早期帕金森 病患者脑葡萄糖代谢网络模式的18F-FDG PET显像研究

李修明 宋 炯 朱毓华 鲍伟奇 管一晖 谭海波

本研究通过对早期PD患者及年龄、性别匹配的健康对照者进行脑18F-FDG PET显像，并使用统计参数图[(statistical parametric mapping，SPM)(Wellcome Department of Cognitive Neurology，London，UK)]分析脑内葡萄糖代谢的变化，以显示早期PD患者异常的脑内环路，为PD早期诊断提供影像学依据，现报道如下。

方 法

1.研究对象

严格按照英国伦敦脑库PD诊断标准(UKPD Brain Bank Criteria)确诊的早期PD患者（Hoehn-Yahr分级为I～II级）10例，(男7例，女3例)，年龄42～70岁，平均(55.7±6.7)岁。健康对照者为本院PET中心的健康体格检查者，共10名，无神经系统疾病的主诉和体征，年龄与性别和PD组相匹配；其中男7例，女3例，年龄40～70岁，平均(54.6±6.4)岁。

2.18F-FDG PET脑显像

18F-FDG由本中心自备 (通过美国CTI公司RDSIII加速器生产18F，北京派特生物技术有限公司自动化合成模块制备18F-FDG)，放化纯度和标记率均＞95%，静脉注射18F-FDG 185MBq后处于安静、避光的环境，注射后45 min进行PET脑扫描，设备为西门子Biograph 64 HD型PET／CT，受检者保持安静平躺状态，处于听觉刺激小且光线较暗的检查室内。先进行20s的CT扫描用于PET数据的衰减校正，然后进行10min的3D脑断层发射显像，PET数据处理采用FBP方式重建，获得脑部横断面、冠状面及矢状面图像。所有受检者空腹6h以上。PD患者在检查前所用PD药物至少停用12h，避免使用左旋多巴等辅助药物对脑葡萄糖代谢的影响。

3.数据分析

经SUN SPARK工作站重建后的图像通过Microsoft FIP软件传递到PC图形工作站，应用MRIcro软件读取文件，将ECAT7文件格式转换为Analyze7图像数据格式。在MAILAB R2016a(Mathworks Inc，Sherbom，MA)平台上，用脑功能分析软件SPM12(Wellcome Department of Cognitive Neurology，London，UK)对图像进行位置校正，设置强度阚值为全脑平均值的80%，以排除放射性本底的干扰。后用12参数的线性仿射变换和非线性迭代法，按SPM程序内自带的PET模板进行图像归一化处理，使之与Talariach的空间坐标对应，并用10mm×10mm×10mm的核心对图像进行平滑，消除图像中高频噪声对统计分析的影响，得到目标图像，矩阵79×95×79，体素(voxe1)为2mm×2mm×2mm。对PD患者和对照者的18F-FDG PET图像进行组间体元统计(P值皆取0.001，未纠正)，所得一系列数值构成t统计参数图。将PD患者分别与对照组脑局部糖代谢进行比较，根据差异有显著性(P＜0.001)区域的Talariach坐标值确定其部位。

4.网络计算

应用尺度亚轮廓模型/主成分分析(scaled subprofile model/principal component analysis，SSM/PCA)自动处理软件包(来源于http：//www.feinstein neuroscience.org)对标准化的成组PET图像(PD组和健康对照组 )进行 PCA[1]。其过程如下式所示：SRPj=Pj-GMRjI-GMP。其中，Pj代表经对数转换后的个体j的脑图像矩阵，全脑平均代谢率(global mean rate，GMRj )代表Pj的全脑平均值，I代表单位矩阵。如个体的某主成分(单个或线性组合)的分值能够将患者与健康对照区分开(P＜0.001)，该主成分即定义为某疾病相关的脑功能网络模式。

5.统计学分析

结 果

1.PDRP 的建立

与健康对照相比，早期PD患者双侧豆状核（壳核）、双侧中央旁回、双侧旁扣带回、双侧脑桥、双侧小脑、右侧中央后回、双侧豆状核（外侧苍白球）、双侧丘脑、右侧枕上回、双侧额上回葡萄糖代谢明显增高（图1、表1）。

2.PDRP 表达值

PD组的PDRP表达值为1.512±0.631，健康对照组的PDRP表达值为0.000±0.548，前者明显高于后者 (t=10.731，P＜0.001)。

讨 论

PD是一种以黒质纹状体多巴胺能神经元进行性毁损为特征的的神经退行性疾病。现有的治疗手段主要是改善患者的症状，而延缓PD病程的神经保护治疗方法虽已见报道[2]，但循证医学证据仍不充分。PD神经保护治疗进展缓慢的一个重要原因是当患者符合PD临床诊断标准时，其脑内50%～80%的多巴胺神经元已经死亡，神经保护治疗干预为时太晚。如何利用生物学标志物更早确诊PD，为神经保护治疗提供更好的干预窗口，是该研究领域面临的一个关键问题[3]。因此，开发有效的生物学标志物用于尽早确诊PD，具有非常重要的价值。PD相关脑代谢网络模式（Parkison's disease-related pattern，PDRP）是新近发现的可以反映“皮质-纹状体-苍白球-丘脑-皮质”环路和相应解剖/功能通路葡萄糖代谢变化的影像学标记物[4-6]，PDRP具有疾病特异性，既可用于PD的早期诊断[7-8]，对原发性PD和帕金森叠加综合征的鉴别也有很好的价值，甚至可用于脑深部电刺激术后疗效的客观评估。

图1 早期PD患者脑葡萄糖代谢网络模式图。10例早期PD患者与10例健康对照者经尺度亚轮廓模型/主成分分析（SSM/PCA）软件处理的早期PD脑葡萄糖代谢网络模式（PDRP）的图像。早期PD患者PDRP的特征表现为壳核、苍白球、丘脑、脑桥、小脑的葡萄糖代谢明显增高。

表1 早期PD组与对照组间脑葡萄糖代谢异常区域、Talariach坐标值及t、P

脑几乎全部以葡萄糖作为其能源物质，神经核团的功能活动必然伴随葡萄糖代谢的改变，18F-FDG PET显像作为反映脑内葡萄糖代谢的有效方法，结合SPM分析法，可以发现在PD脑内存在的特异性脑葡萄糖代谢改变[9-12]。

本研究通过对早期PD患者与健康对照者PET图像进行SSM/PCA软件处理及SPM分析得到了早期PD患者脑葡萄糖代谢的PDRP图像，与健康对照相比，早期PD患者PDRP的特征表现为壳核、苍白球、丘脑、脑桥、小脑的葡萄糖代谢均明显增强，这与相关文献[4，12]报道相符。这种PD脑葡萄糖异常代谢的一致性变化与PD患者大脑皮质-基底节-丘脑-大脑皮质通路的改变一致。局部糖代谢的变化反映了神经网络传人性突触活动的变化情况。PD发生后，黑质纹状体多巴胺含量减低，导致在直接通路上对苍白球内侧部(GPi)的直接抑制作用减弱；在间接通路上，由于丘脑底核(STN)的过度兴奋，使其对GPi的兴奋性加强。两种通路的共同作用使GPi对丘脑的抑制作用过强，导致丘脑运动核团对相应皮质的兴奋性减低。本研究所观察到的豆状核高代谢可能由于接受来自STN的传入性冲动增加。丘脑由于接受来自豆状核的抑制性冲动增加，代谢也增强。丘脑高代谢的另外一个解释是由于从脚桥核、丘脑板内核及运动皮质传人的兴奋性冲动过度活动所致。小脑代谢增加的原因不明，可能是基底节异常的一种功能性代偿。

本研究基于18F-FDG PET显像得到的PDRP可以有效区分早期PD患者和健康对照者，有助于PD的早期诊断。在病程早期，将帕金森叠加综合征(包括多系统萎缩、进行性核上性麻痹等)从原发性PD中鉴别出来，是神经科临床医师面临的一个挑战。有资料显示PDRP却有很好的应用价值，Eckert等[13]研究发现，多系统萎缩患者的脑葡萄糖代谢模式与原发性PD明显不同，其壳核和小脑的代谢减少，脑代谢网络表达值明显低于原发性PD；而进行性核上性麻痹患者则是脑干和额中叶的葡萄糖代谢减少[14]。PDRP模式分析对于鉴别帕金森叠加综合征的价值有待进一步探讨。

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