正常人脑葡萄糖代谢标准数据库建立

陈丽敏，左传涛，黄喆慜，华逢春，赵军，管一晖

(复旦大学附属华山医院 PET中心，上海 200235)

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科室简介：复旦大学附属华山医院PET中心成立于1998年，是我国首批成立的PET中心之一。自1998年12月15日完成第一例18F-FDG PET全身检查以来，至今已完成四万余例临床检查，解决了大批疑难杂症诊断的同时，推动了PET/CT的临床发展。2008年6月本中心因医、教、研等多方面的卓越成就，在美国核医学年会中成为大会重点介绍的10个PET中心之一，同时也是亚洲唯一一家被介绍的PET中心。

Scenium软件：Scenium软件是西门子公司推出的一款高级神经系统评估软件，用于PET及SPET的脑葡萄糖代谢评估。该软件可自动将PET或SPECT图像与CT或MRI融合，并能按其自带的脑分区模板将人脑分为134个脑区进行计算。Scenium的这一功能为核医学及放射学医师诊断中枢神经系统功能性疾病提供了客观依据。

近年来脑18F-FDG PET检查在功能性脑疾病中的应用呈逐年上升趋势，对癫痫、阿尔茨海默病等功能性脑疾病的诊断和评价有重要价值，研究显示随年龄增加，正常脑老化亦会有18F-FDG PET的异常表现[1]。因此，了解正常脑老化的表现有助于鉴别生理性改变与病理性改变，对疾病诊断与分析十分重要。本研究旨在通过对大样本量正常人不同年龄段脑的18F-FDG PET图像进行分析比较，揭示正常人脑局部葡萄糖代谢随年龄变化的趋势，建立正常人不同年龄段脑葡萄糖代谢标准数据库，为功能性脑疾病的18F-FDG PET诊断提供客观的参考值和诊断标准。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选取2007年10月～2009年1月期间来华山医院PET中心行18F-FDG PET/CT全身健康体检者318例，其中男、女各159例，年龄在4～80岁之间，平均年龄（45.43±19.25）岁。将318例体检者按年龄分成7组，其中20岁以下归为1个组，21～80岁按每10岁为1个年龄段分成6组。各年龄段人数、年龄及男女分布见表1。

所有入选者必须符合以下各项条件：(1)既往身体健康，近期无不适；(2)无酒精或药物滥用史；(3)无精神异常史；无痴呆；无神经障碍（脑血管意外、癫痫等）；无头部创伤史；(4)无成人疾病，如：消化系统疾病、内分泌系统疾病、心血管疾病等；(5)体格检查（包括视野、听力、语言功能等）正常；(6)心率<100次/min，血压收缩压<140mmHg，舒张压<90mmHg；(7)检查前空腹血糖低于6.1mmol/L；(8)头颅MRI未见明显异常；(9)简易智能状态评分量表（MMSE）总分在正常范围；(10)右利手；(11)本次PET/CT检查未发现脑部异常占位、畸形及脑血管疾病。

表1 318例18F-FDG PET/CT健康体检者各年龄段人数及年龄、性别分布

1.2 受检者准备

受检者于检查前24小时内禁用烟、酒、咖啡及药物（包括安定、阿司匹林、抗组胺类药物等），检查前8小时禁食，检查前夜保证充足睡眠。在静脉注射前测量血糖、心率、血压及身高、体重，按体重3.7～7.4mBq/kg静脉注射18F-FDG。注射后，佩戴眼罩及耳塞以减少外界声光等刺激，在避光、安静、温度适中（20～26℃）的房间内静息。45～60min后进行显像。显像时，受检者处于安静、光线较暗的环境中，闭眼、塞耳。

1.3 显像方法

成像设备为西门子Biograph 64 PET/CT（52环LSO晶体/64层螺旋CT），18F-FDG由本中心药物室提供。放化纯>95%。注射药物后45～60min后行检查。首先进行体部Topogram定位扫描，电流35mA、电压120kV、扫描时间10.5s、扫描层厚0.6mm；接着进行体部CT扫描，电流170mA、电压120kV、扫描时间18.67s、扫描层厚5.0mm；最后进行体部PET扫描，采集床位5个。头部扫描顺序同体部扫描，Topogram参数为：电流35mA、电压120kV、扫描时间2.8s、扫描层厚0.6mm；CT参数为：电流300mA、电压120kV、扫描时间16.01s、扫描层厚3.0mm；PET采集床位1个。采集环境安静、避光，采集过程中头部保持不动。

1.4 图像重建

体部CT重建采用滤波反投影法，重建层厚3.0mm、核B29f PET smooth、FOV（field of view）300mm2；体部 PET 重建采用True X重建法，Gaussian滤波、FWHM 4.0mm，矩阵为 168×168。

脑部CT重建同样采用滤波反投影法，重建层厚1.5mm、核H19s PET very smooth、FOV 500mm2；脑部PET重建采用Backprojetion重建法、Gaussian滤波、FWHM3.5mm，矩阵为256×256。

1.5 图像处理

使用西门子脑功能分析软件（Scenium软件）在Leonardo工作站对PET图像进行处理。导入PET图像至Scenuim软件，点击“Fusion to Normal”，将PET图像标准化到蒙特利尔神经学研究所（Montreal Neurological Institute，MNI）的标准脑图谱。点击“Analysis”，根据软件自带的脑区划分模板，将标准化后的脑PET图像划分为12个基本脑区（额叶L、额叶R、颞叶L、颞叶R、顶叶L、顶叶R、枕叶L、枕叶R、小脑L、小脑R、丘脑L、丘脑R），再进一步细分为122个细节脑区。由软件自行计算得到上述134个脑区的SUV值。对每个PET图像进行上述处理，得到每位受检者的脑区SUV值。

1.6 统计学分析

1.6.1 将2.5所得各脑区SUV值根据受检者年龄分组，并转入SPSS15.0，对相邻两组进行成组t检验，以P<0.05为差异有统计学意义的界值。

1.6.2 计算各年龄段不同脑区（L或R）的SUV平均值及其标准差。

1.6.3 计算各年龄段双侧对称脑区（L及R）的SUV平均值及其标准差。

1.6.4 计算相邻组间各脑区葡萄糖代谢变化率。

2 结果

2.1 不同年龄段各脑区的SUV平均值数据库（见附表）

2.2 Scenium和SPSS软件对不同年龄段各脑区的SUV平均值分析结果

各脑区葡萄糖代谢随年龄增加呈递减趋势，且31～40岁年龄段及60～70岁年龄段代谢明显减低。葡萄糖代谢显著减低的脑区为额叶、颞叶（主要是颞极及颞横回）、岛叶、扣带回（主要是前扣带回）及基底节（主要是尾状核）等，其中又以岛叶代谢减低最明显，其次是扣带回、基底节、额叶、颞叶，除岛叶外均以左半球减低显著，而小脑、杏仁核、海马、海马旁回的葡萄糖代谢随年龄增加未见明显减低。

3 讨论

PET作为一项非侵入性神经功能显像技术，能通过不同显像剂从分子层面了解脑细胞的功能和脑传输信息的生化机制，并能在CT、MRI等影像技术显示脑结构改变之前发现其功能异常，进而早期发现相应的功能性脑疾病，达到早诊断、早治疗的目的。然而，迄今为止，PET的影像诊断主要仍依靠医师的个人经验，尽管SUV值的出现使得PET诊断有了一定的客观依据，但并无一个比较统一的诊断标准。

本研究通过采集大量正常人脑PET图像，对其进行标准化并分区测量各脑区SUV值，建立一个基于18F-FDG PET的正常人不同脑区葡萄糖代谢标准数据库。为功能性脑疾病的PET诊断提供客观的参考值和诊断标准，避免肉眼观察的误差，并满足不同医疗机构交流、远程会诊的要求，为神经功能网络数据库的建立和交流打下基础。

本数据库显示正常人脑不同脑区功能代谢随年龄增加呈非匀速性递减特征，其中以61～70岁年龄段最明显，其次为31～40岁年龄段。这与既往其他影像学对于年龄与脑的研究结果有相似之处。Gur等[2]及Goldstein等[3]分别对健康的中青年及老年人进行了脑的MRI检查，结果显示：无论是中青年还是老年，脑体积均随年龄的增长而减少，并且这种影响在老年人中更为明显。31～40岁年龄段递减趋势明显的另一原因可能为：21～30岁年龄段人处于青壮年期，脑功能较为活跃，而31～40岁年龄段人步入中年，脑功能有所下降，因此其降低趋势相比其他年龄段更明显。

本数据库还显示在所有122个脑区中，代谢减低主要涉及岛叶、扣带回、基底核、额叶及颞叶。其中，以岛叶最为明显；而在基底核中，尾状核的代谢减低比其他核团更明显；颞上回及颞横回较颞叶其他部分代谢减低更显著。与上述脑区不同的是，杏仁核、旁中央小叶、小脑、海马及丘脑等脑区随着年龄的增加其代谢无明显变化。这一结果与“最后发育，最先退化”的大脑发育模式基本一致。研究表明[4]：在胚胎期，躯体运动感觉区、脑干、丘脑、小脑蚓等部位发育最早，顶叶、颞叶、枕叶皮质层及基底节区、小脑等部位发育较晚，额叶发育最晚；相对应地，人在出生时，躯体运动感觉区、脑干、丘脑、小脑蚓等部位的代谢最高，随后在新生儿3个月左右，顶叶、颞叶、枕叶皮质层及基底节区、小脑等部位的局部葡萄糖代谢率逐渐增加，至6～8个月时，额叶的代谢才达到最高值。因此，本研究认为随着年龄增加，大脑葡萄糖代谢减低的脑区主要集中在额叶、颞叶及顶叶这些生命后期发育的脑部结构，而皮质下结构等生命早期发育的结构则相对不易受累。但与既往研究不同的是本研究中代谢降低最明显的为岛叶。相关研究表明：岛叶[7]是控制交感神经和副交感神经介导的心血管调节最重要的皮层区域，岛叶病变会导致心血管功能紊乱及自主神经功能状态的变化。岛叶的代谢减低明显可能与现代人心血管疾病发病年龄年轻化有关。

此外，正常人脑功能代谢随年龄代谢减低还表现为非对称性的特征。左侧半球较右半球更为显著，说明人脑的正常老化是一种非对称性的减退过程。这可能与左右半球的功能差异有关，研究表明：左脑是抽象逻辑思维、分析思维的中枢，而右脑则是处理表象、进行具体形象思维、发散思维的中枢。我们的社会是一个以语言思维定向的社会，因此在日常生活中，左脑的利用率更高，这可能正是左脑老化较明显的重要原因之一。

国内外学者利用FDG PET对AD、癫痫等功能性脑疾病进行研究，发现某些脑区不同程度的代谢功能改变，但至今尚未有统一的诊断标准。本研究建立的正常人不同年龄段脑葡萄糖代谢标准数据库阐明了不同脑区正常脑老化代谢功能改变的趋势，有助于AD、癫痫等功能性脑疾病与正常脑的比较研究，提供了统一的诊断依据。

本研究选取了318名正常人脑图像，样本量大，同时采用了Scenium软件对图像及数据进行处理和分析，避免了手绘感兴趣区等可能造成误差的因素，但仍有其不足之处。首先，地域、文化及受教育程度等因素可能对脑部发育及老化产生影响，因此有必要与各地的PET中心合作，进一步扩大样本量，建立不同人群的正常人脑各脑区葡萄糖代谢的标准数据库。其次，本数据库并未针对男女进行分开处理及统计，目前已有的研究对于男女脑代谢的差异意见不一，因此，有必要进一步对男女分别进行数据库的建立。第三，本研究虽采集了20岁以下正常人脑的PET图像，并进行了分析，但是并未与其他年龄段进行比较，主要是因为该年龄段正处于生长发育阶段，变化范围较大，在接下来的研究中，可将该年龄段进一步细分，以获得更有参考价值的数据。最后，本数据库仅适用于FDG代谢改变的脑功能性疾病，对于PD等无明显FDG代谢异常的脑功能性疾病，需要建立与之相对应的其他PET显像剂的标准数据库，如针对PD可建立CFT PET的相关标准数据库。

附表正常人不同年龄段脑葡萄糖代谢标准数据库

[1]Tumeh P C, et al. Structural and functional imaging correlates for age-related changes in the brain[J]. Seminars in Nuclear Medicine,2007, 37 (2): 69-87.

[2]Gur R C, et al. Brain region and sex differences in age association with brain volume - A quantitative MRI study of healthy young adults[J]. American Journal of Geriatric Psychiatry,2002,10 (1):72-80.

[3]Goldstein I B, et al. Ambulatory blood pressure and brain atrophy in the healthy elderly[J]. Neurology, 2002, 59 (5):713-719.

[4]Vannucci R C, et al. Glucose metabolism in the developing brain[J]. Seminars in Perinatology, 2000, 24 (2):107-115.

[5]Laowattana S, et al. Increased risk of cardiovascular outcomes and neurogenic stunned myocardium in patients with stroke localized in the left insula[J]. Circulation, 2001,104:17 (Supplement).

[6]Reverberi C, et al. Generation and recognition of abstract rules in different frontal lobe subgroups[J]. Neuropsychologia, 2005, 43(13):1924-1937.

[7]Murray E A, et al. Visual perception and memory: A new view of medial temporal lobe function in primates and rodents[J]. Annual Review of Neuroscience, 2007, 30:99-122.