、旁中央小葉、小腦、海馬及丘腦等腦區隨著年齡的增加其代謝無明顯變化。這一結果與“最后發育，最先退化”的大腦發育模式基本一致。研究表明[4]：在胚胎期，軀體運動感覺區、腦干、丘腦、小腦蚓等部位發育最早，頂葉、顳葉、枕葉皮質層及基底節區、小腦等部位發育較晚，額葉發育最晚；相對應地，人在出生時，軀體運動感覺區、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、枕葉皮質層及基底節區、小腦等部位的局部葡萄糖代謝率逐漸增加，至6～8個月時，額葉的代謝才達到最高值。因此，本研究認為隨著年齡增加，大腦葡萄糖代謝減低的腦區主要集中在額葉、顳葉及頂葉這些生命后期發育的腦部結構，而皮質下結構等生命早期發育的結構則相對不易受累。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。相關研究表明：島葉[7]是控制交感神經和副交感神經介導的心血管調節最重要的皮層區域，島葉病變會導致心血管功能紊亂及自主神經功能狀態的變化。島葉的代謝減低明顯可能與現代人心血管疾病發病年齡年輕化有關。

此外，正常人腦功能代謝隨年齡代謝減低還表現為非對稱性的特征。左側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，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、進行具體形象思維、發散思維的中樞。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。

國內外學者利用FDG PET對AD、癲癇等功能性腦疾病進行研究，發現某些腦區不同程度的代謝功能改變，但至今尚未有統一的診斷標準。本研究建立的正常人不同年齡段腦葡萄糖代謝標準數據庫闡明了不同腦區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，提供了統一的診斷依據。

本研究選取了318名正常人腦圖像，樣本量大，同時采用了Scenium軟件對圖像及數據進行處理和分析，避免了手繪感興趣區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育及老化產生影響，因此有必要與各地的PET中心合作，進一步擴大樣本量，建立不同人群的正常人腦各腦區葡萄糖代謝的標準數據庫。其次，本數據庫并未針對男女進行分開處理及統計，目前已有的研究對于男女腦代謝的差異意見不一，因此，有必要進一步對男女分別進行數據庫的建立。第三，本研究雖采集了20歲以下正常人腦的PET圖像，并進行了分析，但是并未與其他年齡段進行比較，主要是因為該年齡段正處于生長發育階段，變化范圍較大，在接下來的研究中，可將該年齡段進一步細分，以獲得更有參考價值的數據。最后，本數據庫僅適用于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的其他PET顯像劑的標準數據庫，如針對PD可建立CFT PET的相關標準數據庫。

附表正常人不同年齡段腦葡萄糖代謝標準數據庫

[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.