PET/CT在顱腦損傷植物狀態(tài)大腦功能的研究進展

李若金，杜 昕，李 賀，林承赫，李貞蘭

（吉林大學(xué)第一醫(yī)院，吉林 長春 130021）

?綜述?

PET/CT在顱腦損傷植物狀態(tài)大腦功能的研究進展

李若金，杜 昕，李 賀，林承赫，李貞蘭

（吉林大學(xué)第一醫(yī)院，吉林 長春 130021）

嚴重顱腦損傷所致植物狀態(tài)預(yù)后具有很大的差異，其意識不同水平?jīng)Q定著植物狀態(tài)臨床治療和家庭護理的延續(xù)，因此準確判斷意識障礙的類型和程度具有重要的臨床指導(dǎo)意義。PET/CT通過放射性示蹤劑定量反映大腦功能變化和殘存活性，為意識障礙患者的診斷及預(yù)后評估提供客觀依據(jù)。本文就PET/CT在顱腦損傷意識障礙診斷中的應(yīng)用和大腦功能變化研究進展做一綜述。

顱腦損傷；意識障礙；正電子發(fā)射斷層顯像術(shù)

重度顱腦損傷患者在恢復(fù)過程中經(jīng)歷不同程度的意識障礙，意識水平越低預(yù)后越差，所花費的醫(yī)療和護理費用也越大，給家庭造成巨大的精神心理壓力和經(jīng)濟負擔。因此早期準確判斷意識障礙（Disorders of consciousness，DOS）水平和程度對康復(fù)治療和家庭護理具有重要的指導(dǎo)意義。

目前常用修訂版昏迷恢復(fù)量表 （Coma recovery scalerevised，CRS-R）[1-3]根據(jù)機體對外界刺激所產(chǎn)生的行為學(xué)改變評估意識狀態(tài)[4]。然而，意識內(nèi)容中心理活動、思想變化無法用行為學(xué)量表評估到，因此臨床對意識水平的診斷準確率下降[4]。例如，微小意識狀態(tài)（Minimally consciousness state，MCS）是意識的過渡狀態(tài)[5]，患者對環(huán)境可有微小的感知行為反應(yīng)，卻無法用言語或行為表達，被家屬和醫(yī)護人員所忽視，MCS被誤認為植物狀態(tài) （Vegetative state，VS）的誤診率達30%～40%[6]。顱腦外傷后1年或非外傷性腦損傷后3月無任何意識恢復(fù)的跡象稱為持續(xù)植物狀態(tài) （Persistent vegetative state，PVS）[7]，顱腦外傷或腦卒中后PVS促醒率約為38%[8]，而MCS較VS促醒效果明顯[9-11]，因此準確識別DOS水平對持續(xù)臨床治療以及個體化促醒治療方案的制定具有重要指導(dǎo)意義。

CRS-R雖可幫助臨床醫(yī)師迅速判斷DOS類型，但無法正確判斷意識內(nèi)容及大腦功能受損程度。近年來神經(jīng)影像學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，PET/CT通過提供大腦的功能與代謝信息，觀察不同意識狀態(tài)腦功能的變化[12]。Stender等[13]在18F-FDG PET/CT與CRS-R相關(guān)性研究中發(fā)現(xiàn)，二者診斷 MCS一致性為85%，靈敏度達93%；診斷VS一致性為67%?？梢奝ET/CT可從分子水平提供不同條件下大腦功能代謝水平，為評估DOS不同意識水平和臨床預(yù)后提供客觀依據(jù)。本文就PET/CT在DOS應(yīng)用進展做一綜述，旨在為DOS的診斷、預(yù)后及個體化康復(fù)治療方案提供客觀依據(jù)。

1 PET/CT示蹤劑反映大腦功能水平和程度

PET/CT通過放射性藥物示蹤劑反映大腦功能與代謝變化[12]，18F-FDG提供大腦生理和病理狀態(tài)下葡萄糖代謝變化，局部葡萄糖代謝率（Regional cerebral metabolic rate for glucose，RCMRG）反映大腦功能受損程度[14]。苯二氮卓受體是神經(jīng)損傷高敏感性標識物，富含于大腦皮層，其密度反映神經(jīng)系統(tǒng)的整合性。11C-氟馬西尼（11C-flumazenil，11C-FMZ）為競爭性苯二氮卓受體 （Central-type benzodiazepine receptor，cBZR）拮抗劑，可間接反映神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的完整性[15]。15O-H2O為腦部血流灌注顯像劑，通過局部腦血流量（Cerebral blood flow，CBF）反映大腦血流灌注變化，從而反映大腦神經(jīng)元激活區(qū)域[16]。

2 PET/CT研究植物狀態(tài)大腦功能變化

2.1 大腦神經(jīng)元損傷程度

Rudolf等[17]采用18F-FDG PET/CT及11C-FMZ PET/CT對VS 1月以內(nèi)急性植物狀態(tài)（Acute vegetative state，AVS）大腦葡萄糖代謝率 （Cerebral metabolic rate for glucose，CMRG）與苯二氮卓受體密度相關(guān)性進行了研究，發(fā)現(xiàn)AVS患者大腦幕上結(jié)構(gòu)CMRG值和11C-FMZ結(jié)合位點數(shù)較正常人明顯減少，大腦CMRG變化與FMZ結(jié)合位點數(shù)目變化正相關(guān)，而小腦FMZ結(jié)合位點數(shù)目無明顯變化，表明AVS大腦代謝功能損傷伴有神經(jīng)元結(jié)構(gòu)受損。Heiss等[18]的研究結(jié)果證實了這一點。Shiga等[19]通過15O-O2PET/CT[20]和11C-FMZ PET/CT發(fā)現(xiàn)，fMRI未見異常的顱腦損傷 （Traumatic brain injury，TBI）患者大腦FMZ低結(jié)合區(qū)氧代謝率（Cerebral meabolic rate of oxygen，CMRO2）下降，部分區(qū)域CMRO2下降而FMZ結(jié)合正常。以上研究表明11C-FMZ PET/CT可直觀顯示大腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)受損程度，進而反映出大腦功能水平。

2.2 不同意識水平大腦代謝功能變化

1987年Levy等[21]首次通過18F-FDG PET/CT對VS、閉鎖綜合癥（Locked-in syndrome，LIS）[22]CMRG進行了研究，發(fā)現(xiàn)VS大腦皮層灰質(zhì)CMRG值低于正常值50%，基底核和小腦CMRG明顯降低；LIS大腦皮層CMRG值較正常值下降25%。Rudolf等[17]用18F-FDG PET/CT研究發(fā)現(xiàn)VS大腦CMRG值明顯降低，與Levy等[21]結(jié)果一致。Beuthien-Baumann等[23]對16例TBI后PVS患者使用18F-FDG PET/CT發(fā)現(xiàn)，PVS大腦皮層及皮層下灰質(zhì)CMRG較正常值減少58%，而小腦蚓部僅減少16%，認為可能與機體的損傷程度有關(guān)。

Hattori等[24]應(yīng)用18F-FDG PET/CT研究發(fā)現(xiàn)，23例格拉斯哥昏迷量表（GCS）8分TBI患者與正常人比較，TBI紋狀體及丘腦CMRG顯著下降，昏迷患者丘腦、腦干及小腦皮層CMRG值較未昏迷狀態(tài)下降顯著；CMRG與GCS相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，丘腦、腦干及小腦CMRG值與GCS評分呈正相關(guān)，認為局部CMRG值反映機體神經(jīng)元功能及不同意識水平。Johan等[25]對41例DOS大腦CMRG值進行比較，MCS 21例，VS 14例，意識模糊狀態(tài) （Emergence from the minimally consciousness state，EMCS）[26]7例，結(jié)果表明MCS大腦CMRG值為正常值55%，VS為正常值42%；VS及MCS大腦額頂葉CMRG值為正常值42%和60%，差異最顯著，而腦干和丘腦區(qū)未見顯著差異；EMCS和MCS未見顯著差異。此研究結(jié)果提示大腦CMRG值可代表機體DOS不同水平，當大腦CMRG下降至正常值40%～50%時機體可能發(fā)生DOS。

研究認為維持意識需要大腦能量供應(yīng)[14]，Nakashima等[27]采用18F-FDG PET/CT對彌漫性顱腦損傷 （Traumatic diffuse brain injury，TDBI）大腦功能進行了研究，將51例患者分為A組（可進行語言交流，但存在認知功能障礙）、B組（MCS）和C組（VS），發(fā)現(xiàn)所有患者雙側(cè)額前葉皮層區(qū)、內(nèi)側(cè)額底皮層區(qū)、扣帶回及丘腦能量代謝低下，其中VS患者大腦代謝低下最顯著而且范圍最廣，認為大腦能量代謝程度反映DOS程度，保留的腦功能代謝區(qū)越多越有利于意識的恢復(fù)。

意識內(nèi)容包括覺醒和覺知，覺知又分為內(nèi)部及外部意識。內(nèi)部意識指機體對外界刺激產(chǎn)生思想、想像、內(nèi)心活動等，涉及楔前葉、扣帶回及額中葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；外部意識指機體對外界環(huán)境的感知及反應(yīng)能力等，涉及雙側(cè)額葉-顳葉-頂葉皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[28]。Thibaut等[29]采用18F-FDG PET/CT發(fā)現(xiàn)VS內(nèi)外意識神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及丘腦代謝障礙，其區(qū)域CMRG值顯著下降；MCS內(nèi)部意識網(wǎng)絡(luò)及丘腦CMRG下降最為顯著；EMCS扣帶回及相鄰胼胝體壓部代謝障礙；LIS小腦代謝障礙。此研究結(jié)果提示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能的恢復(fù)有利于DOS的恢復(fù)，而內(nèi)部意識神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的受損程度是影響意識恢復(fù)的重要因素，DOS程度與大腦能量代謝受損程度正相關(guān)。

3 外界刺激下大腦功能PET/CT研究

3.1 視覺刺激

Menon等[30]首次采用15O-H2O PET/CT觀察了VS患者的大腦視覺信息處理通路，發(fā)現(xiàn)黑暗環(huán)境下閃光刺激使殘存大腦功能區(qū)CBF增加；家人和無特定意義的照片偶可使患者產(chǎn)生視覺追蹤，視覺梭形臉部區(qū)皮層網(wǎng)絡(luò)激活，表明VS患者保留部分視覺處理網(wǎng)絡(luò)功能。

3.2 聲音刺激

Laureys等[31]應(yīng)用15O-H2O PET/CT發(fā)現(xiàn)聲音刺激下正常人和VS患者顳橫回中部CBF較靜息狀態(tài)下高，此外正常人顳上回皮質(zhì)區(qū)明顯激活，而VS未見激活。心理-生理交互作用分析[32]研究發(fā)現(xiàn)VS大腦聽覺皮層功能與緣上回、扣帶回前部皮層及海馬區(qū)等皮層間聯(lián)系中斷。Owen等[33]也發(fā)現(xiàn)PVS殘存部分聽覺功能。以上研究提示VS殘存初級聽覺皮層功能不能對聲音進行整合處理，而皮層整合處理功能的恢復(fù)可能是VS意識好轉(zhuǎn)所必需的先決條件。

Boly等[34]運用15O-H2O PET/CT對MCS和PVS聲音處理網(wǎng)絡(luò)通路進行了研究，發(fā)現(xiàn)聲音刺激下PVS雙側(cè)顳橫回中部（初級聽皮層及聽覺聯(lián)合皮層）激活，激活范圍較正常人顯著縮??；MCS激活區(qū)域較PVS廣泛，并累及到雙側(cè)顳上回及部分額前葉等高級聽皮層區(qū)，提示MCS較PVS具有更廣泛的皮層間功能聯(lián)系，表明MCS較PVS具有更復(fù)雜的加工處理聲音信息能力。

3.3 疼痛刺激

Kassubek等[35]對7例PVS患者進行正中神經(jīng)電刺激，采用15O-H2O PET/CT觀察發(fā)現(xiàn)刺激源同側(cè)及對側(cè)島葉后部、中央后回及扣帶回區(qū)CBF顯著增加，提示PVS殘余與疼痛相關(guān)的大腦皮層功能。Laureys等[36]發(fā)現(xiàn)疼痛刺激下正常人大腦初級軀體感覺皮層、雙側(cè)島葉、緣上回及扣帶回前部皮層等激活，而VS僅中腦、對側(cè)丘腦及初級軀體感覺皮層激活。Boly等[37]研究結(jié)果與Laureys等[36]一致。以上研究表明VS雖殘存大腦疼痛網(wǎng)絡(luò)功能，卻失去了與高級皮層間聯(lián)系，故無法對疼痛信息進行整合加工處理而對外界刺激做出反應(yīng)。

4 PET/CT在植物狀態(tài)預(yù)后研究

Stender等[13]采用擴展版格拉斯哥結(jié)局量表（Glasgow outcome scale-extended，GOS-E）和18F-FDG PET/CT進行隨訪1年研究，發(fā)現(xiàn)PET/CT診斷為MCS的患者中67%意識恢復(fù)，24%死亡；VS患者中35%無意識好轉(zhuǎn)，56%死亡；PET/CT結(jié)果與GOS-E隨訪結(jié)果明顯相關(guān)，提示PET/CT更準確預(yù)示DOS預(yù)后。研究還發(fā)現(xiàn)CRS-R評分為VS而PET/CT顯示大腦激活的13例患者1年后GOS-E評估，其中9例好轉(zhuǎn)為MCS，3例死于并發(fā)癥，1例仍為VS；而PET-CT未見大腦激活的VS患者意識均未得到恢復(fù)。Haibo等[38]亦發(fā)現(xiàn)僅初級皮層區(qū)激活的VS意識無明顯的好轉(zhuǎn)，而部分高級皮層區(qū)激活的VS患者82%意識恢復(fù)，提示PET/CT能夠判斷VS意識水平和預(yù)后。

5總結(jié)與展望

18F-FDG PET/CT定量反映大腦相關(guān)區(qū)域腦血流及葡萄糖代謝水平變化，進而定量反映DOS大腦功能損傷程度，為DOS意識水平的評估提供臨床依據(jù)。但目前多數(shù)臨床研究僅局限于觀察DOS大腦功能受損區(qū)域變化，尚不明確機體意識水平恢復(fù)的大腦葡萄糖代謝閾值，大腦特定區(qū)葡萄糖代謝閾值變化對意識恢復(fù)的作用也未得以證實，需要未來大量的多中心研究。另一方面，11C-FMZ PET/CT可直觀顯示大腦神經(jīng)元受損程度，而目前少有研究觀察對比不同類型DOS患者神經(jīng)元結(jié)構(gòu)性損傷水平，其損傷程度對機體意識水平的影響尚待進一步研究，特定大腦功能區(qū)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的完整性對意識恢復(fù)的意義也需大樣本的臨床研究得以證實。15O-H2O可顯示不同外界刺激下大腦局部血流量變化情況，進而反映機體外界信息神經(jīng)處理通路的激活情況，研究發(fā)現(xiàn)VS多殘存不同水平的信息處理通路功能，其對VS預(yù)后的影響缺乏長期的臨床隨訪研究，未來可通過與GOS-E隨訪結(jié)果進行相關(guān)性研究，以對VS預(yù)后提供更多的臨床指導(dǎo)意義。相信隨著今后PET/CT臨床研究的不斷深入，將更準確的對意識障礙患者大腦功能水平及臨床預(yù)后做出評估。

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Research progress of PET/CT in brain function of vegetative state patients after traumatic brain injury

LI Ruo-jin,DU Xin,LI He,LIN Cheng-he,LI Zhen-lan
(The First Hospital of Jilin University,Changchun 130021,China)

Patients with severe traumatic brain injury often survive in vegetative state,and show a significant difference in the prognosis.The level of consciousness in these patients decides whether the clinical treatment and home care for them to be continued or not,thus it makes great sense in the diagnosis of the type and degree of disorders of consciousness.The degree of brain dysfunction can reflect the level of consciousness,PET/CT quantitatively shows the change of brain function and corresponding residual activity area by using radioactive tracer,and further provides the clinical objective evidence for the diagnosis and prognosis assessment.Then this article will make a summary on the research progress of PET/CT about residual brain’s function and diagnosis of disorders of consciousness in traumatic brain injury.

Craniocerebral trauma;Consciousness disorders;Positron-emission tomography

R651.15；R817.4

A

1008-1062（2016）11-0823-04

2016-03-15；

2016-03-30

李若金(1992-)，女，河南駐馬店人，在讀碩士研究生。E-mail：jinnan1035528293@163.com

李貞蘭，吉林大學(xué)第一醫(yī)院康復(fù)科，130021。E-mail：zhenlanli66@163.com