多模态多探针PET/MRI鉴别诊断帕金森病与进行性核上性麻痹

徐晓君,阮伟伟,刘 芳,盖永康,柳轻瑶,裘凯铄,孙 逊*

(1.华中科技大学同济医学院附属协和医院核医学科,湖北 武汉 430022;2.分子影像湖北省重点实验室,湖北 武汉 430022;3.生物靶向治疗教育部重点实验室,湖北 武汉 430022;4.华中科技大学同济医学院第一临床学院,湖北 武汉 430022)

帕金森病(Parkinson's disease, PD)发病率约1%,以运动迟缓、肌强直、震颤为主要表现[1]。进行性核上性麻痹(progressive supranuclear palsy, PSP)发病率仅0.001%,以PSP-Richardson综合征(PSP-Richardson's syndrome, PSP-RS)和PSP-帕金森综合征(PSP-Parkinsonism, PSP-P)居多[2]。准确鉴别诊断PSP与PD具有重要临床意义[3]。神经影像学能通过可视化人脑结构、功能、代谢和分子特征而为诊断疾病提供有价值的信息[4-5]。根据MRI显示中脑萎缩诊断PSP具有高度特异性,但敏感度偏低[6]。PSP与PD的多巴胺转运体(dopamine transporter, DAT)PET显像表现相似[7],但二者糖代谢模式存在差异[8]。一体化PET/MRI可发挥多模态成像优势,多探针显像有助于准确诊断和鉴别PD与PSP。本研究观察多模态多探针PET/MRI鉴别诊断PD与PSP的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2017年9月—2021年12月于华中科技大学同济医学院附属协和医院就诊的34例PD [PD组,男19例、女15例,年龄31～76岁、平均(55.8±12.8)岁,均符合2015年国际运动障碍学会(Movement Disorder Society, MDS)诊断PD标准[1]]和34例PSP患者。PSP患者包括19例PSP-RS[PSP-RS组,男14例、女5例,年龄56～69岁、平均(64.4±3.8)岁]和15例PSP-P [PSP-P组,男9例、女6例,年龄50～82岁、平均(68.3±10.0)岁],均符合2017年MDS PSP协作组诊断PSP标准[2]。全部患者接受颅脑11C-CFT与18F-FDG PET显像间隔均<2周。记录患者基本资料、临床表现、简易精神状态检查(mini-mental state examination, MMSE)和蒙特利尔认知评估(Montreal cognitive assessment, MoCA)评分。

1.2 仪器与方法 采用GE Signa 3.0T一体化飞行时间PET/MR仪。11C-CFT及18F-FDG由本院PET中心制备,放射化学纯度>95%。嘱患者在PET扫描前停用非必要神经系统相关药物至少12 h,18F-FDG PET扫描前禁食6 h以上,控制其空腹血糖<11.1 mmol/L;分别于经静脉注射11C-CFT及18F-FDG(3.7～5.5 MBq/kg体质量)后60 min及45 min采集图像,TE 2.6 ms,TR 6.9 ms,带宽50 kHz,FOV 24 cm×24 cm,矩阵384×384,采集时长10 min[9],同步获得PET图像与3D T1WI。以有序子集最大期望值法重建PET图像,以MRI图谱联合Dixon水-脂分离法行PET衰减校正。

1.3 图像分析

1.3.1 基于体素水平的MRI形态学分析 采用Matlab 2020b中的SPM12工具对T1WI进行分割、配准及归一化处理,获得脑灰质、白质及脑脊液组织概率图;以高斯算法对标准化后的图像进行平滑。以年龄及颅脑总体积为协变量,采用单因素方差分析及两样本t检验分析组间各脑区体积差异,检验水准为FWE校正P<0.05且团块大小>30。利用xjView程序对结果进行可视化。

1.3.2 PET图像处理及分析 以SPM12将PET图像匹配至T1WI,按自动解剖标记图集(http://www.gin.cnrs.fr/en/tools/aal-aal2/)模板将全脑分为70个脑区,获取各脑区平均标准摄取值(mean standard uptake value, SUVmean)[10]。将18F-FDG PET所示各脑区的SUVmean除以全脑SUVmean行归一化,获取标准摄取值比值(SUV ratio, SUVR)。以11C-CFT PET所示小脑皮质为参考,计算双侧尾状核及壳核SUVR,获得尾状核及壳核的不对称指数(asymmetry index, AI)及尾状核-壳核比(caudate putamen ratio, CPR):AI=(高摄取侧SUVR-低摄取侧SUVR)/双侧SUVR均值,CPR=双侧尾状核SUVR/双侧壳核SUVR。

1.4 统计学分析 采用SPSS 21.0统计分析软件。以频数表示计数资料,行χ2检验;以±s表示符合正态分布的计量资料,以中位数(上下四分位数)表示不符合者,分别行单因素方差分析及Kruskal-WallisH检验比较,分别采用LSD检验和Bonferroni法行两两比较。对组间差异显著的特征进行二元logistic回归分析,筛选可用于鉴别PD与PSP的影像学参数。绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线,计算曲线下面积(area under the curve, AUC),评价结构MRI表现、11C-CFT PET参数、18F-FDG PET参数及上述三者联合临床特征(年龄、病程、MMSE评分、MOCA评分及静止性震颤症状)鉴别PD与PSP的效能。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本资料 PD组患者年龄小于、而MoCA评分高于PSP-RS组及PSP-P组(P均<0.05);PD组静止性震颤占比高于PSP-RS组[76.47%(26/34)vs. 26.32%(5/19),P<0.05],见表1。

表1 PD与PSP患者基本资料及临床特征比较

2.2 结构MRI表现 25例(25/34,73.53%)PSP可见“蜂鸟征”,而PD组未见此表现。PD组双侧尾状核及右侧壳核皮质体积明显大于PSP-RS组及PSP-P组(P均<0.05);相比PSP-RS组及PSP-P组,PD组左侧颞极区灰质、双侧岛叶及左侧颞极区灰质明显萎缩(P均<0.05),见图1A～1C。相比PD组,PSP-RS组及PSP-P组中脑及右侧额叶白质明显萎缩(P均<0.05);相比PSP-RS组及PSP-P组,PD组双侧颞叶及右侧顶枕区白质显著萎缩(P均<0.05),见图1D、1E。PSP-RS组与PSP-P组间脑体积差异均无统计学意义(P均>0.05)。

2.311C-CFT PET显像 PD组双侧尾状核SUVR及CPR均高于PSP-RS组和PSP-P组(P均<0.05);PD组右侧壳核SUVR及壳核AI均高于PSP-P组(P均<0.05)。PSP-RS组与PSP-P组间11C-CFT PET参数差异均无统计学意义(P均>0.05),见表2。

表2 PD与PSP患者11C-CFT PET参数比较

2.418F-FDG PET显像 3组间多个脑区存在FDG代谢差异。其中,PD组右侧额上回、右侧额下回及双侧尾状核SUVR均高于PSP-RS组及PSP-P组(P均<0.05);PD组左侧额上回及右侧丘脑SUVR高于PSP-RS组(P<0.05);PD组左侧颞横回SUVR高于、而右侧小脑皮质、中脑及脑桥SUVR低于PSP-P组(P均<0.05);PSP-RS组右侧丘脑、右侧小脑皮质、中脑及脑桥SUVR低于、而左侧颞横回SUVR高于PSP-P组(P均<0.05),见表3。

表3 PD与PSP患者18F-FDG PET参数比较

2.5 鉴别效能 MRI表现、11C-CFT PET参数(如CPR)及18F-FDG PET参数(如右侧额下回及右侧尾状核SUVR)均可用于鉴别PD与PSP,上述各参数单一及其联合临床特征鉴别PD与PSP的AUC分别为0.868、0.853、0.978及0.973,见表4及图2。

图2 结构MRI表现、11C-CFT PET参数、18F-FDG PET参数及三者联合临床特征鉴别PD与PSP的ROC曲线

表4 结构MRI表现、11C-CFT PET参数、18F-FDG PET参数及三者联合临床特征鉴别PD与PSP的效能

3 讨论

本研究结果显示,结构MRI所示中脑萎缩及“蜂鸟征”是鉴别PD与PSP的重要依据,尾状核、壳核和额叶萎缩亦有助于鉴别诊断,与既往报道[11]基本相符;提示MRI可用于鉴别PD与PSP,但难以有效区分PSP亚型。

DAT显像正常已被PD诊断指南[1]列入排除标准。本研究发现,DAT功能受损基础上,尾状核改变在PSP更为显著,而PD对于壳核的影响更大,与既往报道[4,12]相符。本研究PD组CPR显著高于PSP-RS组及PSP-P组,PSP-RS组尾状核AI、PD组壳核AI最高,提示CPR与AI有助于鉴别PD与PSP;但对于个体水平纹状体DAT丢失模式用于鉴别PD与PSP的可靠性尚待观察[5]。18F-FDG PET研究[4-5,8]发现,PD与PSP糖代谢模式不同。本研究3组间多个脑区存在FDG摄取差异,PSP患者额叶、颞横回及尾状核糖代谢较PD患者显著减低,以右侧额下回及右侧尾状核SUVR鉴别PD与PSP的效能较高,与既往研究[4,5,13-14]有所差别,可能与样本差异、分析方法及采集条件不同有关。

利用18F-FDG PET观察PSP变异型的研究较少。相比PSP-RS,PSP-P患者壳核代谢更低,丘脑受累程度较轻;以壳核/丘脑FDG摄取比值鉴别PSP和PD的敏感度和特异度分别为100%和75%[15-16]。本研究中, 相比PSP-P组,PSP-RS组丘脑、中脑、脑桥及小脑糖代谢显著减低,提示PSP-P病变区域可能高于PSP-RS。

本研究中以 MRI表现、11C-CFT PET参数及18F-FDG PET参数鉴别PD与PSP的 AUC分别为0.868、0.853、0.978,联合临床特征后AUC为0.973,提示利用多模态影像学可鉴别诊断,且FDG PET成像特征对于鉴别PD与PSP至关重要,而纳入临床特征的鉴别价值有限。

综上,多模态多探针PET/MRI可有效鉴别PD与PSP;18F-FDG PET鉴别PD与PSP更具价值,并可为鉴别PSP亚型提供可能。但本研究为回顾性分析,样本量小,诊断疾病缺乏神经病理学验证,有待后续加以完善。