年龄对脑葡萄糖代谢的影响.doc

第二部分 年龄对脑葡萄糖代谢的影响正常老化引起脑结构和功能的改变，显像技术的发展为显示这些脑部改变提供了有利的手段，并且将正常老化与病理状态区分开来。CT和MRI可以发现脑结构随年龄的变化，如脑室增大、脑沟增宽、脑容积变小等(33-41)，既然功能的改变早于结构的改变，因此应用PET显像，可以在脑结构正常时发现FDG代谢异常。然而以前对于这方面的研究有的认为随年龄改变脑葡萄糖代谢没有明显的改变(42-43)，而多数的研究者认为在某些特定的脑区如额叶等葡萄糖代谢随年龄的增加明显降低(44-49)。本研究应用高分辨率的PET仪器（ECAT EXACT HR+）来探索脑葡萄糖随年龄的变化情况，并归纳正常老年脑的特征性变化特点，为临床上解释脑PET图像奠定一定的基础。对象与方法一. 研究对象1999年6月2000年1月间来PET中心健康检查的正常人29例，其中男21 例，女8 例，年龄在27-78 岁之间，平均年龄 5316.9岁。将29 例正常人分为三个年龄段，小于40岁8例，平均年龄34.24.4岁；4160岁10例，平均年龄49.13.8岁；大于61岁10例，平均年龄73.83.6岁。所有的入选者必须符合以下的条件：（1） 既往无糖尿病病史（2） 既往无心梗、心绞痛、心律失常、风湿或其他心脏病史（3） 既往无脑中风、短暂性脑缺血、癫痫、头痛、脑外伤、精神 异常等神经疾病史（4） 无酒精或药物滥用史（5） 右利手（6） 学历初中文凭以上（7） 从事轻中度脑力或体力劳动（8） 体格检查（包括视野、听力和语言功能等）正常（9） 智能评分采用简易智能状态评分量表（MMSE），总分在正常范围。（10）心率100次/分，血压收缩压170mmHg，舒张压95mmHg， 空腹血糖120mg/dl。二. 设备与显像剂1. ECAT EXACT HR+ 型PET：德国西门子公司产品，2D采集模式下视野中央的横向和轴向分辨率分别为4.3mm和4.2mm；3D采集模式下视野中央的横向和轴向分辨率分别为4.4mm和4.1mm。具体性能和结构详见第一部分。PET的各项质控指标定期进行监控和校正，每早系统自动进行Daily Q.C.，每日质控其中包括当天空白扫描（blank scan，即探头视野中央无任何附加物体，探头系统采集三根棒源的放射性），采集完毕后系统通过打印机输出质控结果，确保系统的采集条件在正常范围，即采集时偏离3个标准差的探头总数小于总探头数（18432个探头）的3%，两次扫描之间的平均变异小于2.5，从而保证PET机器具有良好的采集条件和重建图像质量。2. 血糖仪：美国强生LIFESCAN公司出品的One Touch Basic血糖监测仪。3. 显像剂：18氟标记的脱氧葡萄糖（18FDG）。由计算机控制下在FDG自动合成模块（CPCU）内合成，具体合成路线和合成流程详见第一部分，最终合成的18FDG经无菌滤器过滤得到无菌、无热源的18FDG注射液，高效液相色谱层析(HPLC)法测定其放射性化学纯度，要求95%以上。三. 研究方法1. PET检查前注意事项。受检者PET检查前24小时内禁用咖啡、香烟、酒或药物（包括抗组胺药物、阿斯匹林、安定等），12小时内禁食，检查前夜保证充足睡眠。2. PET检查前准备。在静脉注射18FDG前1530分钟静躺于避光、安静、温度适中（2026C）的房间，黑色眼罩蒙眼；注射18FDG前测心率、血压，指尖采血，将血滴到血糖仪测试纸表面测定血糖；心率、血压、血糖正常范围内，建立静脉通道，在30秒内将510mci18FDG注入肘静脉内，避免18FDG漏出血管，静脉注射后仍保持安静、避光、避声状态，30分钟后将眼罩移去。3. 数据采集。注射18FDG30分钟后，病人仰卧于采集床上，根据前后校准激光调节床位，使头部处于采集视野中央，采集过程中头部保持不动。应用3D模式采集，程序设置先进行发射采集，后进行透射采集，预置发射计数1亿1.5亿，透射扫描时间10min(计数约约1亿)，然后进行T+E衰减校正，重建处理得横断面、冠状面及矢状面影像。采集处理程序具体如图II-1。4. 重建参数设置。2D衰减校正因子的重建和图像的重建条件采用ECAT EXACT HR+ 型PET的默认值（default value），重建过程中皆进行散射校正、衰变校正、归一化、角度校正等处理，原始图像不经过前处理。衰减因子的重建条件为：采用FBP重建方式，矩阵128*128，Zoom1.0，横轴方向的窗函数为Hann，截止频率为0.5，穿轴方向函数的截止频率为0.5；图像的重建条件为：采用FBP重建方式，矩阵128*128，Zoom2.5，横轴方向的窗函数为Hann，截止频率为0.5，穿轴方向函数的截止频率为0.5。5. ROI（感兴趣区）设置。平行于眶耳线将重建所得的PET脑图像进行横断层，层厚0.8cm，根据文献报道的方法，设置89个椭圆形ROI(50)，皮层和白质内的ROI设置为1.6*0.8cm，壳核和尾状核的ROI根据结构代谢最高处设置，选定ROI，由计算机系统自动测定每个ROI内的平均放射性（以uci/cc为单位），因为个体脑大小存在差异，所以在额叶、颞叶、枕叶、感觉运动皮层等结构上设置多个ROI，分别取其平均放射性作为额、颞、枕叶、感觉运动皮层等脑区的放射性。具体的ROI设置方法如图II-2。6. 图像分析。A. 目测法。目测法由2位有经验的医师同时阅片，观察皮层、基底节、小脑等脑区的代谢随年龄的变化情况。B.半定量方法：启动PET系统的ROI程序，选定ROI，由计算机系统自动测定每个ROI内的平均放射性浓度（单位为uci/cc），根据ROI设定图，将不同层面上相同脑区的放射性浓度取平均值作为这个脑区的平均放射性，分别得到额叶、颞叶、枕叶、感觉运动皮层、壳核、小脑、白质的平均放射性浓度，然后分别计算额叶/白质、颞叶/白质、枕叶/白质、感觉运动皮层/白质、小脑/白质、壳核/额叶、小脑/额叶这些比值，作为评价脑内葡萄糖代谢半定量方法。将不同年龄段内的额叶/白质、颞叶/白质、枕叶/白质、感觉运动皮层/白质、小脑/白质、壳核/额叶、小脑/额叶比值取平均值，得到各年龄段内反映各脑区葡萄糖代谢的半定量指标。结 果进行PET检查的29例正常人，其中其中男21 例，女8 例，年龄在27-78 岁之间，受教育程度至少初中（或相当于初中）水平，都是右利手，有关生理和精神状态系数的平均值如下表（表II-1）表II-1单位MeanSE年龄岁53.016.9体重公斤（kg）6610心率次/分钟713收缩压MmHg1217舒张压MmHg813空腹血糖mg/dl802MMSE量表评分值29.90.1目测法观察发现皮层葡萄糖代谢尤其是额叶皮质随年龄的增加而减低，基底节、海马、丘脑、小脑和视皮层的代谢随年龄变化不大。随年龄增加时，顶叶和侧枕叶的代谢减低程度比额叶的减低程度小，所以老年期时PET图像上前后脑皮层代谢的梯度性变化消失；因为老年期脑皮层葡萄糖代谢的减低，所以基底节与皮层的比值和小脑与皮层的比值反而增高，尤其是基底节/皮层比值的增高在PET脑图像上出现特异的表现，即壳核代谢相对于周围皮层增高，另外，老年脑FDGPET图像上还表现为外侧裂增宽、脑室增大和脑沟增宽。(图II-35)不同年龄段下，各脑区的半定量指标平均值见表II-2表II-2 年龄指标小于40岁4160岁大于61岁额叶/白质2.9250.1412.4670.2342.1520.172颞叶/白质2.7060.1742.3040.2462.0410.182枕叶/白质3.0310.1392.8160.2232.6450.272感觉运动皮层/白质2.7480.1052.3470.2092.0590.151小脑/白质2.4440.2622.2430.1972.1660.175壳核/额叶1.0580.0461.0590.0361.2210.123小脑/额叶0.8340.0620.9110.0361.0080.064额叶、颞叶、感觉运动皮层、小脑、枕叶、壳核/额叶和小脑/额叶随年龄的变化见图II-612。讨 论正常老化可以引起脑结构和功能的改变，显像技术的发展为显示这些脑部改变提供了有利的手段， CT和MRI从解剖结构方面可以发现脑结构随年龄的变化，如脑室增大、脑沟增宽、脑容积变小等，既然功能的改变早于结构的改变，因此应用PET显像，可以在脑结构正常时发现FDG代谢异常。然而以前对于这方面的研究有的认为随年龄改变脑葡萄糖代谢没有明显的改变，而多数的研究者认为在某些特定的脑区如额叶等葡萄糖代谢随年龄的增加明显降低，了解脑葡萄糖代谢随年龄的变化特点，不仅能为临床上解释脑PET图像奠定一定的基础，而且可以将脑的正常老化与病理状态区分开来。Kuhl等(44)对40例正常人进行FDG-PET显像，正常人年龄在18-78岁之间，PET显像时不封闭视、听（但处于静音、避光的环境），研究者发现78岁时的平均CMRglu比18岁时的降低26%，额叶的葡萄糖代谢率降低最为明显；Alavi(45)对老年组（平均年龄6510岁）和非老年组（平均年龄766岁）两组正常人的研究发现额叶和感觉运动皮层的葡萄糖代谢率明显降低；Chawluk等(46)对44例正常人（年龄在18-83岁之间）进行FDG-PET显像发现额叶的老年人的葡萄糖代谢率比年轻人降低17%，下顶叶、上颞叶和感觉运动皮层葡萄糖随年龄降低有明显的降低；Yoshii(47)对76例正常人进行FDG-PET发现额叶、颞叶、顶叶葡萄糖代谢率随年龄增加而降低；Weiss(48)报道随年龄的增加全脑的平均葡萄糖代谢率降低，额叶葡萄糖代谢率降低比顶叶、颞叶和运动感觉皮层明显。通常老年脑存在脑皮层等结构的萎缩，一些研究者在综合考虑脑萎缩因素后，计算老年脑的葡萄糖代谢率，发现各脑区的葡萄糖代谢率并没有明显的变化，这表明老年脑内额叶等皮层的代谢减低不是因为脑萎缩的结果，而是与老年所带来的功能性变化相关。(49,51-52)以上研究者应用葡萄糖绝对定量的方法研究年龄对脑葡萄糖代谢的影响，这种方法需要进行PET动态显像和显像过程中定时采集动脉血，这在实际临床工作中存在一定的局限性。本研究主要通过半定量的方法来评价年龄对脑葡萄糖代谢的影响，以各脑区放射性与白质放射性的比值作为反映各脑区葡萄糖代谢率的半定量指标，在ROI划分时，考虑到脑内结构可在多层脑横断层上出现，所以取每一层上相同脑区的平均放射性作为此脑区的放射性。研究中发现大脑额叶、颞叶、顶叶、感觉运动皮层等的葡萄糖代谢率随年龄增加而降低，尤其以额叶最为明显，而枕叶、小脑、脑干和壳核等脑区的葡萄糖代谢率变化不明显，这与定量研究的结果基本一致，因此可以在临床实际工作中将各脑区放射性/白质放射性比值作为评价脑FDG-PET图像的半定量指标。年轻正常人FDG-PET脑图像特征表现之一为前后脑皮层代谢的梯度性变化，即额叶的葡萄糖代谢相对比顶叶的葡萄糖代谢高，所以在PET脑图像上呈现一定的梯度性变化，而随年龄增加时，顶叶和侧枕叶的代谢减低程度比额叶的减低程度小，老年期时PET图像上这种梯度性变化消失；老年期时脑皮层葡萄糖代谢的减低，而小脑和壳核的代谢减低不明显，因此壳核与皮层的比值和小脑与皮层的比值反而增高，尤其是壳核/皮层比值的增高在PET脑图像上出现特异的表现，即壳核代谢相对于周围皮层增高，形象地称之为“水落石出”征象。总结老年脑FDGPET图像的特点如下：(1)外侧裂增宽；(2)脑室增大；(3)脑沟增宽；(4)皮层代谢减低，尤以额叶为明显；(5)额叶放射性/白质放射性比值的95%可信区间为1.812.48 ；(6)皮层梯度性变化消失；(7)小脑代谢减低不明显；(8)小脑放射性/白质放射性比值的95%可信区间为1.822.51 ；(9)“水落石出”征象。额叶、顶叶、颞叶、感觉运动皮层葡萄糖代谢率随年龄的增加而减低，但41-6