PET-MR成像在帕金森病中的應用進展

張夢煥，白巖，馮芹，王夢珂，王梅云*

作者單位：1.鄭州大學人民醫院醫學影像科(河南省人民醫院)，鄭州450003；2.河南省人民醫院 河南省神經疾病影像診斷與研究重點實驗室，鄭州450003

帕金森病(Parkinson's disease，PD)是一種相當復雜的疾病，其整個大腦的結構和功能均發生改變，最終導致多個系統受累。其復雜程度不僅體現在發病機制上，還在臨床表現上有所體現，例如，除了常見的運動癥狀，還會出現認知、情感、行為等非運動癥狀，這些改變可出現在PD 的中晚期，但有時也在運動癥狀之前就出現[1-2]。前期，磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、正電子發射型計算機斷層掃描(positron emission computed tomography，PET-CT)等影像學方法大多只從單一的角度對PD 開展研究[3-6]。一體化正電子發射斷層掃描/核磁共振(positron emission tomography/magnetic resonance，PET-MR)成像作為一種新興的成像技術[7]，使得研究者在分子、細胞和網絡水平對PD 進行更深入的探索成為可能，現就PET-MRI 在PD 中的應用進展進行綜述。

1 PET-MRI的特點和優勢

一體化PET-MRI 是指將PET 探測器和MR 設備安裝在一個機架中，PET 和MR 兩個系統同時采集，掃描時參照物相同，獲得的解剖空間結構一致，一次掃描即可獲得兼具功能的PET圖像和結構的MR 圖像，這大大減少了采集時間和空間需求[8-9]。PET-MRI 的優勢在于減少患者的輻射暴露；提供更好的軟組織分辨率、多平面成像；將更先進的磁共振成像技術(如血氧水平依賴性功能磁共振成像、自旋標記磁共振成像)與正電子發射斷層成像結合，提供額外的信息，提高診斷效能并進行定量評估[10-11]。

2 PET-MRI在研究PD發病機制中的應用

PET-MRI 尚未普及之前，人們往往使用單一模式對PD 的發病機制進行研究，例如通過18 氟-左旋多巴正電子發射斷層成像(18F-fluorodopa-positron emission tomography，18F-DOPA-PET)評估PD 的多巴胺能神經元功能，并證實多巴胺的耗竭在后殼核最為嚴重[12]；利用18氟-氟代脫氧葡萄糖正電子發射斷層成像(18F-fluorodeoxyglucose-positron emission tomography，18F-FDG-PET)對PD的腦代謝網絡進行研究，在該類人群中驗證了代謝空間協方差模式，這種特異性異常腦網絡的特征是初級運動皮層和小腦高代謝與運動前回、前額葉和后頂葉皮質區的低代謝共存，又稱為帕金森病相關腦代謝模式(PD-related metabolic covariance pattern，PDRP)，與健康對照組相比，PD 患者的PDRP 明顯升高[13-15]；使用功能性MRI 對PD 腦功能網絡進行任務態或靜息態分析，探查異常的神經元活動和腦網絡連接，其中低頻振幅和局部一致性算法運用不同方法學從不同的角度來評價腦功能、神經元自發活動的改變，從而反映患者不同的臨床表現[16]。

PET-MRI 作為對同一受試者進行不同成像交叉模態檢查的理想工具，可以從腦整體的網絡水平上理解不同病理特征之間的聯系，為PD 發病機制的研究提供了新方法。Rupper等[17]將18F-DOPA-PET、18F-FDG-PET、MRI 三種功能成像模式結合，綜合評估PD 患者腦病理之間的空間聯系，結果顯示黑質紋狀體通路功能受損會損害紋狀體與特定皮質區域之間的連接網絡，進而擾亂運動加工區域之間的有效相互作用，最終導致PD患者出現運動癥狀。

PD 的標志是黑質中多巴胺能神經元進行性退化，導致紋狀體中的多巴胺水平降低[18]。在結構上，PD 患者的腦灰質密度也發生了變化，與健康志愿者相比，早期PD 患者的左側殼核、額下回和島葉的灰質密度較低，右側枕葉和兩側小腦后葉的灰質密度較高，中晚期PD 患者的左側小腦后葉、枕葉和右側輔助運動區的灰質密度較低，左側顳中回的灰質密度較高[19]。這些異常已通過18F-FDG-PET或MRI得到證實[20-21]。

然而尚不清楚的是，多巴胺能變性和灰質密度之間是否存在相關性？Choi 等[22]利用PET-MRI 的優勢，進一步研究二者之間的關聯，其中多巴胺能變性采用多巴胺能正電子發射斷層顯像標記物18 氟-氟代丙基甲酯基碘代苯基降莨菪堿進行評估，灰質密度采用基于體素的形態學分析進行評估，結果證實PD 紋狀體多巴胺能神經元變性和整體結構變化之間確實存在關聯，并揭示了特定的區域相關模式，即前殼核多巴胺轉運體結合率主要與小腦、海馬旁回和額葉皮質的灰質密度呈正相關，而后殼核多巴胺轉運體結合率主要與顳葉和枕葉皮質的灰質密度呈負相關。這些結果為PD 的代償性性改變、臨床表現與神經退行性變網絡模式之間的關系提供了新的信息。

PD 的發病機制復雜，PET-MRI 的出現使研究者對其進行更深入地探索成為可能，也為進一步解釋PD 的不同臨床表現提供一些新的線索。

3 PET-MRI對PD手術治療后腦代謝改變的研究

早期的PD 患者通常首選藥物進行對癥治療，但隨著服藥時間延長，病情不斷進展，藥物的療效會明顯減退，甚至出現嚴重的副反應，為了進一步改善患者的生活質量，相繼出現其他治療手段，其中包括腦深部電刺激術、磁共振引導聚焦超聲(magnetic resonance-guided focused ultrasound，MRgFUS)神經核毀損術[23-25]。此前該類患者術后的影像學改變和癥狀學改善之間的關系尚不明確，PET-MRI不僅可以從整體網絡的角度深入研究與運動改善相關的生物學機制，而且可以評估手術的治療效果和治療益處。

將MRI與高強度聚焦超聲相結合是MRgFUS神經核毀損術的特點，其原理是利用超聲束穿透軟組織聚焦于靶區，該區域在熱效應作用下快速升溫，蛋白質發生變性、凝固和細胞壞死，從而導致組織消融，但對周圍組織的影響極小；另外，利用MR實時采集圖像的功能，一方面確定靶點位置，另一方面對治療范圍及靶區溫度進行監測，從而保證治療過程的有效性及安全性[26]。MRgFUS 神經核毀損術作為一種治療PD 的新型無創性外科治療方法，臨床上常選擇丘腦腹中間核、丘腦底核(subthalamic neuclues，STN)、蒼白球丘腦束和蒼白球作為靶點[25，27-29]。

STN 的功能過度活躍是PD 一個公認的特征，Obeso 等[30]證實了STN 切除術后，患者的運動癥狀得到有效治療、情緒得到明顯改善。隨后，MRgFUS 熱消融術選擇丘腦底核作為靶點治療PD 的可行性和安全性也被證實，但很少有人研究其發揮作用的代謝基礎及機制[28]。為了評估MRgFU-STN毀損術是如何調節PD 患者的代謝網絡，Rodriguez-Rojas 等[31]使用18F-FDG-PET-MR成像技術研究了8 例行單側STN 毀損術的PD 患者術前術后的靜息態葡萄糖代謝，并量化了PDRP 的變化，結果顯示患者術后的腦代謝與術前相比，毀損處代謝明顯下降，這些區域涉及STN 和鄰近的背外側白質區，并延伸至部分紅核；治療側大腦半球的基底神經節-丘腦皮層運動網絡的FDG 攝取顯著降低，同時內側蒼白球、初級運動皮層、額上回、扣帶回以及對側小腦Ⅳ、Ⅵ小葉也檢測到代謝明顯降低的簇；雙側頂葉和枕葉則顯示代謝提高。相關分析表明，STN區域腦葡萄糖代謝率降低與總體運動功能改善的程度和患者的臨床結局呈正相關。另外，在基線時，患者PDRP表達升高，MRgFUS-STN毀損術后PDRP表達顯著降低，這種代謝網絡的改變與世界運動障礙學會統一帕金森病評定量表中運動評分的變化顯著相關，他們推測，MRgFU-STN 毀損術所誘發的改善機制可能是通過抑制異常的靜息代謝網絡活動發揮作用的。

一體化PET-MRI 為我們創造一個獨特的條件來研究MRgFU-STN 毀損術對PD 患者腦代謝網絡的影響，不僅為術后改善機制的研究提供了影像學證據，而且進一步證實此治療手段的可行性及有效性。

4 PET-MRI在PD鑒別診斷中的研究

臨床上，診斷PD 主要依賴于患者的癥狀，尤其是運動癥狀，但是這些特征性的表現也可出現在其他神經變性疾病中，如進行性核上性麻痹(progressive supranuclear palsy，PSP)、多系統萎縮等[32]。當患者的臨床特征不典型或治療效果不佳時，可以考慮利用PET-MRI 對其進行鑒別診斷，Barthel等[33]先后對臨床表現相似的PD 和PSP 患者進行多巴胺轉運體單光子發射計算機斷層成像(single photon emission computerized tomography，SPECT)和18F-FDG-PET-MR成像，結果顯示，在SPECT 圖像上紋狀體處多巴胺轉運體均表現攝取減少而不能有效區分二者；在PET-MR 圖像上PSP 顯示紋狀體和丘腦葡萄糖代謝減少，相比之下PD 并未出現此現象，從而鑒別二者。此外，高中寶等[34]也證實了PET-MRI 對PD 和路易體癡呆的鑒別能力，PD 患者因各腦區的淀粉樣蛋白未見明顯攝取改變從而與路易體癡呆患者有所區分。Chen等[35]也證實了PET-MRI對PD患者進行定量分析的準確性和診斷的有效性。通過對PD 患者和健康對照者先后進行18F-DOPA-PET-MRI、18F-DOPA-PET/CT掃描，結果顯示與PET/CT相比，PET-MRI可以提供更高質量的腦組織圖像，更清晰的解剖結構，并具有排除微出血的額外優勢。

上述研究成果表明PET-MRI 作為一種有價值的成像技術，聯合不同角度對PD 進行更加全面、系統和精準的研究，證實了其在該領域的潛力。

5 總結與展望

雖然PET-MRI 尚處于發展階段，但這種技術的潛力已經充分體現。PET-MRI并非PET與MR的簡單組合，它在單一成像技術的基礎上，又實現了多模態綜合功能成像，將PET 的代謝和分子信息與MR 影像學的結構、功能信息相結合，在研究PD時充分發揮其優勢，有助于我們深入了解大腦不同水平(分子、細胞、網絡)在PD發生發展過程中發揮作用的機制，深入研究個體和患者群體之間整體代謝網絡表達的方式。

盡管目前PET-MRI 針對PD 中的研究相對較少，但我們相信，未來，影像設備不斷發展，硬件和軟件技術不斷提升，示蹤劑不斷豐富，一體化PET-MRI 也將為PD 的基礎研究提供更全面的影像信息，在PD 的臨床診療中發揮不可或缺的作用。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。