PET-MR成像在帕金森病中的应用进展

张梦焕，白岩，冯芹，王梦珂，王梅云*

作者单位：1.郑州大学人民医院医学影像科(河南省人民医院)，郑州450003；2.河南省人民医院 河南省神经疾病影像诊断与研究重点实验室，郑州450003

帕金森病(Parkinson's disease，PD)是一种相当复杂的疾病，其整个大脑的结构和功能均发生改变，最终导致多个系统受累。其复杂程度不仅体现在发病机制上，还在临床表现上有所体现，例如，除了常见的运动症状，还会出现认知、情感、行为等非运动症状，这些改变可出现在PD 的中晚期，但有时也在运动症状之前就出现[1-2]。前期，磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、正电子发射型计算机断层扫描(positron emission computed tomography，PET-CT)等影像学方法大多只从单一的角度对PD 开展研究[3-6]。一体化正电子发射断层扫描/核磁共振(positron emission tomography/magnetic resonance，PET-MR)成像作为一种新兴的成像技术[7]，使得研究者在分子、细胞和网络水平对PD 进行更深入的探索成为可能，现就PET-MRI 在PD 中的应用进展进行综述。

1 PET-MRI的特点和优势

一体化PET-MRI 是指将PET 探测器和MR 设备安装在一个机架中，PET 和MR 两个系统同时采集，扫描时参照物相同，获得的解剖空间结构一致，一次扫描即可获得兼具功能的PET图像和结构的MR 图像，这大大减少了采集时间和空间需求[8-9]。PET-MRI 的优势在于减少患者的辐射暴露；提供更好的软组织分辨率、多平面成像；将更先进的磁共振成像技术(如血氧水平依赖性功能磁共振成像、自旋标记磁共振成像)与正电子发射断层成像结合，提供额外的信息，提高诊断效能并进行定量评估[10-11]。

2 PET-MRI在研究PD发病机制中的应用

PET-MRI 尚未普及之前，人们往往使用单一模式对PD 的发病机制进行研究，例如通过18 氟-左旋多巴正电子发射断层成像(18F-fluorodopa-positron emission tomography，18F-DOPA-PET)评估PD 的多巴胺能神经元功能，并证实多巴胺的耗竭在后壳核最为严重[12]；利用18氟-氟代脱氧葡萄糖正电子发射断层成像(18F-fluorodeoxyglucose-positron emission tomography，18F-FDG-PET)对PD的脑代谢网络进行研究，在该类人群中验证了代谢空间协方差模式，这种特异性异常脑网络的特征是初级运动皮层和小脑高代谢与运动前回、前额叶和后顶叶皮质区的低代谢共存，又称为帕金森病相关脑代谢模式(PD-related metabolic covariance pattern，PDRP)，与健康对照组相比，PD 患者的PDRP 明显升高[13-15]；使用功能性MRI 对PD 脑功能网络进行任务态或静息态分析，探查异常的神经元活动和脑网络连接，其中低频振幅和局部一致性算法运用不同方法学从不同的角度来评价脑功能、神经元自发活动的改变，从而反映患者不同的临床表现[16]。

PET-MRI 作为对同一受试者进行不同成像交叉模态检查的理想工具，可以从脑整体的网络水平上理解不同病理特征之间的联系，为PD 发病机制的研究提供了新方法。Rupper等[17]将18F-DOPA-PET、18F-FDG-PET、MRI 三种功能成像模式结合，综合评估PD 患者脑病理之间的空间联系，结果显示黑质纹状体通路功能受损会损害纹状体与特定皮质区域之间的连接网络，进而扰乱运动加工区域之间的有效相互作用，最终导致PD患者出现运动症状。

PD 的标志是黑质中多巴胺能神经元进行性退化，导致纹状体中的多巴胺水平降低[18]。在结构上，PD 患者的脑灰质密度也发生了变化，与健康志愿者相比，早期PD 患者的左侧壳核、额下回和岛叶的灰质密度较低，右侧枕叶和两侧小脑后叶的灰质密度较高，中晚期PD 患者的左侧小脑后叶、枕叶和右侧辅助运动区的灰质密度较低，左侧颞中回的灰质密度较高[19]。这些异常已通过18F-FDG-PET或MRI得到证实[20-21]。

然而尚不清楚的是，多巴胺能变性和灰质密度之间是否存在相关性？Choi 等[22]利用PET-MRI 的优势，进一步研究二者之间的关联，其中多巴胺能变性采用多巴胺能正电子发射断层显像标记物18 氟-氟代丙基甲酯基碘代苯基降莨菪碱进行评估，灰质密度采用基于体素的形态学分析进行评估，结果证实PD 纹状体多巴胺能神经元变性和整体结构变化之间确实存在关联，并揭示了特定的区域相关模式，即前壳核多巴胺转运体结合率主要与小脑、海马旁回和额叶皮质的灰质密度呈正相关，而后壳核多巴胺转运体结合率主要与颞叶和枕叶皮质的灰质密度呈负相关。这些结果为PD 的代偿性性改变、临床表现与神经退行性变网络模式之间的关系提供了新的信息。

PD 的发病机制复杂，PET-MRI 的出现使研究者对其进行更深入地探索成为可能，也为进一步解释PD 的不同临床表现提供一些新的线索。

3 PET-MRI对PD手术治疗后脑代谢改变的研究

早期的PD 患者通常首选药物进行对症治疗，但随着服药时间延长，病情不断进展，药物的疗效会明显减退，甚至出现严重的副反应，为了进一步改善患者的生活质量，相继出现其他治疗手段，其中包括脑深部电刺激术、磁共振引导聚焦超声(magnetic resonance-guided focused ultrasound，MRgFUS)神经核毁损术[23-25]。此前该类患者术后的影像学改变和症状学改善之间的关系尚不明确，PET-MRI不仅可以从整体网络的角度深入研究与运动改善相关的生物学机制，而且可以评估手术的治疗效果和治疗益处。

将MRI与高强度聚焦超声相结合是MRgFUS神经核毁损术的特点，其原理是利用超声束穿透软组织聚焦于靶区，该区域在热效应作用下快速升温，蛋白质发生变性、凝固和细胞坏死，从而导致组织消融，但对周围组织的影响极小；另外，利用MR实时采集图像的功能，一方面确定靶点位置，另一方面对治疗范围及靶区温度进行监测，从而保证治疗过程的有效性及安全性[26]。MRgFUS 神经核毁损术作为一种治疗PD 的新型无创性外科治疗方法，临床上常选择丘脑腹中间核、丘脑底核(subthalamic neuclues，STN)、苍白球丘脑束和苍白球作为靶点[25，27-29]。

STN 的功能过度活跃是PD 一个公认的特征，Obeso 等[30]证实了STN 切除术后，患者的运动症状得到有效治疗、情绪得到明显改善。随后，MRgFUS 热消融术选择丘脑底核作为靶点治疗PD 的可行性和安全性也被证实，但很少有人研究其发挥作用的代谢基础及机制[28]。为了评估MRgFU-STN毁损术是如何调节PD 患者的代谢网络，Rodriguez-Rojas 等[31]使用18F-FDG-PET-MR成像技术研究了8 例行单侧STN 毁损术的PD 患者术前术后的静息态葡萄糖代谢，并量化了PDRP 的变化，结果显示患者术后的脑代谢与术前相比，毁损处代谢明显下降，这些区域涉及STN 和邻近的背外侧白质区，并延伸至部分红核；治疗侧大脑半球的基底神经节-丘脑皮层运动网络的FDG 摄取显著降低，同时内侧苍白球、初级运动皮层、额上回、扣带回以及对侧小脑Ⅳ、Ⅵ小叶也检测到代谢明显降低的簇；双侧顶叶和枕叶则显示代谢提高。相关分析表明，STN区域脑葡萄糖代谢率降低与总体运动功能改善的程度和患者的临床结局呈正相关。另外，在基线时，患者PDRP表达升高，MRgFUS-STN毁损术后PDRP表达显著降低，这种代谢网络的改变与世界运动障碍学会统一帕金森病评定量表中运动评分的变化显著相关，他们推测，MRgFU-STN 毁损术所诱发的改善机制可能是通过抑制异常的静息代谢网络活动发挥作用的。

一体化PET-MRI 为我们创造一个独特的条件来研究MRgFU-STN 毁损术对PD 患者脑代谢网络的影响，不仅为术后改善机制的研究提供了影像学证据，而且进一步证实此治疗手段的可行性及有效性。

4 PET-MRI在PD鉴别诊断中的研究

临床上，诊断PD 主要依赖于患者的症状，尤其是运动症状，但是这些特征性的表现也可出现在其他神经变性疾病中，如进行性核上性麻痹(progressive supranuclear palsy，PSP)、多系统萎缩等[32]。当患者的临床特征不典型或治疗效果不佳时，可以考虑利用PET-MRI 对其进行鉴别诊断，Barthel等[33]先后对临床表现相似的PD 和PSP 患者进行多巴胺转运体单光子发射计算机断层成像(single photon emission computerized tomography，SPECT)和18F-FDG-PET-MR成像，结果显示，在SPECT 图像上纹状体处多巴胺转运体均表现摄取减少而不能有效区分二者；在PET-MR 图像上PSP 显示纹状体和丘脑葡萄糖代谢减少，相比之下PD 并未出现此现象，从而鉴别二者。此外，高中宝等[34]也证实了PET-MRI 对PD 和路易体痴呆的鉴别能力，PD 患者因各脑区的淀粉样蛋白未见明显摄取改变从而与路易体痴呆患者有所区分。Chen等[35]也证实了PET-MRI对PD患者进行定量分析的准确性和诊断的有效性。通过对PD 患者和健康对照者先后进行18F-DOPA-PET-MRI、18F-DOPA-PET/CT扫描，结果显示与PET/CT相比，PET-MRI可以提供更高质量的脑组织图像，更清晰的解剖结构，并具有排除微出血的额外优势。

上述研究成果表明PET-MRI 作为一种有价值的成像技术，联合不同角度对PD 进行更加全面、系统和精准的研究，证实了其在该领域的潜力。

5 总结与展望

虽然PET-MRI 尚处于发展阶段，但这种技术的潜力已经充分体现。PET-MRI并非PET与MR的简单组合，它在单一成像技术的基础上，又实现了多模态综合功能成像，将PET 的代谢和分子信息与MR 影像学的结构、功能信息相结合，在研究PD时充分发挥其优势，有助于我们深入了解大脑不同水平(分子、细胞、网络)在PD发生发展过程中发挥作用的机制，深入研究个体和患者群体之间整体代谢网络表达的方式。

尽管目前PET-MRI 针对PD 中的研究相对较少，但我们相信，未来，影像设备不断发展，硬件和软件技术不断提升，示踪剂不断丰富，一体化PET-MRI 也将为PD 的基础研究提供更全面的影像信息，在PD 的临床诊疗中发挥不可或缺的作用。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。