蘇玉盛，馬云川，王曼，張琳瑛

正電子發(fā)射斷層掃描和統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖觀察肢體缺血預(yù)適應(yīng)對缺血型煙霧病患者腦代謝的影響

蘇玉盛，馬云川，王曼，張琳瑛

[摘要]目的利用正電子發(fā)射斷層掃描(PET)和統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖(SPM)觀察煙霧病患者肢體缺血預(yù)適應(yīng)治療前后腦葡萄糖代謝的變化。方法門診缺血型煙霧病患者62例，隨機(jī)納入肢體缺血預(yù)適應(yīng)組(n=31)和對照組(n=31)。治療前和治療6個月后行PET成像檢查。采用比值法和SPM法對2組患者治療前后的腦葡萄糖代謝顯像結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果肢體缺血預(yù)適應(yīng)組好轉(zhuǎn)情況明顯優(yōu)于對照組(P<0.01)，進(jìn)展情況顯著輕于對照組(P<0.001)。設(shè)治療后代謝增加，肢體缺血預(yù)適應(yīng)組得到7個有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的代謝激活區(qū)，包括額葉、顳葉、頂葉，總KE=1121；對照組得到5個具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的代謝激活區(qū)，包括額葉和頂葉，總KE=292。設(shè)治療后代謝減低，肢體缺血預(yù)適應(yīng)組得到1個具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的代謝激活區(qū)，位于額葉；對照組得到8個具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的代謝激活區(qū)，包括額葉、頂葉、枕葉，總KE=629。結(jié)論P(yáng)ET和SPM能觀察到肢體缺血預(yù)適應(yīng)治療后缺血型煙霧病患者腦葡萄糖代謝的變化情況。

[關(guān)鍵詞]煙霧??；肢體缺血預(yù)適應(yīng)；正電子發(fā)射斷層成像；腦葡萄糖代謝；統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖

[本文著錄格式]蘇玉盛，馬云川，王曼，等.正電子發(fā)射斷層掃描和統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖觀察肢體缺血預(yù)適應(yīng)對缺血型煙霧病患者腦代謝的影響[J].中國康復(fù)理論與實(shí)踐, 2015, 21(9): 1064-1068.

CITED AS: Su YS, Ma YC, Wang M, et al. Effects of limb ischemic preconditioning on brain metabolism of ischemic moyamoya disease: a positron emission tomography and statistical parametric mapping study [J]. Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian, 2015, 21(9): 1064-1068.

煙霧病即顱底異常血管網(wǎng)病，是以雙側(cè)頸內(nèi)動脈末端進(jìn)行性狹窄或閉塞，顱底異常血管網(wǎng)形成為特征的一組腦血管病。目前煙霧病的治療主要是內(nèi)科對癥治療或外科手術(shù)治療(直接或間接血運(yùn)重建術(shù))。內(nèi)科治療療效不確切，外科手術(shù)治療風(fēng)險(xiǎn)高、費(fèi)用貴，且可能發(fā)生缺血再灌注損傷導(dǎo)致腦出血、腦水腫及短暫性腦缺血發(fā)作(transient ischemic attack, TIA)頻繁發(fā)作等并發(fā)癥出現(xiàn)。

肢體缺血預(yù)適應(yīng)(limb ischemic preconditioning, LIPC)通過肢體反復(fù)短暫缺血，產(chǎn)生內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制，能夠促使遠(yuǎn)隔組織耐受后續(xù)更長時(shí)間的缺血再灌注損傷，達(dá)到保護(hù)遠(yuǎn)隔重要臟器的目的[1]。本文通過正電子發(fā)射斷層掃描(positron emission tomography, PET)和統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖(statistical parametric mapping, SPM)分析煙霧病患者LIPC治療前后腦葡萄糖代謝的變化，從而評價(jià)LIPC對煙霧病的療效。

1　資料與方法

1.1一般資料

連續(xù)收集2011年～2014年宣武醫(yī)院神經(jīng)外科門診患者中經(jīng)血管造影或MR血管成像(MRA)診斷為煙霧病[2-3]的患者62例(缺血型)，其中兒童41例，成人21例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①頸內(nèi)動脈末端或大腦前動脈/大腦中動脈起始部狹窄或閉塞；②腦基底出現(xiàn)異常血管網(wǎng)；③雙側(cè)受累；④病因未明；⑤簽署知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①由于動脈粥樣硬化、自身免疫性疾病、腦膜炎、腦腫瘤、腦外傷、神經(jīng)纖維瘤病、鐮狀細(xì)胞病、唐氏綜合征、放射性損傷等原因?qū)е吕^發(fā)性腦血管病變引起煙霧綜合征；②腦出血。

根據(jù)隨機(jī)數(shù)字表將患者納入LIPC組和對照組，每組31例。

LIPC組中，兒童21例，成人10例；年齡3～75歲，平均16歲。對照組中，兒童20例，成人11例；年齡2～71歲，平均19歲。兩組Suzuki分期[4]見表1。

表1　兩組Suzuki分期情況

1.2治療方案

1.2.1對照組

予尼莫地平及對癥治療。尼莫地平用量：6～10歲每次10 mg，每天3次；10～18歲每次20 mg，每天3次；>18歲每次30 mg，每天3次。共30 d。

1.2.2LIPC組

在對照組基礎(chǔ)上予LIPC。LIPC操作方法：單側(cè)上肢上端用血壓計(jì)袖帶加壓至200 mmHg，持續(xù)5 min，放氣休息5 min，反復(fù)5輪，計(jì)為1次，每天2次。共6個月。

1.3顯像方法

治療前及治療6個月后分別行18F-PET腦代謝顯像。

采用ECAT 47 PET掃描儀，軸向視野16.2 cm，透射源68Ge。受檢者禁食6 h以上，控制血糖至正常范圍(4.44～6.67 mmol/L)。封閉視聽30 min后肘靜脈注射18F-FDG 5.55 MBq/kg。注射藥物后安靜休息，視聽封閉，避免緊張?bào)w位，40 min后行腦3D靜態(tài)采集，發(fā)射掃描采集計(jì)數(shù)9.6×107，透射掃描5 min。經(jīng)計(jì)算機(jī)濾波反投影法進(jìn)行圖像重建，獲得橫斷面、冠狀面和矢狀面斷層影像。

所有患者或患者家屬在檢查前均簽署知情同意書。

1.4數(shù)據(jù)處理

1.4.1比值分析法

由2名有經(jīng)驗(yàn)的核醫(yī)學(xué)醫(yī)師通過目視法對患者治療前后PET圖像進(jìn)行綜合分析，連續(xù)2個或以上層面出現(xiàn)的放射性攝取減低或缺損視為異常。選擇目視法觀察到的患側(cè)代謝減低部位，勾畫感興趣區(qū)(region of interest, ROI)，采用鏡像比值法計(jì)算病變區(qū)代謝減低率R，并計(jì)算治療前后相同病變區(qū)R值的變化值P。

根據(jù)P值判斷治療前后代謝的變化：P≥10%，則判定治療后代謝增加；-10%

治療后代謝增加為好轉(zhuǎn)，治療后代謝減低為進(jìn)展。

1.4.2SPM分析

在Matlab 6.5平臺上，應(yīng)用SPM2軟件對PET原始圖像每一像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。先對大腦圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用線性仿射變換和非線性變換法將不同受試者PET腦圖像統(tǒng)一投射到標(biāo)準(zhǔn)腦模板上，并將標(biāo)準(zhǔn)腦內(nèi)各部位像素點(diǎn)對應(yīng)至Talairach標(biāo)準(zhǔn)腦圖譜。用9×9×9 mm高斯濾波進(jìn)行平滑處理。

參數(shù)估計(jì)選用治療前后配對t檢驗(yàn)，以治療前為基礎(chǔ)，分別設(shè)定治療后為代謝增高和代謝減低即可得到治療后好轉(zhuǎn)和進(jìn)展的代謝激活區(qū)。設(shè)顯著性水平α= 0.001，有差異體素閾值30個體素，即連續(xù)有顯著性差異的體素達(dá)到30個以上，考慮該區(qū)域葡萄糖代謝有差異。將所得到的代謝激活區(qū)投射到三方位立體腦圖像上，根據(jù)Talariach坐標(biāo)值確定具體部位，KE值代表激活區(qū)范圍的大小。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對比值法分析結(jié)果進(jìn)行χ2檢驗(yàn)，顯著性水平α=0.05。

2　結(jié)果

2.1比值法

治療后LIPC組好轉(zhuǎn)23例，明顯優(yōu)于對照組11例，進(jìn)展6例，顯著低于對照組20例(χ2=12.983, P< 0.001)。

2.2SPM

2.2.1設(shè)治療后代謝增加

LIPC組治療前后配對t檢驗(yàn)得到7個有顯著性差異的代謝激活區(qū)，主要位于額葉、顳葉、頂葉，總KE=1121；對照組得到5個有顯著性差異的代謝激活區(qū)，主要位于額葉、頂葉，總KE=292。見圖1。

圖1　設(shè)治療后代謝增加激活區(qū)

2.2.2設(shè)治療后代謝減低

LIPC組治療前后配對t檢驗(yàn)得到1個有顯著性差異的代謝激活區(qū)，位于額葉，總KE=62；對照組得到8個有顯著性差異的代謝激活區(qū)，包括額葉、頂葉和枕葉，總KE=629。見圖2。

圖2　設(shè)治療后代謝減低激活區(qū)

3　討論

煙霧病是以雙側(cè)頸內(nèi)動脈末端進(jìn)行性狹窄或閉塞，顱底異常血管網(wǎng)形成為特征的一組腦血管病。其病因及發(fā)病機(jī)制尚不明確，主要分布在日本和東南亞地區(qū)，以日本為主。隨著影像醫(yī)學(xué)的發(fā)展，我國煙霧病的檢出率也有所上升。

煙霧病分為缺血型和出血型兩種類型。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，兒童以缺血型為主，成人以出血型為主；但隨著無創(chuàng)診斷技術(shù)，包括磁共振血管成像和經(jīng)顱多普勒超聲的應(yīng)用，越來越多癥狀較輕或無癥狀患者得到診斷，使缺血型發(fā)病比例增加，尤其是成年人煙霧病患者中缺血型發(fā)病比例明顯增加。國內(nèi)的兩項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，無論兒童還是成人，煙霧病都以缺血型為主[5-6]。

缺血預(yù)適應(yīng)(ischemic preconditioning, IPC)自1986 年Murry等首次提出[7]，其應(yīng)用范圍、實(shí)施時(shí)間和實(shí)施方式不斷被改進(jìn)。研究顯示，遠(yuǎn)隔缺血期適應(yīng)能夠減少心、腦、腎、肝、胃、肺和骨骼肌肉等臟器的缺血再灌注損傷[8-9]。

LIPC是一項(xiàng)用血壓計(jì)袖帶短時(shí)間反復(fù)多次壓迫肢體形成的無創(chuàng)性遠(yuǎn)隔缺血預(yù)適應(yīng)，操作簡單易行，且無創(chuàng)、安全、成本低廉。LIPC對遠(yuǎn)隔臟器的具體保護(hù)機(jī)制目前尚不清楚，一種理論認(rèn)為可能與LIPC產(chǎn)生的腺苷、緩激肽等體液物質(zhì)釋放到血液循環(huán)有關(guān)，其他體液因素還包括促紅細(xì)胞生成素、K+-ATP通道的激活、氧化氮、阿片肽和自由基等[10-14]；另一種理論認(rèn)為，LIPC對遠(yuǎn)隔臟器的保護(hù)作用是神經(jīng)、體液、免疫等多種機(jī)制共同參與的復(fù)雜過程[15-17]。

不管機(jī)制如何，通過肢體反復(fù)短暫性缺血，能促使遠(yuǎn)隔組織耐受后續(xù)更長時(shí)間的缺血再灌注損傷，這種保護(hù)性作用已經(jīng)被大家認(rèn)同[18-24]。

我們之前采用PET和SPM評價(jià)LIPC治療缺血性腦卒中的療效[25]。本研究通過對比分析煙霧病患者LIPC后腦葡萄糖代謝的變化，發(fā)現(xiàn)LIPC治療后，煙霧病患者的腦葡萄糖代謝減低區(qū)范圍縮小，代謝增高的區(qū)域擴(kuò)大，說明LIPC治療煙霧病有較好的臨床效果，PET和SPM能夠?yàn)榕R床評價(jià)LIPC對煙霧病的療效提供客觀的影像學(xué)依據(jù)。

目前還缺乏具有臨床終點(diǎn)事件的長期研究以及LIPC長期應(yīng)用后不良反應(yīng)的研究；患者的年齡、服用藥物、并發(fā)癥是否對LIPC產(chǎn)生影響尚無定論。需要更多臨床研究從多種角度、采用多種方法研究LIPC的安全、有效性。

SPM是由英國Hammersmith醫(yī)院的Friston等學(xué)者在Matlab平臺上開發(fā)的軟件系統(tǒng)[26-27]。SPM中設(shè)有多種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，研究者可以根據(jù)自己的研究目的選擇合適的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最后輸出結(jié)果。SPM以像素為基本研究單位，直接對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[28]，具有客觀、精確、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。SPM不僅能發(fā)現(xiàn)治療前后的總體變化趨勢，而且可以通過KE值對代謝激活區(qū)的范圍進(jìn)行量化，通過T值對代謝激活區(qū)的程度進(jìn)行量化，并可通過坐標(biāo)值對代謝激活區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。目前，SPM已成為國際上應(yīng)用最普遍的腦功能成像處理分析軟件[29-30]，成為神經(jīng)影像學(xué)臨床和科研的“金標(biāo)準(zhǔn)”之一。

本研究通過SPM配對t檢驗(yàn)對煙霧病患者治療前后腦葡萄糖代謝變化進(jìn)行整組分析，揭示了治療前后的總體變化趨勢。但對每例患者治療前后的代謝情況則通過比值法分別進(jìn)行分析比較。鑒于比值法主觀性強(qiáng)，可重復(fù)性差，將在今后的研究中啟用SPM個體分析[31]。

由于老化的影響，正常人腦葡萄糖代謝隨年齡增長會出現(xiàn)不同程度的減低，減低的程度和范圍與年齡呈正相關(guān)[32]。因此SPM個體分析的關(guān)鍵是要建立與受檢者年齡匹配的正常對照組。本PET中心已積攢了21～87歲正常成人的數(shù)據(jù)，但是缺少其他年齡段正常人群的數(shù)據(jù)，今后會注意積攢。由于PET檢查需使用放射性藥物，正常兒童行PET腦掃描的可能性較小，目前國外對于如何建立可應(yīng)用于兒童的正常對照組數(shù)據(jù)正在進(jìn)一步研究中[33]。在今后研究中，對于年齡在21～87歲范圍內(nèi)，已有該年齡段正常人群的患者，我們可以使用SPM進(jìn)行個體分析，為臨床提供更準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。

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·臨床研究·

Effects of Limb Ischemic Preconditioning on Brain Metabolism of Ischemic Moyamoya Disease: A Positron Emission Tomography and Statistical Parametric Mapping Study

SU Yu-sheng, MA Yun-chuan, WANG Man, ZHANG Lin-ying
Department of Nuclear Medicine, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100053, China

Abstract:Objective To observe the brain glucose metabolism after limb ischemic preconditioning (LIPC) for ischemic moyamoya disease with positron emission tomography (PET) and statistical parametric mapping (SPM). Methods 62 patients with ischemic moyamoya disease were enrolled and randomized into LIPC group (n=31) and control group (n=31). The glucose metabolism of patients was analyzed with PET before and after treatment in both groups, using the methods of radioactivity ratio and SPM. Results The glucose metabolism ratio improved more in the LIPC group than in the control group (P<0.01), and aggravated less than in the control group (P<0.001). As setting the glucose metabolism increased after treatment, there were 7 areas activated in LIPC group, including frontal, temporal and parietal lobes, and the KE=1121; while there were 5 areas activated in the control group, including frontal and parietal lobes, and the KE=292. As setting the glucose metabolism decreased after treatment, there was only frontal area activated in LIPC group, while there were 8 areas activated in the control group, including frontal, parietal, occipital lobes, and the KE=629. Conclusion LIPC may improve the brain glucose metabolism in patients with moyamoya disease, which can be observed with PET and SPM.

Key words:moyamoya disease; limb ischemic preconditioning; positron emission tomography; brain glucose metabolism; statistical parametric mapping

(收稿日期：2015-05-14修回日期：2015-06-27)

作者簡介：作者單位：首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，北京市100053。蘇玉盛(1972-)，男，北京市人，碩士，副主任醫(yī)師，主要研究方向：PET的臨床應(yīng)用。

DOI:10.3969/j.issn.1006-9771.2015.09.017

[中圖分類號]R743.4

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1006-9771(2015)09-1064-05