河北医大核医学讲义07神经系统.docx
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1、第七章神经系统二十世纪八十年代以来,随着SPECT和PET的逐步推广应用以及新的脑显像剂的研制成功,神经核医学发展迅速并取得了令人注目的成就。近年来,神经核医学(nuclearneurology)面临着CT、MR等医学影像在清晰显示解剖结构的基础上也在努力探索显示脏器功能、血流新技术的挑战。随着现代影像核医学的迅速发展,SEPCTCT和PET/CT这些具有同时反映解剖结构和功能代谢的先进核医学仪器问世,核医学将能更精确地定位和准确地定量,从分子水平上展示人脑生理、病理变化状态。神经核医学在观察和研究脑血流分布、代谢方面有着重要作用;在探索人类行为、情感等生理行为变化和脑部疾患上,神经递质和受体
2、显像也越来越受到重视。因此,神经核医学在神经精神疾病的临床诊治、脑生理生化功能与病理机制的探讨以及人脑认知功能的研究中具有独特的优势,有着广阔的发展前景。神经核医学内容主要包括脑血流显像(cerebralbloodflowimaging).脑代谢显像(Cerebralmetabolicimaging).脑神经递质和受体显像(neurotransmitterandneuroreceptorimaging).放射性核素脑血管显像(radionuclidecerebralangiography)以及脑脊液显像(CerebrOSPinaIflUidimaging)o第一节脑血流灌注显像一、原理与方法(
3、一)SPECT脑血流灌注显像显像剂为分子量小、不带电荷和脂溶性的化合物,能穿透完整的血脑脊液屏障入脑细胞,经脑内酶水解或构型转化转变为水溶性化合物不能反扩散出脑细胞而滞留其内。常用的显像剂为99mTc-双半胱乙酯(99mTc-ECD)或99mTj六甲基丙胺胎(99mTjHMPAO)静脉注射显像剂后,其进入脑细胞量与局部脑血流(regionalcerebralbloodflow,rCBF)成正相关,用SPECT进行脑断层显像,图像经处理获得横断、冠状和矢状三个断层面显示的大小脑、神经基底核团和脑干影像。利用计算机勾画ROI技术和借助一定的生理数学模型,可算出各部位的局部脑血流量和全脑平均血流量(
4、CBF)o(二)133Xe脑血流测定及断层显像标-133(133Xenon户3Xe)为脂溶性惰性气体,进入血循环后能自由通过正常血脑脊液屏障,通过弥散方式被脑细胞摄取,继而迅速从脑组织清除,最后经肺排出。其在脑组织的清除率与rCBF成正比,测定各区域脑组织133Xe的清除率,可以计算rCBF和CBFo常用的是133Xe吸入法。(三)PET脑血流灌注显像静脉注射13NH3H2(D740-925MBq(2025mCi)5min后,用2D或3D的采集方式进行PET脑血流灌注显像,图像经处理可获得质量较好的上述三个不同断面的影像和相关的定量参数。(四)负荷试验脑血流灌注显像由于脑部供血系统具备一定的储
5、备能力,仅脑储备血流下降时,常规的脑血流灌注断层显像往往不能发现异常。SPECT或PET脑血流灌注显像时通过负荷试验了解脑血流?口代谢的反应性变化可以提高缺血性病变特别是潜在的缺血性病变的阳性检出率。常用的负荷试验方法有药物介入试验,如乙酰嗖胺试验等。下面以乙酰嗖胺试验为例阐述其显像原理。乙酰嘤胺能抑制脑内碳酸好酶的活性,使碳酸脱氢氧化过程受到抑制,导致脑内PH值急剧下降,正常情况下会反射性地引起脑血管扩张,导致rCBF增加20%30%;而病变部位血管的这种扩张反应很弱,应用乙酰嘤胺后潜在缺血区和缺血区的rCBF增高不明显,在影像上出现相对放射性减低或缺损区。本检查主要用于评价脑循环的储备功能
6、,对缺血性脑血管病的早期诊断很有价值。检查需行两次显像,首先行常规SPECT和/或PETrCBF灌注断层显像,随后进行乙酰嘤胺负荷试验,方法是静脉推注乙酰理胺Ig,10min后行第二次显像。将两次显像所得的影像进行对比分析。二、适应证1 .缺血性1血血管疾病的诊断;2 .脑梗塞的诊断;3 .痴呆的诊断与分型;4 .癫痫灶的定位诊断;5 .帕金森病(震颤麻痹)的诊断;6 .脑肿瘤治疗后坏死或复发的鉴别诊断;7 .其他,如偏头痛、精神病、脑外伤、遗传性舞蹈病、脑动静脉畸形等。三、影像分析与结果判断SPECT脑血流灌注断层影像可见两侧大脑皮质、基底核神经核团、丘脑、小脑放射性较高,呈对称性均匀分布,
7、且脑灰、白质对比度好,影像轮廓清晰(图7-l)全脑平均血流量CBF的参考值为44.24.5ml/(100gmin)o图7-1正常rCBF断层显像A:横断层面;B:矢状断层面;C:冠状断层面至少二个断面上有一处或多处大脑皮质异常放射性减淡缺损区或异常浓聚灶,其范围2cm2cm;脑室及白质区域扩大或尾状核间距增宽;两侧丘脑、尾状核及小脑较明显不对称等均视为异常。PET脑血流灌注影像分析如同SPECT检查所见,影像结构更加清晰,正常和异常影像见图7-2和彩图7-2。BC图7-2正常和异常PET脑血流灌注显像A:正常;B:TIA,右侧额顶叶放射性减低;C:脑梗死左额顶叶放射性减淡缺损四、临床应用(-)
8、短暂性脑缺血发作和可逆性缺血性脑病的诊断TIA(短暂性脑缺血发作)是颈动脉或椎-基底动脉系统的短暂性血液供应不足而引起的脑缺血发作,临床表现特点为发病突然,持续时间短,恢复快,常有反复发作的病史。相对于TIA,PRIND(可逆性缺血性脑病)则恢复较慢。一般认为皮质rCBF低于23ml/(IOog.min)时,才会出现临床症状。当rCBF逐渐恢复,数值超过此限后,症状消失,但rCBF可能仍未恢复到正常范围50ml/(IOOgmin)左右,处于慢性低灌注状态。长期处于慢性低灌注状态的患者若不及时治疗可能导致不可逆脑缺血,最终发展为脑梗死。故及早发现慢性低灌注状态,对于患者的治疗和预后非常有意义(图
9、7-3)oTIA和PRlND患者神经系统检查及CT和MRI检查结果多为阴性,而rCBF断层影像可发现近50%患者脑内存在缺血性改变,特别是可发现慢性低灌注状态的存在,病变部位表现为不同程度的放射性减低或缺损区,阳性检出率高于CT或MRI0脑SPECT显像发现TIA于其发作24h内的敏感度约为60%,一周后下降至约40%,如使用CO2,乙酰嗖胺和潘生丁等反映脑血管储备能力的物质进行介入试验可显著提高敏感性,有助于慢性低灌注状态病人无明显临床症状,rCBF为2350ml/(100gmin)病灶的检出。乙酰嘤胺刺激试验已被用于评价在TIA及中风及其他疾病中脑血管储备能力。静脉注射1g乙酰噗胺可使血管
10、扩张并在2030min内使rCBF较基础灌注状态增加30%50%,23h内rCBF恢复至正常,而有病变危险的区域或异常灌注区对这种刺激将表现为仅有轻微的甚至根本没有反应。与基础脑血流量的正确对比以及对此试验的结果分析判断可以对局限性脑缺血的机制提供重要的信息。利用rCBF断层影像观察治疗前后rCBF的变化,还可以评价疗效。因此,rCBF断层影像在TlA和PRlND的早期诊断、治疗决策、疗效评价和预后判断方面具有重要的临床实用价值。图73TIA病人99mTc-ECDrCBF断层影像于左侧额叶呈局限性放射性减低或缺损(二)脑梗死诊断rCBF显像在发病早期即可检出,脑梗死区呈局限性或大范围的放射性减
11、淡或缺损(图7-4)oSEPCT受仪器分辨率限制,小的腔隙性梗塞常为阴性,CT和MR在病变区形成明显的结构改变后的阳性检出率高。近年来CT弥散成像或MR弥散加权像扫描可诊断发病小于6h或更早期的脑梗死,其敏感度和特异性分别高于94%和达100%。但rCBF显像可检出难以被CT或MRl发现的脑内交叉性小脑失联络(Crossedcerebellardiaschisis)征像,表现为病变对侧小脑呈放射性减低;和少数病例可能出现的过度灌注(IUXUryPerfUSion)现象等,即发病数日后,若侧枝循环丰富,在rCBF断层影像上可见到病变四周出现异常放射性摄取增高区。图7-4rCBFSPECT于左侧大
12、脑皮质呈明显放射性分布减低或缺损(三)早老性痴呆的诊断与鉴别诊断早老性痴呆又名阿尔茨海默病(AlZheimerSdisease,AD),是一种弥漫性大脑萎缩性退行性疾病,病理改变以大脑弥漫性萎缩和神经细胞变性为主。AD患者脑SPECT显像表现为以双侧顶叶和颍叶为主的大脑皮质放射性对称性明显减低,多不累及基底节和小脑。而多发性B梗塞性痴呆则表现为大脑皮质多发性散在分布的放射性减低区,且往往累及基底节和小脑。帕金森病(Pakinson1Sdisease,PD)痴呆表现基底节放射性减低,大脑皮质也可见减低区。斯-里-奥三氏综合征主要表现为额叶放射性减低或缺损。(四)癫痫灶定位诊断癫痫发作期局部血流增
13、加,病灶放射性分布明显增高(图7-5a),而发作间期局部血流减低,病灶放射性减低或缺损(图7-5b)zCT检查常为阴性(图7-5c)。rCBF显像对癫痫灶检出率70%80%,CT和MR对癫痫灶阳性检出率分别为30%50%和50%70%,增强CT和MR可提高对病灶的探测效率。同时rCBF显像对病灶的定位诊断准确率也明显高于脑电图(EEG)。图7-5复杂性局部发作癫痫病人rCBFSPECT显像a.发作期;b.发作间期;C.CT(五)脑肿瘤手术及放疗后复发与坏死的鉴别诊断rCBF断层影像对脑肿瘤的诊断不能提供有决定性意义的信息,但对诊断脑瘤术后或放疗后的复发有一定价值。恶性肿瘤的血供丰富,复发灶的r
14、CBF常增高,影像表现为放射性增浓区;而坏死区基本上没有血供,影像上呈放射性减淡或缺损区。必要时可进行201TI或99mTc-MIBI显像,以了解肿瘤活性与恶性程度,若2。ITl或99mTc-MIBI影像示局部有异常放射性浓聚,更支持肿瘤复发。在这方面,核医学检杳优于CT和MRI0但值得注意的是,虽然恶性肿瘤的血供丰富,但肿瘤内有时存在着血管异常和动静脉短路,到达肿瘤组织的实际血流量并不增高甚至降低;另外一些恶性肿瘤由于生长迅速引起组织相对缺血导致坏死,这些因素会导致rCBF断层影像中肿瘤部位不表现放射性增高。无疑CT和MRI在显示脑瘤大小和解剖关系起着主导作用,但rCBF断层影像在判断肿瘤复
15、发方面具有独特优势。(六)脑功能研究rCBF状况在一定程度上反映人脑功能活动,因此应用rCBF影像与各种生理刺激试验可研究人脑对各种不同生理刺激的反应与解剖学结构的关系。运用视觉、听觉、语言等刺激可分别在rCBF影像上观察到枕叶视觉中枢、颍叶听觉中枢以及额叶语言中枢或精神活动区脑血流量增加。定量分析右上肢和右下肢负重随意运动时,可见对侧中央前回和中央后回的运动与感觉支配中枢放射性浓聚JCBF较对侧增力口5.8%13.5%比安静状态增加9%12.9%,同时双侧额叶皮质、视皮质、丘脑、基底节和小脑的rCBF也增高5%15%。(七)其他偏头痛发作时局部放射性常可增高或减低。精神分裂症患者脑血流从前到
16、后发生阶梯性改变,最严重的损害位于额叶,左侧重于右侧,常见左下基底节和左颗叶放射性分布异常;精神严重抑制者或抑郁症额叶和顶前叶放射性减低。脑夕M穷的血肿或挫伤处放射性分布减低,脑夕曲后遗症常可显示血供障碍。遗传性舞蹈病两侧基底节和多发大脑皮层出现放射性减低区。脑动静脉畸形处放射性灌注明显减低。第二节脑代谢断层显像一、原理与方法(-)脑葡萄糖代谢显像葡萄糖几乎是脑组织的唯一能源物质。18F-FDG为葡萄糖类似物,具有与葡萄糖相同的细胞转运及已糖激酶磷酸化过程,但转化为18F-FDG-6-P后不再参与葡萄糖的进一步代谢而滞留于脑细胞内。受检者禁食4h以上,静脉注射18F-FDGl85370MBq(
17、5IomCi)后4560min进行PET或SPECT/PET脑葡萄糖代谢显像(Cerebralglucosemetabolicimaging)o采集数据经计算机处理并重建获得18F-FDG在脑内分布的横断,冠状和矢状层面图像及三维立体影像。利用计算机ROl技术和一定生理数学模型可得到大脑各部位局部脑葡萄糖代谢率(localcerebralmetabolicrateofglucose,LCMRgIU)和全脑葡萄糖代谢率(Cerebralmetabolicrateofglucose,CMRglu)o(二)脑氧代谢显像正常人脑的重量只占全身重量的2%,但其耗氧量占全身的20%,因此脑耗氧量是反映人脑
18、功能代谢的一个重要的参考指标。受检者吸入15。2后即刻进行PET动态显像,可得到脑氧代谢率(cerebralmetabolicrateofoxygen,CMRO2),结合CBF测定,可计算氧摄取分数(OXygenextractionfraction,OEF)o(三)脑氨基酸代谢显像脑氨基酸代谢显像主要反映脑内蛋白质合成代谢水平,常用的显像剂有“U18F或1231标记的氨基酸,如IIC-酪氨酸(IlC-TYR)、IiC-甲基-L-蛋氨酸(11C-MET).18F-氟代乙基酪氨酸(18F-FET)及口小碘代甲基酪氨酸(123HMT)等。目前临床最常用的11C-MET易穿透血脑脊液屏障进入脑组织,注
19、药后一定时间进行脑代谢显像就可获得氨基酸在脑内分布的断层影像,利用生理数学模型即可获得脑内氨基酸摄取和蛋白质合成动力学功能代谢参数。适应证1 .癫痫灶的定位诊断;2 .痴呆的早期诊断及鉴别诊断;3 .脑肿瘤的良恶性鉴别、分级、疗效评价、复发或残余肿瘤的检出;4 .帕金森病的早期诊断;5 .脑生理与认知功能的研究;6 .精神疾患的研究。三、影像分析与参考值正常人的脑代谢影像与脑血流灌注影像相近。大脑皮质、基底节、丘脑、小月齿放射性较高,两侧基本对称(图7-6)。CMRGIu的参考值为2051mmol/(100gmin)o脑部各区的LCMRglU均有相应的参考值左、右大脑半球的平均LCMRgIu分
20、别为37.678.67mmol/(100g.Min)和37.118.72mmol/(100g.Min)o随着年龄增大,LCMRgIu值有所下降。灰质CMRO2的参考值为259mmol/(100g.min),白质为80mmol/(100g.min);灰质和白质的OEF参考值分别为0.49和0.48o图7-6正常18F-FDG脑代谢显像第L2横排:横断层面第3,4横排:矢状层面第5,6:冠状层面四、临床应用(一)原发性癫痫灶术前定位诊断癫痫发作期病变部位的能量代谢增高,脑葡萄糖代谢显像可见癫痫灶发作期病灶部位呈异常放射性浓聚灶,定位诊断的灵敏度达90%以上。发作间期病灶的能量代谢减低则呈放射性减淡
21、缺损区,诊断灵敏度达70%80%。本检查对原发性癫痫灶术前定位的准确性较高根据18F-FDG检查结果进行癫痫病灶切除后的临床随访治疗有效率达90%以上。(二)AD的早期诊断及痴呆病情评估AD早期CT检查可能完全正常,而脑葡萄糖代谢显像可见以顶叶和后颍叶为主的两侧大脑皮质葡萄糖代谢减低,但基底节无明显改变。PET显像还可以用于痴呆的病情评价。随着病情发展,可见脑皮质内低代谢区数目增加,范围扩大。晚期病人,受累脑叶多波及额、颍、顶、枕各叶甚至还有小脑损害(图7-7和彩图7-7)o痴呆患者的神经功能失调(缺失症状)往往与低代谢或低灌注区相吻合,伴有语言功能障碍或出现失语时,可见左额、颍、顶叶以及夕H
22、裂区代谢明显减低;记忆缺失者,表现双侧颍叶代谢减低,且以右侧为著。图7-7AD病人18F-FDGPET影像(大脑皮质双侧额叶、顶叶、颗叶和枕叶对称性地放射性分布减低)(三)肿瘤的葡萄糖代谢活跃程度与肿瘤的恶性度有关。良性和低度恶性脑肿瘤的病变部位葡萄糖摄取或LCMRGIu与正常白质处相似,而大多数高度恶性的脑肿瘤葡萄糖摄取或LCMRGIu则明显增高。基于脑肿瘤恶性程度与局部第F-FDG代谢活性和LCMRGIu关系密切,临床上F-FDGPET显像已用于胶质瘤恶性度评价。研究发现I级星形胶质瘤患者局部脑葡萄糖代谢率(rCMGIu)为3.81.8mg/(100gmin),I级或间变性星形细胞瘤为5.
23、42.7mg/(100gmin),IV级或胶质母细胞瘤为7.33.6mg/(100gmin)z表明脑瘤的恶性级别越高代谢活性亦越高。脑葡萄糖代谢显像对于各种抗肿瘤治疗后的疗效评价及预后判断也有较大的应用价值。脑瘤手术或放疗后坏死区呈放射性缺损,可与肿瘤复发部位呈异常葡萄糖浓聚灶相鉴别,在治疗后复发或残留病变与坏死灶的鉴别方面,脑葡萄糖代谢显像较CT和MRI更有优势。放疗后病变坏死区呈放射性缺损,可与肿瘤复发(病变部位呈异常放射性浓聚灶图7-8)相鉴别。此外,18F-FDGPET检查有助于术前活检穿刺部位的定位选择,避免造成组织学级别的低估。图7-8脑胶质瘤病人治疗后复发18F-FDGPET影像
24、(冠状层面:顶叶呈明显异常放射性浓聚)(四)锥体外系疾患诊断PD患者的脑葡萄糖代谢显像可见纹状体葡萄糖代谢基本正常或轻度减低,神经核团尤以一侧丘脑较对侧葡萄糖摄取减低。单侧PD病人早期,患肢对侧豆状核氧代谢和葡萄糖代谢相对增加;双侧PD呈全脑CMRGIu减低,伴发痴呆者尤以顶枕叶损害更明显。亨廷顿病(HUntingtorVSdiseasedD)患者的脑葡萄糖代谢显像可见双侧基底核区和多处大脑皮质放射性减低区。(五)脑生理和认知功能研究脑代谢显像可用于人脑生理功能和智能研究,包括智力的神经学基础研究,如语言、数学、记忆、注意力、计划、比较、思维、判断等涉及认知功能的活动,同时还能够研究大脑功能区
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