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正电子发射型计算机断层仪脑显像

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2 正电子发射型计算机断层仪脑显像的别名

PET脑显像;正电子显像PET-CT脑显像检查

3 概述

电子发射型计算机断层仪(positron emission tomography,PET)被认为是最有前途的影像技术之一,它能在活体情况下,观察大脑功能活动与血流代谢变化的关系,被称为“生理性断层”。

4 适应

正电子发射型计算机断层仪脑显像适应证基本同SPECT,具体如下:

1.短暂性脑缺血发作(TLA)与急性脑梗塞的早期定位诊断、疗效评价和预后判断

2.老年性痴呆的早期诊断与病程评价。

3.癫痫病灶的定位与疗效判断。

4.脑肿瘤的良恶性鉴别、临床分级、疗效评价、预后判断和复发或残存病灶定位。

5.Parkinson病的早期诊断与病因探讨。

6.精神疾病的病因研究和临床用药方案的确定。

7.脑生理研究与认知科学的探索。

5 禁忌

相对禁忌证如下:

1.妊娠期哺乳期妇女  原则上不建议其进行PET检查,因FDG药物在衰减时所产生的伽玛射线可能对胎儿有一定的影响,特别是孕龄不超过三个月者。对于哺乳妇,因FDG可通过乳汁进入婴儿体内,进而可能产生不必要的照射。若因诊断确需进行PET-CT检查,应认定检查的益处须大于对胎儿或婴儿的不良影响,并在此期间避免哺乳。

2.幽闭恐怖症者。

6 准备

1.向病人及家属交待检查目的及可能出现的问题,检查的过程及注意事项,以争取最好地配合。

2.检查前需要禁食4~6小时,禁糖类饮料

3.部分患者尤其是糖尿病患者需要做血糖浓度测定。有些糖尿病患者需要使用胰岛素

4.检查仪器  PET的基本结构与SPECT相似,同样由数据采集系统(探头)、数据处理系统、图像显示系统及显像床组成。探头是PET最重要的组成部分,正电子发射体的放射性核素组织或脏器中的分布是不可能通过测定电子来达到,测定正电子的基本方法测量湮没辐射产生的γ光子,湮没辐射的γ光子与单光子有不同的特点。故在PET中对射线的限束不采用机械准直,而采用电子准直。PET的探头形式多种多样,一般有单层及多层2类。单层的PET一次数据采集只有一个断层面,适用于做快速动态显像,多层的PET由多晶体多环结构组成,一次采集可得到数个断层面。PET近年来的发展异常迅速,PET的类型已进行了几代的更新,目前最先进的PET是具有飞行时间技术的多探头多环型。

医学中应用最广的正电子放射性核素是11C、13N、15O、18F等,正电子放射性核素的半衰期极短,故对生物体的辐射剂量低,同时由于为人体组织天然元素同位素,故可进行真正的示踪研究。正电子放射性核素主要由回旋加速器生产,这一点造成设备费用高,是PET难以大规模应用的主要困难。

5.正电子发射型计算机断层仪脑显像剂  正电子发射型计算机断层仪脑显像剂又称代谢性显像剂,进入体内可参与体内代谢。主要有:

(1)18FDG:18FDG(2-脱氧葡萄葡萄糖)是一种葡萄糖的类似物,具有与葡萄糖相似的通过血脑屏障和脑细胞转运能力,当脑细胞摄入18FDG,经细胞内己糖激酶作用,转变为6-磷酸-18FDG后,不参与葡萄糖的进一步代谢而滞留在细胞内。因此,通过PET测定脑组织18FDG的摄取速率和摄取量,能准确判断脑葡萄糖代谢表现和变化过程,以此反映脑的功能和活动状态。

此外13NH315O-CO、15O-H2O可用于局部脑血流测定,15O2可用于脑氧耗量显像,1-11C-亮氨酸11C-甲基-L-蛋氨酸可用于脑蛋白质代谢显像。

(2)神经受体显像剂

①神经多巴胺受体显像剂:在脑受体显像中,多巴胺受体显像是应用最多的一种,并已取得较大的成功。这不仅因为多巴胺受体系统是脑功能活动最重要的系统,而且还可能是运动性疾病治疗药物和精神神经中枢抑制药物的主要作用部位,主要用于各种运动性疾病、精神分裂症和认知功能研究。

②乙酰胆碱受体显像剂:乙酰胆碱受体的配基QNB(奎丁环基苯甲酸)与受体的结合具有高亲和力和高选择性,用11C和123I标记的QNB乙酰胆碱受体显像表明,正常人乙酰胆碱受体富集于大脑皮质海马小脑则几乎不含该受体,乙酰胆碱受体数量与亲和力的减低与Huntington病和早老性痴呆有关。

5-羟色胺5-HT)受体显像剂:5-HT受体与许多神经精神性疾病,如抑郁症、精神分裂症、孤独癖、Alzheimer病和Parkinson病等有关。人体11C-NMSF,5-羟色胺受体显像显示该受体富集于杏仁核、丘脑中部、尾状核、额叶皮质、颞叶皮质和脊髓

④阿片受体显像剂:内阿片肽的作用极为广泛,包括对痛觉循环、呼吸、神经、消化、泌尿、生殖内分泌、运动、免疫等功能的调节。正常人静脉注射11C-carfentanil 30~60分钟后显像,发现放射性依次聚集于丘脑中部、尾状核、壳核、额叶、颞顶叶交界区皮质、脑垂体、颞叶、小脑和中央后回。运动及应激反应可激发内啡呔的分泌,与阿片受体竞争结合,使11C-carfen-tanil在上述富集阿片受体的部位分布减少,阿片受体与麻醉药成瘾有关,目前阿片受体显像主要应用于麻醉药成瘾病人戒断治疗药物的观察和评价。另外国外已成功地用PET11C-DPN对癫痫、抑郁症患者进行诊断及治疗。

⑤苯二氮(BZ)受体显像剂:BZ受体是脑内最主要的抑制性神经递质受体,目前研究表明,如Huntington病、Alzheiner病、躁狂症原发性癫痫等神经精神疾病均与它的活性减低有关。

7 方法

7.1 1.检查方法

(1)脑葡萄糖代谢显像:人脑血液供应占心排血量的15%,氧耗量占全身的20%,每分钟约消耗40ml氧、70mg葡萄糖。葡萄糖代谢几乎是脑细胞能量的惟一来源,脑内葡萄糖代谢率能反映脑功能的情况,无论是脑的生理活动或病理过程都伴随葡萄糖代谢水平的变化。葡萄糖在脑细胞内经磷酸化酶降解变成6-磷酸葡萄糖,沿酵解通路最后生成二氧化化碳和水。2-脱氧葡萄葡萄糖(DG)与氟化脱氧葡萄葡萄糖(FDG)也均能通过血脑屏障(BBB)入脑,以糖酵解的方式被己糖激酶磷酸化分别变成DG-6-PO4和FDG-6-PO4,但与天然葡萄糖不同,这2种分子均不能沿糖酵解的通路继续代谢,并且不能很快扩散透出BBB,因此要滞留在脑组织中一段时间(至少45min)。应用18F-FDG进行正电子发射型计算机断层仪脑显像,尽管不能示踪天然葡萄糖在脑内代谢_的全过程,但利用它能够有一段时间滞留在脑内,不仅可以获得可靠的放射性分布影像,并且可以借助为它专门设计的生理数学模型,求出局部和全脑葡萄糖代谢率,再以不同颜色显示不同的代谢量,得到局部脑葡萄糖代谢功能图像。

(2)脑氧耗量显像:正常人脑每分钟耗氧40ml,氧耗量是反映脑能量代谢及功能的一个指标,用15O2(半衰期2min)吸入法(持续吸入或一次给药)进行PET显像,得到脑氧气代谢率(CM-RO2),结合脑血流量和血氧浓度测定,能够计算出氧提取分数(OEF,OEF=CMRO2/CBF)、根据CMRGLU和CMRO2,可以计算全脑和局部脑氧/葡萄糖利用率比值,利用这些参数可以研究血流与代谢的不匹配现象以及病理状态下氧化作用与葡萄糖代谢之间的关系。

(3)脑蛋白质代谢显像:PET能够显示和测定物质代谢的利用率,包括糖、脂肪氨基酸,前二者反映供能情况,后者反映DNA代谢水平。目前用于研究氨基酸蛋白质代谢的主要有1-11C-亮氨酸和11C-甲基-L-蛋氨酸。蛋氨酸易于通过BBB入脑,应用11C-蛋氨酸显像拟合三室模型,可得到脑内蛋氨酸摄取和蛋白质合成的动力学数据。肿瘤细胞增殖的基础是氨基酸代谢(或DNA代谢),11C-蛋氨酸可用于检查肿瘤及其转移灶,根据其在肿瘤组织中的聚集情况来评价肿瘤增殖率,尤其可望成为评价深部肿瘤增殖率一种非创伤性方法。

(4)神经受体显像:目前在哺乳类动物的脑组织中已发现40多种天然神经递质及其受体,脑内受体含量极少,以皮摩尔(pmol)计,仅占全脑重量的百万分之一。因此受体显像的关键在于制备高亲和力、高比活度的标记配体,且要求非特异性结合很少,这些特异性标记配体为受体的激动剂或拮抗剂,以拮抗剂居多,由于化学量极微,不会引起药理作用及行为变化。显像剂入脑后与神经受体结合,应用PET进行动态平面或断层显像,得到神经受体的解剖分布图像,借助房室模型,可估算显像剂与受体的结合密度和结合解离常数,用以反映受体数量和受体活性,通过介入已知的拮抗剂,可以评价显像剂与受体及其亚型的结合特异性。

7.2 2.临床应用价值

(1)短暂性脑缺血发作和脑梗塞:PET能准确测定脑各局部血流量变化,研究表明,当局部脑血流量低于正常下限但高于23ml/(100g·min),患者可无临床症状。此时CT和MRI无异常发现,但PET已明确显示出局部血流的异常减低,在急性脑梗塞发病24小时内,虽然PET脑血流测定已见异常减低,但CT常显示阴性,因此PET在脑血管疾病的早期定位和病程估价中具有明显优势。当局部脑血流量低于12ml/(100g·min),氧代谢率小于65μmol/(100g·min),局部可出现不可逆性损害,在严重缺血区,若局部存在18FDG摄取和氧代谢,提示有存活脑组织。在治疗前后测定脑血流量和18FDG利用率的变化,能客观评价治疗效果,及时制定有效治疗方案。

PET同时测定急性脑缺血患者局部脑血流量和氧代谢,可有效估测预后,当局部血流量减低但氧摄取分数减低不明显。即局部血流/氧代谢率不匹配时,提示良好的预后,而局部血流和氧摄分数呈一致性减低,提示预后不良。

(2)痴呆的鉴别诊断:PET在痴呆症的早期诊断和鉴别中有明确作用,目前主要用于Alzheimer病(AD)、多发性梗塞性痴呆(MID)和额叶型痴呆(FLD)等。在临床上,AD的早期诊断较困难,CT和MRI常表现为阴性,PET测定脑各局部18FDG利用率,在AD早期诊断中显示出独特作用。颞-顶叶皮质葡萄糖代谢的异常减低为AD的典型表现,诊断正确率达95%,早期AD在脑皮质葡萄糖代谢异常减低的表现顺序为:顶叶上部-顶叶前部和下部-颞叶-额叶。与AD不同,MID的PET影像表现为皮质的多处局灶性低血流和低代谢区,与CT和MRI比较定位诊断明确,应为这类疾病的首选。

(3)癫痫病灶定位:原发性癫痫为局部脑细胞异常放电所致的暂时性中枢神经系统功能障碍性疾病,手术是常用的治疗方法之一。因此,术前定位诊断非常重要。这类病人CT检查常为阴性,PET能准确地定位诊断原发性癫痫,表现为发作间期局部18FDG摄取的异常减低,定位灵敏性为70%~80%,发作期局部18FDG摄取异常增高,定位灵敏性可达90%以上。目前至少有50%的癫痫患者经PET定位后可以肯定手术部位,而无需皮层脑电图和其他检测方法。此外,PET在癫痫患者治疗效果的评价和病因学研究中已显示出不可替代的作用。

(4)脑肿瘤:CT和MRI在脑肿瘤定位诊断中价值明确,为首选方法,但在肿瘤良恶性鉴别、疗效评价、复发和残存病灶的早期定位和患者的预后判断等方面有明显的局限性,而PET正是在这些方面体现出独特优势,与CT和MRI构成优势互补。根据脑肿瘤恶性程度与局部18FDG利用率呈密切关系的特点,测定肿瘤18FDG代谢能较好地鉴别其恶性程度。Ⅰ~Ⅱ级脑胶质瘤18FDG的摄取率为3.8±1.6ms/(100g·min),低于正常灰质18FDG摄取率;Ⅲ级脑胶质瘤为5.7±2.7mg/(100g·min),与正常灰质相似或略高;Ⅳ级脑胶质瘤为7.3±3.6mg/(100g·min),明显高于正常脑灰质的18FDG摄取率。脑肿瘤局部18FDG摄取量与患者的预后有直接关系,当肿瘤局部18FDG摄取高于周围正常组织1.4倍,患者平均生存时间仅为5个月,而低于1.4倍者,平均生存时间大于19个月。肿瘤治疗前后局部18FDG的摄取变化,可用于疗效的及时判断和治疗方案的合理制订。在肿瘤治疗后,局部有无残存病灶直接影响到临床疗效及患者预后,PET显像可及时发现有异常18FDG摄取的残存病灶,通过随访观察,能早期定位复发肿瘤,有利于临床及时采取有效的治疗方法,提高患者生存率。

(5)Parkinson病:在PET的多巴胺显像中表现为基底节放射性摄取的异常减低,尤以壳核最明显,呈现尾状核头部与壳核放射性减低不一致的特征,可与Parkinson综合征等鉴别。局部血流和18FDG代谢显像在基底节常表现为近于正常或轻度减低。

(6)精神疾病:精神分裂症多巴多巴胺功能亢进假说已被广泛接受,典型抗精神病药的主要作用机理是阻断中枢多巴胺D2受体。研究发现,精神分裂症患者D2受体密度指数高于正常人,且变异较大,所有服药患者的配体结合率均下降,提示其D2受体占有率升高。服用典型抗精神病药物者纹状体D2受体占有率较未服药或服用不典型抗精神病药者高,发生锥体系副反应者占有率也较高。

PET可用于观察不同刺激下脑部的激活状态,某些药物对脑部的激活情况以及中枢受体占有率、药物浓度与临床疗效间的关系。PET所示异常代谢区域包括:额叶、丘脑、基底节和颞叶等。以往未使用药物的急性精神分裂症患者,其丘脑和扣带回呈高活性,上述部位对感知和联络有重要意义。而慢性患者,额、颞和顶叶呈低活性,这些部位是人类语言、概念及习俗形成中枢。

抑郁症的发病原因目前尚不明了,许多研究认为其病因与单胺类神经递质代谢紊乱有关。近年来,脑受体显像发展迅速,5-羟色胺转运蛋白显像、多巴胺转运蛋白及D2受体显像已用于这类疾病的诊断研究中。开展这方面的研究对探讨抑郁症的病因及抗抑郁药的药理作用机制将是非常有价值的。

(7)认知科学的研究:PET用于认知科学研究具有独特优势,用于PET研究的正电子核素多为构成人体基本元素的同位素,化学性质相同,符合生理示踪的要求,适宜对人体生理功能的研究,所用正电子核素为超短半衰期,可短时间重复进行PET显像,在所有认知激活显像中,PET是最早用于对认知功能研究的手段。到目前PET仍是认知激活显像的金标准。

8 注意事项

1.PET利用回旋加速器生产的正电子放射性核素,发生β衰变,形成两个γ光子,由于湮没辐射产生的两个γ光子是在同一条直线且方向相反,所以利用这一特性可确定γ射线的方向和范围,进行立体定位。图像较SPECT清晰,并且利用的示踪剂为人体代谢性显像剂,使用安全。总之,PET能够在体外非创伤性测定注入体内正电子放射性核素标记的各种示踪剂的分布,如葡萄糖、氨基酸、核苷等类似物和多巴胺、乙酰胆碱、5-羟色胺等各类受体的特异配体和特异性抗体,灵敏而准确地定量分析脑的血流灌注与葡萄糖代谢、蛋白质合成与转运、DNA复制、受体的功能与分布状态等方面的变化。应用PET监测正电子核素标记的各类神经和精神药物在体内的作用和代谢,可用于新药的开发与研究,药理机制和耐药性产生的探索,药物量效关系和合理用药的确定,这对于新药的研制和临床用药有明确的指导作用。

2.在注射检查药物前后都要尽可能保持安静,并以卧位或半卧位休息,尽量避免走动。

3.不能保持平卧或不能保持不动的患者(如儿童)可能需要用镇静剂或其他措施。

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