18F-FDG PET標(biāo)準(zhǔn)腦葡萄糖代謝數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

郭坤，李云波，黃勇，魏熠鑫，張微，袁夢(mèng)暉，魏龍曉

·神經(jīng)影像專題·

18F-FDG PET標(biāo)準(zhǔn)腦葡萄糖代謝數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

郭坤，李云波，黃勇，魏熠鑫，張微，袁夢(mèng)暉，魏龍曉

目的 運(yùn)用MIMneuro軟件構(gòu)建反映不同年齡、性別差異的正常中國(guó)人腦葡萄糖代謝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)。方法 采集78例健康志愿者的腦PET圖像，年齡每隔10歲一組，分為8組，男女性別比例相當(dāng)。用MIMneuro軟件進(jìn)行圖像的歸一化處理，并根據(jù)軟件內(nèi)單腦MRI以及概率MRI進(jìn)行腦區(qū)劃分，構(gòu)建基于區(qū)域及體素分析的腦功能數(shù)據(jù)庫(kù)。結(jié)果 建立正常國(guó)人腦葡萄糖代謝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，為臨床診斷功能性腦病提供平臺(tái)，尤其是癲癇患者術(shù)前準(zhǔn)確定位。結(jié)論 不同年齡段、不同性別的正常人腦葡萄糖代謝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)為功能性腦疾病的PET診斷提供客觀依據(jù)，MIMneuro軟件的自動(dòng)定量分析增加臨床醫(yī)生的診斷信心。

18F-FDG PET；數(shù)據(jù)庫(kù)；定量分析

18F-FDG PET 顯像在功能性腦疾病的應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用[1-3]，尤其在癲癇術(shù)前病灶定位。準(zhǔn)確的癲癇灶定位有助于病灶的切除，提高治愈率，減少病變反復(fù)[4-5]。目前臨床上對(duì)于癲癇患者18F-FDG PET圖像的解讀主要通過(guò)發(fā)作期間顯像，看圖像判斷代謝不對(duì)稱性，尋找葡萄糖代謝減低灶。腦部PET圖像解讀如果僅依靠視覺(jué)分析會(huì)非常困難且主觀性強(qiáng)。為解決這一難題，第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科依托MIMneuro軟件平臺(tái)[6]建立了國(guó)內(nèi)首個(gè)用于臨床診斷的正常腦葡萄糖代謝數(shù)據(jù)庫(kù)，為功能性腦疾病的診斷提供自動(dòng)定量分析平臺(tái)。

1 資料與方法

1.1 志愿者入組 選擇2016年3月～2016年12月期間來(lái)院PET中心行18F-FDG PET/CT檢查的志愿者78例。每隔10歲分為一組，共8組，每組性別比例相當(dāng)。各年齡組人數(shù)、年齡及男女分布見(jiàn)表1。入選者納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)沒(méi)有腦部腫瘤、轉(zhuǎn)移瘤或者腦部附近轉(zhuǎn)移瘤的右利手志愿者，可以走動(dòng)，無(wú)惡病質(zhì)，無(wú)頭顱照射病史；(2)不嗜煙酒；(3)無(wú)精神異常史，無(wú)癡呆，無(wú)神經(jīng)障礙；(4)無(wú)白細(xì)胞增高，無(wú)頭顱外傷；(5)無(wú)貧血；腎功能正常；心肺功能良好；無(wú)艾滋??；(6)頭顱MRI陰性；(7)禁止服用影響顱腦代謝的藥物；(8)MIS分?jǐn)?shù)>5或者M(jìn)MSE分?jǐn)?shù)>24者，每個(gè)志愿者都進(jìn)行心理健康測(cè)試，以問(wèn)卷、MMSE、MIS表格的形式于注射FDG之前或者PET顯像后進(jìn)行。

表1 78例志愿者各年齡段人數(shù)、年齡及性別分布

1.2 受檢者準(zhǔn)備 受檢者于檢查前24 h內(nèi)禁止煙、酒、咖啡以及影響腦葡萄糖代謝的藥物。檢查前6～8 h禁食，可飲水，禁止注射含有葡萄糖的液體。藥物注射前測(cè)血糖，高于11.1mmol/L者剔除。測(cè)量身高、體重，并按照體重5.5mBq/kg靜脈注射18F-FDG。藥物注射后視聽(tīng)封閉至少20 min。50min后顯像。一般境況下，禁止使用鎮(zhèn)靜劑，在本組志愿者中由于包含數(shù)名兒童，未能在掃描過(guò)程中保持安靜，采用水合氯醛口服液進(jìn)行鎮(zhèn)靜。18F-FDG購(gòu)買(mǎi)于江原安迪科正電子研究發(fā)展有限公司(成都，中國(guó))，放射性化學(xué)純度>95%。

1.3 顯像方法 顯像設(shè)備為64排PET/CT掃描儀(GE，美國(guó))。掃描參數(shù)：管電壓 120kV，管電流200mA。CT重建采用濾波反投影法，重建層厚3.3mm，PET衰減校正使用標(biāo)準(zhǔn)的迭代圖像重建的有序子集最大期望值算法，矩陣128×128，28個(gè)子集，過(guò)濾 6.00FWHM。顯像過(guò)程中應(yīng)注意：(1)顯像時(shí)間20min；(2)圖像采集過(guò)程中受檢者處于安靜、清醒狀態(tài)；(3)掃描時(shí)雙手至于身體兩側(cè)；(4)掃描范圍應(yīng)包含整個(gè)頭顱；(5)掃描過(guò)程中頭顱保持固定不動(dòng)，特殊條件下可以使用固定器。

1.4 圖像后處理 使用MIMneuro軟件在MIM工作站對(duì)PET數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理、導(dǎo)入，建立數(shù)據(jù)庫(kù)。使用MIMneuro軟件中的BrainAlign進(jìn)行歸一化處理，其基于標(biāo)識(shí)的形變配準(zhǔn)算法(已申請(qǐng)專利)，可以實(shí)現(xiàn)高精確度的量化對(duì)比分析。根據(jù)受檢者年齡、患者分組依次導(dǎo)入PET圖像。該軟件自帶兩套腦區(qū)劃分模版，一是單腦圖譜，從一名沒(méi)有任何腦部疾患及特殊用藥史的57歲男性經(jīng)高分辨率T1WI MRI掃描獲得；另一即概率圖譜，為了幫助量化具有解剖變異的定位診斷，由10名健康志愿者經(jīng)T1WI MRI掃描獲得。當(dāng)納入的志愿者的腦葡萄糖代謝符合正態(tài)分布時(shí)，軟件會(huì)根據(jù)不同腦區(qū)劃分顯示該區(qū)域、體素葡萄糖代謝正?？尚艆^(qū)間。

2 結(jié) 果

本組采集了78例志愿者18F-FDG PET正常腦樣本，依托MIMneuro軟件平臺(tái)建立了國(guó)內(nèi)首個(gè)臨床診斷用正常腦數(shù)據(jù)庫(kù)?；谠摂?shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)患者與相同年齡段、相同性別的PET正常人群的腦數(shù)據(jù)基于腦區(qū)、體素的量化對(duì)比分析；可以通過(guò)影像體積融合和顯示技術(shù)，突出顯示統(tǒng)計(jì)值顯著性較高的區(qū)域(臨床設(shè)置顯著性差異0.05)，以快速定位代謝異常區(qū)域。以癲癇患者術(shù)前定位診斷為例說(shuō)明該數(shù)據(jù)庫(kù)的意義?；颊?，男性，23歲，發(fā)作性全身抽搐伴意識(shí)障礙18年，藥物治療無(wú)效，擬行外科手術(shù)切除。18F-FDG PET/CT顯像示右顳葉葡萄糖代謝較對(duì)側(cè)減低(視覺(jué)觀察,見(jiàn)圖1)。

圖1 右顳葉葡萄糖代謝較對(duì)側(cè)減低

將該患者PET圖像導(dǎo)入MIMneuro軟件，與正常數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行基于區(qū)域、體素的對(duì)比分析?；趨^(qū)域分析可以根據(jù)軟件自帶的腦區(qū)劃分方案計(jì)算患者該腦區(qū)葡萄糖代謝Z-分值(衡量某一分?jǐn)?shù)與平均數(shù)之間的離差情況)，進(jìn)行不對(duì)稱測(cè)量(表2)。反映基于體素分析圖像僅顯示Z-分值小于顯著性差異的區(qū)域，有助于快速定位異常區(qū)域(圖2)。

3 討 論

目前腦PET圖像的解讀主要是核醫(yī)學(xué)科醫(yī)師根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)通過(guò)視覺(jué)分析進(jìn)行影像診斷。即使SUV值的出現(xiàn)使得PET的定量診斷有了一定的依據(jù)，但目前仍無(wú)統(tǒng)一的診斷標(biāo)準(zhǔn)。因此有必要收集正常人腦PET圖像，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算不同年齡、性別的正常人各腦區(qū)葡萄糖代謝可信區(qū)間，建立基于18F-FDG PET顯像的反映各腦區(qū)正常葡萄糖代謝水平的標(biāo)準(zhǔn)腦數(shù)據(jù)庫(kù)，為功能性腦疾病的診斷提供客觀依據(jù)；避免觀察的誤差，增加臨床醫(yī)生對(duì)PET圖像的解讀信心；并滿足不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)的交流，遠(yuǎn)程會(huì)診的要求。本研究采集78名正常志愿者腦PET圖像，結(jié)合MIMneuro軟件建立反映正常人腦葡萄糖代謝數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，軟件中的Brain Align是基于標(biāo)識(shí)的形變算法，其通過(guò)將每個(gè)大腦與標(biāo)準(zhǔn)模版精細(xì)配準(zhǔn)，提高量化對(duì)比的準(zhǔn)確性[7]。其次，基于該數(shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)患者與相同年齡段、相同性別的PET正常人群的腦數(shù)據(jù)基于腦區(qū)、體素的量化對(duì)比分析。通過(guò)影像體積融合和顯示技術(shù)，突出顯示統(tǒng)計(jì)值顯著性較高的區(qū)域，以快速定位代謝異常區(qū)域，為神經(jīng)系統(tǒng)功能性疾病提供定量分析解決方案[8-9]。本數(shù)據(jù)庫(kù)為國(guó)內(nèi)首個(gè)用于臨床診斷的腦功能數(shù)據(jù)庫(kù)，在我院癲癇患者術(shù)前準(zhǔn)確定位中發(fā)揮著重要作用。

表2 MIMneuro軟件定量分析結(jié)果

圖2 右顳葉顯示低代謝病灶

2010年復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院PET中心陳麗敏等[10]利用Scenium軟件通過(guò)對(duì)正常人腦18F-FDG PET圖像進(jìn)行處理，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，獲得了不同年齡段各個(gè)腦區(qū)SUV平均值的參考范圍，建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)的建立為功能性腦疾病的PET診斷提供了客觀的參考值和診斷標(biāo)準(zhǔn)。本研究依托MIMneuro軟件平臺(tái)建立了國(guó)內(nèi)首個(gè)可以用于臨床診斷用的腦功能數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)不僅可以獲得各個(gè)腦區(qū)葡萄糖代謝的參考范圍，而且基于該數(shù)據(jù)庫(kù)，還可以實(shí)現(xiàn)患者PET圖像與不同年齡段、不同性別的正常人群的腦數(shù)據(jù)進(jìn)行基于區(qū)域、體素的量化對(duì)比分析，通過(guò)軟件自帶的腦區(qū)劃分系統(tǒng)，突出顯示統(tǒng)計(jì)值顯著性差異較高的區(qū)域，快速定位代謝異常區(qū)域，并進(jìn)行定位，其自動(dòng)量化分析的優(yōu)勢(shì)使得臨床診斷更客觀、更方便，避免了手繪ROI區(qū)計(jì)算葡萄糖代謝再與正常數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析的誤差。該數(shù)據(jù)庫(kù)的另一優(yōu)勢(shì)即軟件自帶兩套腦區(qū)劃分系統(tǒng)，一是單腦圖譜，從一名沒(méi)有任何腦部疾患及特殊用藥史的57歲男性經(jīng)高分辨率T1WI MRI掃描獲得；另一即概率圖譜，為了幫助量化具有解剖變異的定位診斷，由10名健康志愿者經(jīng)T1WI MRI掃描獲得，后者對(duì)部分腦發(fā)育不良患者，或腦萎縮患者的病灶準(zhǔn)確定位具有重要意義[11]。

此外，本數(shù)據(jù)庫(kù)還針對(duì)性別進(jìn)行分組。目前已有研究對(duì)男女腦代謝意見(jiàn)不一[12-14]，因此在定量對(duì)比分析時(shí)，有必要對(duì)性別進(jìn)行分層分析。陳麗敏等建立的數(shù)據(jù)庫(kù)提示正常人各腦區(qū)葡萄糖代謝存在兩個(gè)明顯減低的趨勢(shì)的年齡段，分別為31～40歲，61～70歲，前者的原因可能為21～30歲年齡段腦功能較為活躍，而31～40年齡段步入中年，腦功能有所下降，趨勢(shì)相對(duì)較其他年齡段明顯。而后者的原因在于人體步入老年期后的正常老化現(xiàn)象。本數(shù)據(jù)庫(kù)的建立也是采用每10歲一個(gè)年齡段進(jìn)行分析，目的在于隨著年齡的增長(zhǎng)，腦區(qū)葡萄糖代謝情況亦會(huì)存在差異。尤其是20歲以下，正處于生長(zhǎng)發(fā)育階段，變化范圍大，更應(yīng)該進(jìn)行分組分析，但由于倫理等的限制，0～10歲組志愿者數(shù)目相對(duì)較少。本研究設(shè)計(jì)擬納入地域因素可能影響腦葡萄糖代謝，但本單位位于西北地區(qū)，志愿者主要集中于當(dāng)?shù)兀瑬|部以及南部患者較少，因此有必要與各地的PET中心合作，進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，建立反映不同地域的正常人腦葡萄糖代謝的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

目前MIM系列軟件產(chǎn)品已應(yīng)用于全球3 000家以上的醫(yī)院，MIM軟件公司基于MIMneuro平臺(tái)已在國(guó)際會(huì)議和期刊上發(fā)表論文成果12項(xiàng)，美國(guó)已經(jīng)依托該軟件建立了反映正常成人腦葡萄糖的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于早老性癡呆診斷的客觀依據(jù)[15]。本研究建立的數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了不同年齡、性別各腦區(qū)葡萄糖代謝的正?？尚艆^(qū)間，其基于體素、區(qū)域的自動(dòng)定量分析為癡呆、癲癇等功能性疾病提供客觀診斷依據(jù)，增加臨床醫(yī)生診療信心。

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(收稿2017-03-13 修回2017-04-19)

Establishment of standard brain18F-FDG PET database in Chinese population

GUOKun,LIYun-bo,HUANGYong，etal.
DepartmentofNuclearMedicine，AffiliatedTangduHospitaloftheFourthMilitaryUniversity，Xi’an710038，China

WEILong-xiao

Objective To establish the standard cerebral glucose metabolism database in different ages and gender in Chinese population by using18F-FDG PET and MIMneuro software.Methods18F-FDG PET brain imaging data acquired from 78 healthy volunteers were grouped by age of 10-year interval and divided into 8 groups，gender radio were equal.BrainAlign，the landmark-based deformation algorithm，ensures consistency and accuracy for each case.Regional-based or voxel-based analysis for more confident image interpretation.Results The normal standard18F-FDG PET database of Chinese population was established，providing quantitative platform for the diagnosis of functional brain disorders，especially accurate preoperative location of epilepsy patients.Conclusions The normal standard18F-FDG PET database providing objective basis for the interpretation of PET images，the automatic quantitative analysis increases the confidence of clinicians.

18F-FDG PET;database;quantitative analysis

2015年度唐都醫(yī)院新技術(shù)新業(yè)務(wù)

710038 西安，第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科

魏龍曉

10.3969/j.issn.1672-7770.2017.04.006

R817.4

A

1672-7770(2017)04-0263-04