一體化18F-FDG PET/MR評估缺血性腦血管病

缺血性腦血管病具有高患病率、高致殘率、高死亡率及高復(fù)發(fā)率的特點[1-2]。頸內(nèi)動脈(internal carotid artery, ICA)和/或大腦中動脈(middle cerebral artery, MCA)粥樣硬化性狹窄、閉塞是引起缺血性腦血管病的最主要原因[3-4]。一體化PET/MR具有同步掃描的獨特優(yōu)勢，一次掃描可同時獲得PET和MR圖像，兼具MR空間分辨率高、軟組織對比度佳和PET檢查獲取分子生物學(xué)信息的優(yōu)勢，通過自動圖像精確配準(zhǔn)融合可實現(xiàn)腦結(jié)構(gòu)、功能、代謝在時間和空間的最佳配準(zhǔn)。本研究探討一體化18F-FDG PET/MR在缺血性腦血管病中的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2018年5月—2018年11月17例就診于首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院的慢性缺血性腦血管病患者，男15例，女2例；年齡35～71歲，平均(53.0±9.1)歲，均經(jīng)血管造影診斷為單側(cè)ICA或MCA閉塞，且病程超過1個月；排除MR檢查禁忌證及由于頭部移動等原因嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量者。同期選取10名成年健康志愿者作為對照，男4例，女6例，年齡31～61歲，平均(45.3±9.3)歲；均無精神疾病病史，并經(jīng)頭顱MR檢查證實腦部無異常改變、MRA證實無顱內(nèi)及頸動脈血管病變。本研究經(jīng)醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，受檢者檢查前均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE 一體化Signa TOF-PET/MR掃描儀，19通道頭頸聯(lián)合線圈；顯像劑為自行制備的18F-FDG，放化純度>98%。檢查前囑受檢者禁食6 h以上，期間不飲用含糖的水，并于檢查前1天禁酒、禁劇烈及長時間運動，在注射示蹤劑前將血糖濃度控制在正常范圍。18F-FDG注射劑量為3.7 MBq/kg體質(zhì)量，注射后50 min開始一體化18F-FDG PET/MR檢查。圖像采集過程中，囑受檢者平臥、閉眼、放松、靜止不動，盡量避免任何思維活動。PET掃描參數(shù)：PET圖像采集時間10 min，采用飛行時間(time of flight， TOF)技術(shù)+點擴散函數(shù)(point-spread function， PSF)技術(shù)，視野35 cm×35 cm，迭代次數(shù)8，有效子集32，矩陣192×192。MR掃描參數(shù)：①T1WI,TR 3 545 ms，TE 24 ms，層厚3.0 mm，層間距1.0 mm,視野24 cm×24 cm，矩陣288×256，掃描時間1 min 55 s；②T2WI，TR 6 278 ms，TE 102 ms，層厚3.0 mm，層間距1.0 mm，視野24 cm×24 cm，矩陣 288×288，掃描時間59 s；③Flair序列，TR 11 000 ms，TE 145 ms，層厚3.0mm，層間距1.0 mm，視野24 cm×24 cm，矩陣256×256，掃描時間2 min 56 s；④DWI，TR 6 212 ms，TE 74.9 ms，層厚3.0 mm，層間距1.0 mm，視野24 cm×24 cm，矩陣128×128，掃描時間50 s；⑤3D-TOF-MRA，TR 25 ms，TE 3.7 ms，層厚1.4 mm，重疊0.7 mm，視野22 cm×22 cm，矩陣320×256，掃描時間14 min 34 s。其中T1W、T2W、Flair序列及DWI的掃描范圍覆蓋從顱底至顱頂全部腦組織，3D-TOF-MRA掃描范圍覆蓋頸部和顱內(nèi)血管。

1.3 一體化18F-FDG PET/MR圖像后處理與分析

1.3.1 健康志愿者PET/MRI定性和定量分析 定性分析：由1名資深核醫(yī)學(xué)科醫(yī)師和1名高年資放射科醫(yī)師共同完成，意見不同時經(jīng)協(xié)商決定。定量分析：采用AW 4.7工作站對DWI圖像進行后處理獲得ADC圖，分別選取雙側(cè)額葉、頂葉、顳葉、枕葉為ROI，定量測量其平均ADC值(mean ADC value， ADCmean)、平均標(biāo)準(zhǔn)化攝取值(mean standardized uptake value， SUVmean)及最大標(biāo)準(zhǔn)化攝取值(maximum standardized uptake value， SUVmax)。

1.3.2 慢性缺血性腦血管病患者PET/MR圖像定性和定量分析 定性分析方法同前，觀察圖像中有無腦梗死灶，并觀察患者18F-FDG腦代謝情況以確定異常代謝區(qū)。定量分析：采用AW 4.7工作站圖像后處理軟件，在Flair序列圖像中勾畫腦梗死灶、梗死周圍區(qū)作為ROI，每個區(qū)域連續(xù)勾畫3個層面，將其復(fù)制到ADC圖及PET圖像中，分別測量ADCmean、SUVmean及SUVmax，并以鏡像法獲得ROI對側(cè)相應(yīng)區(qū)域的ADCmean、SUVmean及SUVmax。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料以±s表示，采用配對t檢驗比較健康志愿者左側(cè)與右側(cè)對稱腦區(qū)間及慢性缺血性腦血管病患者病變側(cè)與對側(cè)相應(yīng)區(qū)域間ADCmean、SUVmean及SUVmax差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 健康志愿者一體化18F-FDG PET/MR表現(xiàn) 10名健康志愿者MRI均未見異常表現(xiàn)；18F-FDG腦代謝圖均顯像清晰，雙側(cè)額葉、頂葉、顳葉、枕葉區(qū)域放射性分布對稱，見圖1；左側(cè)與右側(cè)額葉、頂葉、顳葉、枕葉ADCmean、SUVmean及SUVmax差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，見表1。

2.2 慢性缺血性腦血管病患者一體化18F-FDG PET/MR表現(xiàn) 17例中，5例為左側(cè)ICA閉塞，7例為右側(cè)ICA閉塞，4例左側(cè)MCA閉塞，1例為右側(cè)MCA閉塞；DWI、ADC圖顯示腦梗死區(qū)呈低信號，ADCmean明顯高于對側(cè)相應(yīng)區(qū)域(P<0.01)，梗死周圍區(qū)未見異常信號，但ADCmean仍高于對側(cè)相應(yīng)區(qū)域(P<0.01)，見圖2；腦梗死區(qū)18F-FDG腦代謝均明顯減低，SUVmean、SUVmax與對側(cè)相應(yīng)區(qū)域比較均明顯減低(P均<0.01)，腦梗死周圍區(qū)18F-FDG腦代謝輕度減低，但低于對側(cè)相應(yīng)區(qū)域(P均<0.01)，見表2。

表1 10名健康志愿者不同腦區(qū)左側(cè)與右側(cè)間ADCmean、SUVmean及SUVmax比較(±s)

表1 10名健康志愿者不同腦區(qū)左側(cè)與右側(cè)間ADCmean、SUVmean及SUVmax比較(±s)

側(cè)別額葉ADCmean(×10-3 mm2/s)SUVmean(g/ml)SUVmax(g/ml)頂葉ADCmean(×10-3 mm2/s)SUVmean(g/ml)SUVmax(g/ml)左側(cè)0.90±0.108.23±1.5813.53±2.410.93±0.108.61±1.6113.17±2.55右側(cè)0.88±0.098.42±1.5813.59±2.410.94±0.118.61±1.4913.09±2.44t值1.822-1.846-0.328-0.4351.0540.781P值0.0790.0750.7450.6670.3010.441側(cè)別顳葉ADCmean(×10-3 mm2/s)SUVmean(g/ml)SUVmax(g/ml)枕葉ADCmean(×10-3 mm2/s)SUVmean(g/ml)SUVmax(g/ml)左側(cè)0.83±0.067.18±1.3111.63±2.130.83±0.047.90±1.3312.92±2.34右側(cè)0.83±0.507.23±1.2011.37±1.890.83±0.048.07±1.5012.77±2.42t值-0.114-0.4901.6020.176-1.6601.001P值0.9100.6280.1200.8620.1080.325

圖1 健康志愿者，男，49歲，一體化18F-FDG PET/MR表現(xiàn) T1WI(A)、T2WI(B)、Flair圖像(C)、DWI(D)、ADC圖(E)均未見異常信號，3D-TOF-MRA(F)未見血管狹窄、閉塞；18F-FDG腦代謝圖(G)、18F-FDG PET/MR融合圖像(H)顯示雙側(cè)大腦半球均未見明確代謝異常

3 討論

MR為腦缺血性病變最敏感的影像學(xué)檢查方法，聯(lián)合應(yīng)用多參數(shù)序列成像可充分反映顱內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)，有效評價顱內(nèi)血管及病灶。PET是以代謝顯像為基礎(chǔ)，可反映人體生理、生化、化學(xué)傳遞的分子水平的影像診斷方法。一體化18F-FDG PET/MR實現(xiàn)了功能與解剖結(jié)構(gòu)信息的同步獲取，與單純PET及MR檢查相比，可通過提供“一站式”診斷來增強便利性，縮短掃描時間，一次掃描收集多種生理信息(如灌注、代謝、氧合等)，為臨床提供更加全面、細致的影像學(xué)診斷依據(jù)[5]。

腦缺血機制研究[6-7]發(fā)現(xiàn)，腦缺血時，最先發(fā)生的改變?yōu)槟X血流減少和能量衰竭。本研究通過T1WI、T2WI、Flair序列、DWI及3D-TOF-MRA圖像獲取血管及顱內(nèi)組織結(jié)構(gòu)信息，其中MRA主要用以觀察顱內(nèi)血管狹窄、閉塞范圍，有無代償增生血管、是否合并動脈瘤等；T1W、T2W、DWI及Flair序列主要用于分析顱內(nèi)病變性質(zhì)，判斷腦梗死部位及范圍。DWI對于在布朗運動中的水分子擴散過程敏感，已廣泛用于監(jiān)測超急性期和急性期腦梗死的診斷及治療過程，可在卒中發(fā)生的數(shù)分鐘內(nèi)可靠地檢出嚴(yán)重受損的缺血組織[8-9]。此外，基于DWI圖像可生成ADC圖并通過ADC值描述組織中水分子彌散速度，腦梗死急性期ADC值降低，而慢性期ADC值升高。Marks等[10]報道，慢性腦梗死區(qū)ADCmean值為(1.59±0.84)×10-3mm2/s。本研究慢性缺血性腦血管病患者均為單側(cè)ICA或MCA閉塞，且病程>1個月，病灶DWI表現(xiàn)為低信號，ADC圖中呈高信號，ADCmean為(1.44±0.44)×10-3mm2/s。

表2 慢性缺血性腦血管病(單側(cè)ICA或MCA閉塞)患者18F-FDG腦梗死區(qū)及腦梗死周圍區(qū)患側(cè)與對側(cè)相應(yīng)區(qū)域間ADCmean、SUVmean及SUVmax比較(±s)

表2 慢性缺血性腦血管病(單側(cè)ICA或MCA閉塞)患者18F-FDG腦梗死區(qū)及腦梗死周圍區(qū)患側(cè)與對側(cè)相應(yīng)區(qū)域間ADCmean、SUVmean及SUVmax比較(±s)

側(cè)別腦梗死區(qū)ADCmean(×10-3 mm2/s)SUVmean(g/ml)SUVmax(g/ml)腦梗死周圍區(qū)ADCmean(×10-3 mm2/s)SUVmean(g/ml)SUVmax(g/ml)患側(cè)1.44±0.443.69±0.937.07±2.211.16±0.258.29±1.4112.97±2.31對側(cè)0.88±0.138.36±2.8614.06±4.300.99±0.179.81±1.6815.68±3.38t值10.862-12.77-13.817.337-12.771-12.427P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

圖2 患者男，35歲，左側(cè)ICA閉塞，一體化18F-FDG PET/MR表現(xiàn) T1WI(A)示左側(cè)顳枕葉低信號梗死灶，T2WI(B)、Flair圖(C)呈高或等信號，DWI(D)呈低信號，ADC圖(E)呈高信號，ADCmean為1.72×10-3 mm2/s，3D-TOF-MRA(F)顯示左側(cè)ICA閉塞(紅箭)；18F-FDG 腦代謝圖(G)、18F-FDG PET/MR融合圖像(H)顯示腦梗死灶代謝明顯減低，SUVmean、SUVmax分別為4.97 g/ml和9.09 g/ml，梗死灶周圍區(qū)代謝輕度減低(白箭)，SUVmean、SUVmax值分別為6.05 g/ml和10.74 g/ml

腦葡萄糖代謝是反映大腦供血及生理情況的有效指標(biāo)，葡萄糖約占大腦能量來源的20%。18F-FDG與葡萄糖類似，可被大腦組織細胞吸收并轉(zhuǎn)化為6-磷酸-FDG滯留在細胞內(nèi)，反映腦組織葡萄糖利用率和代謝情況。正常生理情況下，大腦各部位葡萄糖代謝呈對稱分布，13N-氨水定量腦血流量與18F-FDG反映的葡萄糖代謝均有很好的對稱性[11]。本組10名健康志愿者顱腦MRI均未見明顯異常表現(xiàn)，18F-FDG腦代謝顯像大腦不同腦區(qū)左側(cè)與右側(cè)代謝分布基本對稱，定量分析也顯示左側(cè)與右側(cè)間ADCmean、SUVmean及SUVmax差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。研究[12]報道，發(fā)生腦梗死后梗死區(qū)域葡萄糖利用率明顯減低。腦梗死灶周圍區(qū)雖未發(fā)生形態(tài)、結(jié)構(gòu)改變，但亦存在腦血流灌注減低，是發(fā)生腦梗死的高危區(qū)域[13]。腦血管狹窄、閉塞時，其供血區(qū)血流灌注減低，早期表現(xiàn)為輕度腦血流量降低，及時救治可避免腦梗死發(fā)生；出現(xiàn)腦血流量嚴(yán)重減低時，則進展為不可逆性腦梗死[14-15]。有學(xué)者[16]將MR檢查呈陰性但PET檢查呈陽性的區(qū)域定義為“貧乏灌注”區(qū)域，該區(qū)域腦組織尚未發(fā)生梗死，但如腦供血進一步下降將會引起不可逆腦梗死[17]。本研究分析17例單側(cè)ICA或MCA閉塞患者的一體化18F-FDG PET/MR圖像，發(fā)現(xiàn)MRI均顯示有明確梗死灶，且腦梗死區(qū)葡萄糖代謝明顯減低；同時梗死灶周圍區(qū)MRI雖未見明顯異常，但18F-FDG腦代謝定量分析顯示SUVmean及SUVmax均較對側(cè)相應(yīng)區(qū)域代謝減低，提示需臨床干預(yù)。除SUVmean及SUVmax外，本組慢性缺血性腦梗死患者患側(cè)ADCmeam亦較對側(cè)相應(yīng)區(qū)域明顯增高，可能為缺血導(dǎo)致微循環(huán)障礙、通透性增高、細胞外水分增多等原因所致，有待進一步研究。

綜上所述，一體化18F-FDG PET/MR可為診斷和評估慢性缺血性腦血管病提供全面、客觀的影像學(xué)依據(jù)，有助于臨床合理治療。