18F-FDG PET标准脑葡萄糖代谢数据库的建立

郭坤，李云波，黄勇，魏熠鑫，张微，袁梦晖，魏龙晓

·神经影像专题·

18F-FDG PET标准脑葡萄糖代谢数据库的建立

郭坤，李云波，黄勇，魏熠鑫，张微，袁梦晖，魏龙晓

目的 运用MIMneuro软件构建反映不同年龄、性别差异的正常中国人脑葡萄糖代谢标准数据库。方法 采集78例健康志愿者的脑PET图像，年龄每隔10岁一组，分为8组，男女性别比例相当。用MIMneuro软件进行图像的归一化处理，并根据软件内单脑MRI以及概率MRI进行脑区划分，构建基于区域及体素分析的脑功能数据库。结果 建立正常国人脑葡萄糖代谢标准数据库，为临床诊断功能性脑病提供平台，尤其是癫痫患者术前准确定位。结论 不同年龄段、不同性别的正常人脑葡萄糖代谢标准数据库为功能性脑疾病的PET诊断提供客观依据，MIMneuro软件的自动定量分析增加临床医生的诊断信心。

18F-FDG PET；数据库；定量分析

18F-FDG PET 显像在功能性脑疾病的应用中发挥着重要作用[1-3]，尤其在癫痫术前病灶定位。准确的癫痫灶定位有助于病灶的切除，提高治愈率，减少病变反复[4-5]。目前临床上对于癫痫患者18F-FDG PET图像的解读主要通过发作期间显像，看图像判断代谢不对称性，寻找葡萄糖代谢减低灶。脑部PET图像解读如果仅依靠视觉分析会非常困难且主观性强。为解决这一难题，第四军医大学唐都医院核医学科依托MIMneuro软件平台[6]建立了国内首个用于临床诊断的正常脑葡萄糖代谢数据库，为功能性脑疾病的诊断提供自动定量分析平台。

1 资料与方法

1.1 志愿者入组 选择2016年3月～2016年12月期间来院PET中心行18F-FDG PET/CT检查的志愿者78例。每隔10岁分为一组，共8组，每组性别比例相当。各年龄组人数、年龄及男女分布见表1。入选者纳入标准：(1)没有脑部肿瘤、转移瘤或者脑部附近转移瘤的右利手志愿者，可以走动，无恶病质，无头颅照射病史；(2)不嗜烟酒；(3)无精神异常史，无痴呆，无神经障碍；(4)无白细胞增高，无头颅外伤；(5)无贫血；肾功能正常；心肺功能良好；无艾滋病；(6)头颅MRI阴性；(7)禁止服用影响颅脑代谢的药物；(8)MIS分数>5或者MMSE分数>24者，每个志愿者都进行心理健康测试，以问卷、MMSE、MIS表格的形式于注射FDG之前或者PET显像后进行。

表1 78例志愿者各年龄段人数、年龄及性别分布

1.2 受检者准备 受检者于检查前24 h内禁止烟、酒、咖啡以及影响脑葡萄糖代谢的药物。检查前6～8 h禁食，可饮水，禁止注射含有葡萄糖的液体。药物注射前测血糖，高于11.1mmol/L者剔除。测量身高、体重，并按照体重5.5mBq/kg静脉注射18F-FDG。药物注射后视听封闭至少20 min。50min后显像。一般境况下，禁止使用镇静剂，在本组志愿者中由于包含数名儿童，未能在扫描过程中保持安静，采用水合氯醛口服液进行镇静。18F-FDG购买于江原安迪科正电子研究发展有限公司(成都，中国)，放射性化学纯度>95%。

1.3 显像方法 显像设备为64排PET/CT扫描仪(GE，美国)。扫描参数：管电压 120kV，管电流200mA。CT重建采用滤波反投影法，重建层厚3.3mm，PET衰减校正使用标准的迭代图像重建的有序子集最大期望值算法，矩阵128×128，28个子集，过滤 6.00FWHM。显像过程中应注意：(1)显像时间20min；(2)图像采集过程中受检者处于安静、清醒状态；(3)扫描时双手至于身体两侧；(4)扫描范围应包含整个头颅；(5)扫描过程中头颅保持固定不动，特殊条件下可以使用固定器。

1.4 图像后处理 使用MIMneuro软件在MIM工作站对PET数据进行归一化处理、导入，建立数据库。使用MIMneuro软件中的BrainAlign进行归一化处理，其基于标识的形变配准算法(已申请专利)，可以实现高精确度的量化对比分析。根据受检者年龄、患者分组依次导入PET图像。该软件自带两套脑区划分模版，一是单脑图谱，从一名没有任何脑部疾患及特殊用药史的57岁男性经高分辨率T1WI MRI扫描获得；另一即概率图谱，为了帮助量化具有解剖变异的定位诊断，由10名健康志愿者经T1WI MRI扫描获得。当纳入的志愿者的脑葡萄糖代谢符合正态分布时，软件会根据不同脑区划分显示该区域、体素葡萄糖代谢正常可信区间。

2 结 果

本组采集了78例志愿者18F-FDG PET正常脑样本，依托MIMneuro软件平台建立了国内首个临床诊断用正常脑数据库。基于该数据库，可实现患者与相同年龄段、相同性别的PET正常人群的脑数据基于脑区、体素的量化对比分析；可以通过影像体积融合和显示技术，突出显示统计值显著性较高的区域(临床设置显著性差异0.05)，以快速定位代谢异常区域。以癫痫患者术前定位诊断为例说明该数据库的意义。患者，男性，23岁，发作性全身抽搐伴意识障碍18年，药物治疗无效，拟行外科手术切除。18F-FDG PET/CT显像示右颞叶葡萄糖代谢较对侧减低(视觉观察,见图1)。

图1 右颞叶葡萄糖代谢较对侧减低

将该患者PET图像导入MIMneuro软件，与正常数据库进行基于区域、体素的对比分析。基于区域分析可以根据软件自带的脑区划分方案计算患者该脑区葡萄糖代谢Z-分值(衡量某一分数与平均数之间的离差情况)，进行不对称测量(表2)。反映基于体素分析图像仅显示Z-分值小于显著性差异的区域，有助于快速定位异常区域(图2)。

3 讨 论

目前脑PET图像的解读主要是核医学科医师根据个人经验通过视觉分析进行影像诊断。即使SUV值的出现使得PET的定量诊断有了一定的依据，但目前仍无统一的诊断标准。因此有必要收集正常人脑PET图像，对其进行标准化，计算不同年龄、性别的正常人各脑区葡萄糖代谢可信区间，建立基于18F-FDG PET显像的反映各脑区正常葡萄糖代谢水平的标准脑数据库，为功能性脑疾病的诊断提供客观依据；避免观察的误差，增加临床医生对PET图像的解读信心；并满足不同医疗机构的交流，远程会诊的要求。本研究采集78名正常志愿者脑PET图像，结合MIMneuro软件建立反映正常人脑葡萄糖代谢数据库平台，软件中的Brain Align是基于标识的形变算法，其通过将每个大脑与标准模版精细配准，提高量化对比的准确性[7]。其次，基于该数据库，可实现患者与相同年龄段、相同性别的PET正常人群的脑数据基于脑区、体素的量化对比分析。通过影像体积融合和显示技术，突出显示统计值显著性较高的区域，以快速定位代谢异常区域，为神经系统功能性疾病提供定量分析解决方案[8-9]。本数据库为国内首个用于临床诊断的脑功能数据库，在我院癫痫患者术前准确定位中发挥着重要作用。

表2 MIMneuro软件定量分析结果

图2 右颞叶显示低代谢病灶

2010年复旦大学附属华山医院PET中心陈丽敏等[10]利用Scenium软件通过对正常人脑18F-FDG PET图像进行处理，统计学分析，获得了不同年龄段各个脑区SUV平均值的参考范围，建立了相应的数据库。该数据库的建立为功能性脑疾病的PET诊断提供了客观的参考值和诊断标准。本研究依托MIMneuro软件平台建立了国内首个可以用于临床诊断用的脑功能数据库，该数据库不仅可以获得各个脑区葡萄糖代谢的参考范围，而且基于该数据库，还可以实现患者PET图像与不同年龄段、不同性别的正常人群的脑数据进行基于区域、体素的量化对比分析，通过软件自带的脑区划分系统，突出显示统计值显著性差异较高的区域，快速定位代谢异常区域，并进行定位，其自动量化分析的优势使得临床诊断更客观、更方便，避免了手绘ROI区计算葡萄糖代谢再与正常数据进行对比分析的误差。该数据库的另一优势即软件自带两套脑区划分系统，一是单脑图谱，从一名没有任何脑部疾患及特殊用药史的57岁男性经高分辨率T1WI MRI扫描获得；另一即概率图谱，为了帮助量化具有解剖变异的定位诊断，由10名健康志愿者经T1WI MRI扫描获得，后者对部分脑发育不良患者，或脑萎缩患者的病灶准确定位具有重要意义[11]。

此外，本数据库还针对性别进行分组。目前已有研究对男女脑代谢意见不一[12-14]，因此在定量对比分析时，有必要对性别进行分层分析。陈丽敏等建立的数据库提示正常人各脑区葡萄糖代谢存在两个明显减低的趋势的年龄段，分别为31～40岁，61～70岁，前者的原因可能为21～30岁年龄段脑功能较为活跃，而31～40年龄段步入中年，脑功能有所下降，趋势相对较其他年龄段明显。而后者的原因在于人体步入老年期后的正常老化现象。本数据库的建立也是采用每10岁一个年龄段进行分析，目的在于随着年龄的增长，脑区葡萄糖代谢情况亦会存在差异。尤其是20岁以下，正处于生长发育阶段，变化范围大，更应该进行分组分析，但由于伦理等的限制，0～10岁组志愿者数目相对较少。本研究设计拟纳入地域因素可能影响脑葡萄糖代谢，但本单位位于西北地区，志愿者主要集中于当地，东部以及南部患者较少，因此有必要与各地的PET中心合作，进一步扩大样本量，建立反映不同地域的正常人脑葡萄糖代谢的标准数据库。

目前MIM系列软件产品已应用于全球3 000家以上的医院，MIM软件公司基于MIMneuro平台已在国际会议和期刊上发表论文成果12项，美国已经依托该软件建立了反映正常成人脑葡萄糖的标准数据库，用于早老性痴呆诊断的客观依据[15]。本研究建立的数据库涵盖了不同年龄、性别各脑区葡萄糖代谢的正常可信区间，其基于体素、区域的自动定量分析为痴呆、癫痫等功能性疾病提供客观诊断依据，增加临床医生诊疗信心。

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(收稿2017-03-13 修回2017-04-19)

Establishment of standard brain18F-FDG PET database in Chinese population

GUOKun,LIYun-bo,HUANGYong，etal.
DepartmentofNuclearMedicine，AffiliatedTangduHospitaloftheFourthMilitaryUniversity，Xi’an710038，China

WEILong-xiao

Objective To establish the standard cerebral glucose metabolism database in different ages and gender in Chinese population by using18F-FDG PET and MIMneuro software.Methods18F-FDG PET brain imaging data acquired from 78 healthy volunteers were grouped by age of 10-year interval and divided into 8 groups，gender radio were equal.BrainAlign，the landmark-based deformation algorithm，ensures consistency and accuracy for each case.Regional-based or voxel-based analysis for more confident image interpretation.Results The normal standard18F-FDG PET database of Chinese population was established，providing quantitative platform for the diagnosis of functional brain disorders，especially accurate preoperative location of epilepsy patients.Conclusions The normal standard18F-FDG PET database providing objective basis for the interpretation of PET images，the automatic quantitative analysis increases the confidence of clinicians.

18F-FDG PET;database;quantitative analysis

2015年度唐都医院新技术新业务

710038 西安，第四军医大学唐都医院核医学科

魏龙晓

10.3969/j.issn.1672-7770.2017.04.006

R817.4

A

1672-7770(2017)04-0263-04