一体化18F-FDG PET/MR血流代谢显像评估慢性单侧头颈动脉狭窄

崔碧霄，单 艺，张 苗，马 杰，闫少珍，张 越，杨睿博, 杨 斌，马 妍，焦力群，卢 洁*

(1.首都医科大学宣武医院放射与核医学科，3.神经外科，北京 100053；2.磁共振成像脑信息学北京市重点实验室，北京 100053)

缺血性脑血管病(ischemic cerebrovascular disease， ICVD)已成我国最常见致死和致残性疾病[1]。脑缺血转化为脑梗死为动态变化过程，定量脑血流量(cerebral blood flow， CBF)对早期诊断和正确治疗ICVD具有非常重要的临床意义[2]。15O-H2O PET显像是测量CBF的“金标准”[3]，但具有侵入性、技术难度大使其临床应用受限。动脉自旋标记(arterial spin labeling， ASL)已作为无创定量CBF方法广泛用于临床[4]。葡萄糖代谢在脑功能代谢中发挥着重要作用[5]。18F-FDG为临床最常用示踪剂之一，广泛用于测定各种疾病患者脑葡萄糖代谢，但目前联合血流代谢同步显像用于ICVD的研究较少。本研究观察一体化18F-FDG PET/MR血流代谢显像评估慢性单侧头颈动脉狭窄的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2017年5月—2020年6月68例就诊于首都医科大学宣武医院的慢性单侧头颈动脉狭窄患者，男55例，女13例，年龄25～71岁，平均(51.2±10.6)岁。纳入标准：①数字减影血管造影诊断单侧头颈动脉狭窄，狭窄程度>70%，未见对侧脑动脉狭窄>50%；②既往12个月内患侧血管区域曾发生短暂性脑缺血，最近发作时间超过3周，神经功能缺损症状稳定超过1个月；③MR结构像未见脑桥、双侧小脑区域梗死。排除标准：①图像质量欠佳；②双侧幕上多发梗死；③存在可引起脑功能障碍的其他神经或精神系统疾病，如抑郁症、脑肿瘤、帕金森病、代谢性脑病、脑炎、多发性硬化、癫痫及脑外伤等。

1.2 仪器与方法 采用GE一体化Signa TOF-PET/MR扫描仪，19通道头颈联合线圈，自制18F-FDG(放射化学纯度>98%)。嘱患者检查前禁食6 h以上，控制其血糖≤8.0 mmol/L；经手背静脉注射18F-FDG显像剂(3.7 MBq/kg体质量)后50 min开始一体化PET/MR扫描。PET扫描参数：采用飞行时间技术+点扩散函数，FOV 35 cm×35 cm，迭代次数8，有效子集32，矩阵192×192，采集时间10 min。轴位MR扫描参数：T1加权像，TR 3 545 ms，TE 24 ms，层厚3.0 mm，层间距1.0 mm，FOV 24 cm×24 cm；T2加权像，TR 6 278 ms，TE 102 ms，层厚3.0 mm，层间距1.0 mm，FOV 24 cm×24 cm；T2液体衰减反转恢复(fluid attenuated inversion recovery， FLAIR)序列，TR 11 000 ms，TE 145 ms，层厚3.0mm，层间距1.0 mm，FOV 24 cm×24 cm；ASL成像，TR 5 335 ms，TE 10.7 ms，FOV 24 cm×24 cm，层厚4.0 mm，层间距 0 mm，标记后延迟(post labelling delay， PLD)时间2.5 ms。

于PET/MR检查当日对患者进行美国国立卫生研究院卒中量表(National Institutes of Health stroke scale， NIHSS，0～45分)、改良Rankin量表(modified Rankin scale， mRS，0～5分)测评。

1.3 图像后处理与分析 采用GE AW 4.7工作站对ASL图像进行处理，获取CBF图；以Matlab R2016a平台处理18F-FDG PET与CBF图像。应用SPM12软件进行预处理，统一空间标准化至标准解剖空间图像，在三维空间对空间标准化后的PET与CBF图像以半高全宽为8 mm高斯滤波器进行平滑处理；计算各像素CBF。因摄取18F-FDG存在个体差异，而脑桥区受脑梗死影响较小，故将脑桥区作为参考脑区进行数值标准化，获得每个像素的标准摄取值比值(standard uptake value ratio， SUVR)。

由2名具有10年以上工作经验的放射与核医学科医师在不知晓临床信息的情况下分析常规MRI以确定梗死区，并以MRIcro 1.5版医学图像软件在T2 FLAIR图像中勾画梗死区，计算梗死体积占幕上半球体积的百分比。应用Matlab R2016a平台检测图像归一化状况，识别大脑半球的左右不对称性。基于不对称指数(asymmetry index， AI)计算患侧异常减低区(AI>10%)[6]。因患侧血流减低区与代谢减低区并非完全重合，故将患侧脑血流、代谢均较对侧减低超过10%的区域定义为血流代谢同步减低区；于18F-FDG PET与CBF图像中提取除脑梗死病灶之外、MRI表现为阴性的血流减低区、代谢减低区及血流代谢同步减低区(图1)。分别计算病变区CBF、SUVR、AI及减低体积比(占患侧幕上半球体积的百分比)。对以上参数均重复测量2次，取平均值作为结果。

图1 患者男，64岁，右侧颈内动脉闭塞 A.颅脑轴位MR T2 FLAIR图示右侧枕叶梗死灶(箭)； B、C.一体化18F-FDG PET/MR血流图(B)示患侧半球血流减低，代谢图(C)示患侧半球代谢减低； D～G.识别MRI所示脑梗死区(红色)、血流减低区(黄色)、代谢减低区(蓝色)及血流代谢同步减低区(绿色)

1.4 统计学分析 采用SPSS 21.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，行配对t检验。采用Spearman相关性分析评价各血流、代谢指标与临床神经功能评分之间的关系。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

68例慢性单侧头颈动脉狭窄患者接受检查时平均空腹血糖为(5.78±0.63)mmol/L；平均注射显像剂(305.99±49.21)MBq；平均NIHSS评分为(0.74±1.39)分，mRS平均评分为(0.62±0.77)分；其中61例存在脑梗死病灶，梗死体积百分比为(2.80±3.65)%。

2.1 同步减低区与血流减低区 68例中，血流减低区体积比为(49.98±7.81)%，血流代谢同步减低区体积比为(27.09±9.20)%，血流减低区病变侧CBF高于同步减低区[(38.28±7.71)ml/(100 g·min)vs. (36.99±7.72)ml/(100 g·min)，t=7.959，P<0.001]而CBF AI低于同步减低区[(25.47±5.94)%vs. (27.34±7.41)%，t=-6.969，P<0.001]。

2.2 同步减低区与代谢减低区 68例中，代谢减低区体积比为(43.37±9.65)%。代谢减低区患侧SUVR与同步减低区差异无统计学意义(1.35±0.12vs. 1.35±0.13，t=0.604，P=0.548)，而SUVR AI低于同步减低区[(21.96±3.41)%vs. (22.85±4.06)%，t=-8.325，P<0.001]。

2.3 相关性分析 同步减低区患侧SUVR与CBF无明显相关(P=0.498)，SUVR AI与CBF AI呈正相关(rs=0.255，P=0.036)。同步减低区体积比与NIHSS、mRS均呈正相关(rs=0.507、0.467，P均<0.001)。同步减低区SUVR AI与NIHSS、mRS均呈正相关(rs=0.337、0.317，P均<0.05)；SUVR、CBF、CBF AI与NIHSS、mRS均无显著相关(P均>0.05)。

3 讨论

脑血流和脑代谢与神经活动密切相关，均为评价脑功能的重要指标。本研究利用一体化18F-FDG PET/MR，联合应用ASL序列与18F-FDG PET同时评价慢性ICVD患者脑血流、代谢信息，结果显示，与血流减低区相比，血流代谢同步减低区内血流量更低、AI更高。正常情况下CBF为50～60 ml/(100 g·min)，若减少至20 ml/(100 g·min)则脑组织供血不足，可致神经元活动减少[7]甚至发生不可逆损伤，并引起大脑葡萄糖、氧气及其他营养物质含量降低，故血流代谢同步减低区发生脑梗死的风险可能更高。

仅据CBF并不能全面评价慢性缺血性脑血管病患者大脑组织状态。正常生理条件下，葡萄糖是大脑能量代谢的唯一底物；葡萄糖呈高代谢可能提示大脑处于缺血状态[8]。脑葡萄糖代谢率(cerebral metabolic rate of glucose， CMRGlu)是反映人体葡萄糖代谢的主要客观指标。大脑缺血过程中，CBF与CMRGlu变化相关：相对CBF(relative CBF， rCBF)>40 ml/(100 g·min)时，CMRGlu可维持在正常范围；若rCBF从35 ml/(100 g·min)降至20 ml/(100 g·min)，CMRGlu将急剧上升而后降低；rCBF<20 ml/(100 g·min)时葡萄糖代谢基本停止，进一步降低可能出现神经元死亡[9]。因此，在CBF减低但未发生梗死区域，以上葡萄糖代谢变化可能具有更重要的临床意义，可作为判断缺血性半暗带的参考[10]。本研究结果显示，同步减低区与代谢减低区SUVR无显著差异，但其SUVR AI高于代谢减低区，可能提示该区域有发生再卒中的风险，但具体机制探索仍待进一步研究。

临床量表评分可反映ICVD疾病进程及轻重程度，与脑缺血状态密切相关[11]。CHOI等[12]指出，临床卒中量表评分虽可预测脑灌注不足，但无明显临床症状的脑缺血患者脑部也可能出现持续脑血流变化，此时以临床量表评分阈值进行评估存在一定局限性；且即使某些脑功能缺损是暂时的，也应考虑实施影像学检查，以观察脑功能状态。CRISI等[13]认为临床评分用于评估急性期患者效果较好，但往往无法反映慢性期患者的真实情况。本研究中，同步减低区体积比、SUVR AI均与临床评分呈正相关，但CBF AI、SUVR及CBF与临床评分无显著相关，与本组病例均为慢性单侧头颈动脉狭窄患者、多无明显症状或除症状外均无功能障碍，提示影像学定量参数较临床评分更能准确反映患者脑功能状态。SZILAGYI等[14]报道，脑缺血患者幕上CMRGlu与临床卒中量表得分之间存在显著线性关系，提示幕上同步减低区可能成为未来预测疾病发生与发展的重要影像学参考。

综上，一体化PET/MR同步分析血流、葡萄糖代谢可检出慢性单侧头颈动脉狭窄患者脑血流和脑葡萄糖代谢异常，为观察患者脑功能状态提供更加全面的影像学信息。本研究存在的局限性：①血流及代谢参数均为相对值，仍需要引入绝对定量方式；②未对脑缺血患者进行临床随访，有待后续进一步完善。