于明明 王振光

·綜述·

創(chuàng)傷性腦損傷PET顯像研究進(jìn)展

于明明 王振光

創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）是由外傷引起的腦組織損害，有著較高的發(fā)生率及病死率。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)難以做出診斷。PET作為一種定量測定腦糖代謝及腦血流量變化的顯像技術(shù)，可以比較精確地顯示TBI所致的腦功能變化。目前，18F-FDGPET顯像通過評價(jià)腦內(nèi)葡萄糖代謝及腦血流量變化對TBI做出診斷。筆者對TBI18F-FDGPET顯像及腦血流灌注顯像進(jìn)行綜述。

腦損傷；正電子發(fā)射斷層顯像術(shù)；氟脫氧葡萄糖F18；腦血流量

創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）是由外傷引起的腦組織損害。美國腦損傷協(xié)會（the Brain Injury Association of America，BIAA）將其定義為由外力導(dǎo)致的大腦功能的改變或其他腦病理性變化。TBI已成為日益嚴(yán)重的全球性公共衛(wèi)生問題，據(jù)美國疾病控制與預(yù)防中心調(diào)查，在美國每年約有170萬新發(fā)病例，約占所有創(chuàng)傷導(dǎo)致死亡的1/3，其中文獻(xiàn)報(bào)道的TBI約75%為輕微腦損傷（mild traumatic brain injury，mTBI）[1]。TBI患者的健康狀況不斷下降已經(jīng)引起關(guān)注，抑郁癥、焦慮、自殺、藥物及酒精濫用、人格障礙及其他一些精神癥狀在TBI患者中的發(fā)生率逐漸升高[2-5]。

臨床常規(guī)應(yīng)用CT和MRI來診斷顱內(nèi)出血、腦損傷和顱骨骨折。然而，mTBI患者腦部解剖結(jié)構(gòu)變化不明顯，MRI或CT檢查難以發(fā)現(xiàn)，而且部分患者顱內(nèi)存在金屬碎片并不適合進(jìn)行MRI檢查。很多mTBI患者在受傷后會出現(xiàn)頭痛、頭暈、乏力、抑郁、焦慮、睡眠障礙、畏光、健忘及不能集中注意力等癥狀，這些癥狀均不能通過CT或MRI評價(jià)[6]。PET顯像是一種定量測定腦血流灌注及代謝的顯像技術(shù)，可以在納克水平顯示體內(nèi)小分子變化情況，與毫克或微克水平的MRI或CT相比，靈敏度更高。

1 TBI18F-FDG PET代謝顯像

1.1 mTBI的18F-FDGPET顯像研究

mTBI常伴有認(rèn)知障礙以及情緒紊亂等癥狀。認(rèn)知障礙通常表現(xiàn)在注意力、記憶力及處理速度方面的改變[7]。情緒紊亂最長見的是抑郁癥狀，約26%的mTBI患者有重度抑郁癥，另外20%患者在傷后1年內(nèi)出現(xiàn)輕微的抑郁癥狀[8-9]。持續(xù)性認(rèn)知障礙及情緒障礙可能會影響mTBI的遠(yuǎn)期療效[9-10]。

mTBI患者腦部葡萄糖代謝水平在一定時間內(nèi)通常會出現(xiàn)相應(yīng)改變。多項(xiàng)18F-FDG PET臨床研究發(fā)現(xiàn)，在mTBI后全腦或特定腦區(qū)域，如顳葉前部及中部、前扣帶回、楔前葉、額葉、胼胝體、右上頂葉皮層、幕下小腦蚓部及腦橋葡萄糖代謝降低[11-12]。Byrnes等[13]進(jìn)行了一項(xiàng)大樣本研究，對年齡在11~69歲、遭受摔傷及爆炸傷的患者，在受傷后第2日至7年進(jìn)行18F-FDG PET顯像，研究結(jié)果顯示，mTBI腦局部的18F-FDG攝取降低。Peskind等[12]對12例退伍軍人行20min PET掃描評價(jià)全腦18F-FDG代謝水平，盡管這些患者受傷的程度（3~51次爆炸）和傷后評估時間（2至5年）有較大變化，但是均可觀察到他們大腦的幕下結(jié)構(gòu)（小腦、小腦蚓部和腦橋）和內(nèi)側(cè)顳葉皮層18F-FDG代謝降低。2013年，Mendez等[14]對24例退伍軍人行18FFDGPET腦顯像，比較因鈍力和爆炸引起的mTBI的差異，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與鈍器致傷組相比，爆炸傷組表現(xiàn)出右上頂葉18F-FDG攝取減少，而不是額顳區(qū)。在最近的研究中，Petrie等[15]對34名遭受1~100次爆炸傷的退伍軍人和18名無爆炸傷的退伍軍人行18F-FDGPET顯像研究發(fā)現(xiàn)，前者在頂葉皮質(zhì)、左側(cè)軀體感覺皮層和右視覺皮層18F-FDG攝取降低，經(jīng)受爆炸傷較多的退伍軍人與經(jīng)受爆炸傷較少的（少于20次）相比，海馬旁回18F-FDG攝取較低。

Selwyn等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在動物mTBI模型中，腦18F-FDG代謝暫時性降低，在24 h時降低最為明顯，在傷后第9日通過免疫標(biāo)記法分析發(fā)現(xiàn)，星形細(xì)胞活性與18F-FDG代謝降低呈正相關(guān)。研究提示，mTBI對葡萄糖攝取的變化可能與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的活性有關(guān)。

1.2 中重度TBI18F-FDGPET顯像研究

Diaz-Arrastia等[17]對TBI進(jìn)行了分期，在1 d內(nèi)為損傷急性期，1 d至1周為亞急性期，1周至6個月為急性后期，6個月以后為慢性期。目前，對中重度TBI的研究主要集中在亞急性期至慢性期，而對急性期的研究鮮有報(bào)道。對于亞急性期至慢性期中重度TBI，研究顯示，18F-FDG攝取在丘腦、額葉、顳葉區(qū)域持續(xù)降低，在全腦或鄰近腦內(nèi)病灶區(qū)域呈現(xiàn)雙相反應(yīng)。

Bergsneider等[18]報(bào)道，TBI患者在傷后2~28 d行PET顯像顯示，全腦糖代謝率下降了84%，少部分TBI患者5 d內(nèi)可見葡萄糖代謝增高，然后是持續(xù)數(shù)周至數(shù)月的降低。2010年P(guān)rovenzano等[19]對22名拳擊手的18F-FDG PET顯像研究發(fā)現(xiàn)，額葉、扣帶回、后頂葉及小腦糖代謝降低，這可能與持續(xù)性頭部側(cè)面撞擊有關(guān)。Garcia-Panach等[20]對彌漫性TBI（急性后期至慢性期）相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，靜息下18F-FDGPET掃描顯示全腦、額葉前部、扣帶回糖代謝明顯降低，值得關(guān)注的是扣帶回18F-FDG攝取可與注意力及智力有關(guān)，會對診斷結(jié)果造成一定混淆。

有關(guān)中重度TBI后大腦糖代謝降低機(jī)制尚不明確。Wu等[21]對19名正常志愿者及14例TBI患者進(jìn)行18F-FDG PET顯像研究發(fā)現(xiàn)，TBI患者腦灰質(zhì)糖代謝降低，動力學(xué)分析顯示TBI患者腦灰質(zhì)己糖激酶活性降低。此結(jié)果提示可能是線粒體功能受損或蛋白質(zhì)失調(diào)。Xu等[22]對32例患有中重度TBI的患者在傷后6個月行18F-FDGPET顯像及MRI，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，顳葉、額葉糖代謝降低，糖代謝水平降低與腦萎縮的程度呈正相關(guān)，提示葡萄糖水平代謝的降低可能與局部腦萎縮有關(guān)。Wu等[23]對8例TBI患者進(jìn)行18F-FDGPET顯像研究發(fā)現(xiàn)，在腦損傷區(qū)域糖代謝水平較低，該區(qū)域細(xì)胞分布較稀疏；在損傷區(qū)域周邊糖代謝水平較高，該區(qū)域細(xì)胞分布較緊密。該結(jié)果提示糖代謝的變化與損傷區(qū)域細(xì)胞密度有關(guān)。

2 TBIPET腦血流灌注顯像

大腦缺血是TBI后常見的二次損傷，腦血流量（cerebral blood flow，CBF）可以反映大腦缺血的狀況。Cunningham等[24]對14例TBI患者行PET腦血流灌注顯像及腦生理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，患者的CBF減低，當(dāng)CBF低于0.15ml·m l-1·min-1時會導(dǎo)致不可逆的腦組織損傷。Kawai等[25]對15例TBI伴有腦挫傷的患者行PET腦血流灌注顯像發(fā)現(xiàn)，腦挫傷周邊區(qū)域的CBF下降11%。Hattori等[26]對16例經(jīng)CT證實(shí)的腦挫傷患者以及18名正常志愿者行PET腦血流灌注顯像發(fā)現(xiàn)，與正常志愿者相比，TBI患者腦挫傷區(qū)域及其周圍區(qū)域CBF明顯降低，提示可能與腦挫傷及其周圍區(qū)域腦水腫有關(guān)。Rostami等[27]對TBI患者PET腦血流灌注顯像研究發(fā)現(xiàn)，TBI患者的CBF變化呈三相模式，在急性期（第1相）CBF下降50%；在TBI后最初的12 h內(nèi)第2相開始，持續(xù)4~5 d，該相的CBF增加，接近或超過正常值；第3相CBF降低，持續(xù)2周左右。然而，TBI患者的CBF表現(xiàn)多種多樣，有些患者CBF會持續(xù)降低，有些患者CBF沒有明顯改變。Hamilton等[28]對一組TBI伴重度抑郁癥的患者進(jìn)行PET腦血流灌注顯像研究發(fā)現(xiàn)，CBF變化的部位通常位于前額葉區(qū)域，變化的程度與癥狀的嚴(yán)重程度相關(guān)。Nielsen等[29]對TBI的PET腦血流灌注顯像及糖代謝顯像研究發(fā)現(xiàn)，TBI患者CBF的變化與葡萄糖代謝的變化并不一致，通過腦血流灌注顯像結(jié)合腦微透析技術(shù)發(fā)現(xiàn)，腦內(nèi)乳酸/丙酮酸值升高，這提示葡萄糖代謝的降低是由線粒體功能紊亂導(dǎo)致的，與CBF的變化無關(guān)。

3 小結(jié)

PET可以評價(jià)TBI患者腦內(nèi)葡萄糖攝取以及腦血流灌注情況。在TBI糖代謝顯像研究中，mTBI的18F-FDG代謝是降低的；對于中重度TBI，急性期研究較少，在亞急性期至慢性期18F-FDG攝取持續(xù)降低，部分病例在全腦或鄰近腦內(nèi)病灶區(qū)域呈現(xiàn)雙相反應(yīng)。在腦血流灌注顯像研究中，CBF變化呈三相模式，即開始CBF降低，然后升高，最后又降低的變化趨勢。多種因素可以影響最終結(jié)果，因此需要進(jìn)一步優(yōu)化TBI的PET顯像協(xié)議，根據(jù)PET掃描時TBI分期、受傷的類型對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并進(jìn)一步發(fā)展圖像處理和分析技術(shù)。

［1］Huang MX,Nichols S,Baker DG,et al.Single-subject-based whole-brain MEG slow-wave imaging approach for detecting abnormality in patientswith mild traumatic brain injury[J].Neuroimage Clin,2014,5：109-119.

［2］Jeyaraj JA,Clendenning A,Bellemare-Lapierre V,et al.Clinicians’ perceptionsof factors contributing to complexity and intensity of care ofoutpatientswith traumatic brain injury[J].Brain Inj, 2013,27（12）：1338-1347.

［3］Vasterling JJ,Brailey K,Proctor SP,etal.Neuropsychological outcomesofmild traumatic brain injury,post-traumatic stress disorder and depression in Iraq-deployed USArmy soldiers[J].Br JPsychiatry,2012,201（3）：186-192.

［4］Ilie G,Boak A,Adlaf EM,etal.Prevalence and correlatesof traumatic brain injuriesamong adolescents[J].JAMA,2013,309（24）：2550-2552.

［5］Rockhill CM,Jaffe K,Zhou C,et al.Health care costs associated with traumatic brain injury and psychiatric illness in adults[J].J Neurotrauma,2012,29（6）：1038-1046.

［6］Taylor HG,Dietrich A,Nuss K,et al.Post-concussive symptoms inchildren with mild traumatic brain injury[J].Neuropsychology, 2010,24（2）：148-159.

［7］Bigler ED.Neuroimagingbiomarkers inmild traumatic brain injury（mTBI）[J].NeuropsycholRev,2013,23（3）：169-209.

［8］Bombardier CH,Fann JR,Temkin NR,et al.Rates ofmajor depressive disorder and clinical outcomes following traumatic brain injury[J].JAMA,2010,303（19）：1938-1945.

［9］Hart T,Hoffman JM,Pretz C,et al.A longitudinal study ofmajor andminordepression following traumatic brain injury[J].Arch Phys Med Rehabil,2012,93（8）：1343-1349.

［10］McMahon P,Hricik A,Yue JK,et al.Symptomatology and functional outcome in mild traumatic brain injury： results from the prospective TRACK-TBIstudy[J].JNeurotrauma,2014,31（1）：26-33.

［11］Umile EM,Sandel ME,Alavi A,et al.Dynamic imaging in mild traumatic brain injury：support for the theory ofmedial temporal vulnerability[J].Arch Phys Med Rehabil,2002,83（11）：1506-1513.

［12］Peskind ER,Petrie EC,Cross DJ,et al.Cerebrocerebellar hypometabolism associated with repetitive blas texposuremild traumatic brain injury in 12 Iraqwar Veteranswith persistentpost-concussivesymptoms[J].Neuroimage,2011,54Suppl1：S76-82.

［13］Byrnes KR,Wilson CM,Brabazon F,et al.FDG-PET imaging in mild traumatic brain injury：a critical review[J].FrontNeuroenergetics,2014,5：13.

［14］MendezMF,Owens EM,Reza BerenjiG,etal.Mild traumatic brain injury from primary blast vs.blunt forces：post-concussion consequences and functional neuroimaging[J].Neuro Rehabilitation, 2013,32（2）：397-407.

［15］Petrie EC,Cross DJ,Yarnykh VL,et al.Neuroimaging,behavioral, and psychological sequelae of repetitive combined blast/impact mild traumatic brain injury in Iraq and Afghanistanwar veterans[J]. JNeurotrauma,2014,31（5）：425-436.

［16］Selwyn R,Hockenbury N,Jaiswal S,etal.Mild traumatic brain injury results in depressed cerebral glucose uptake：an FDG PET study[J].JNeurotrauma,2013,30（23）：1943-1953.

［17］Diaz-Arrastia R,Kochanek PM,Bergold P,et al.Pharmacotherapy of traumatic brain injury：state of the scienceand the road forward report of the department of defense neurotrauma pharmacology workgroup[J].JNeurotrauma,2014,31（2）：135-158.

［18］BergsneiderM,Hovda DA,McArthur DL,etal.Metabolic recovery following human traumatic brain injury based on FDG-PET：time courseand relationship toneurologicaldisability[J].JHead Trauma Rehabil,2001,16（2）：135-148.

［19］Provenzano FA,Jordan B,Tikofsky RS,etal.F-18 FDGPET imagingof chronic traumatic brain injury in boxers：a statistical parametric analysis[J].NuclMed Commun,2010,31（11）：952-957.

［20］Garcia-Panach J,Lull N,Lull JJ,et al.A voxel-based analysis of FDG-PET in traumatic brain injury：regionalmetabolism and relationship between the thalamus and cortical areas[J].JNeurotrauma,2011,28（9）：1707-1717.

［21］Wu HM,Huang SC,Hattori N,etal.Selectivemetabolic reduction in graymatter acutely following human traumatic brain injury[J].J Neurotrauma,2004,21（2）：149-161.

［22］Xu Y,McArthur DL,Alger JR,et al.Early nonischemic oxidativemetabolic dysfunction leads to chronic brain atrophy in traumatic brain injury[J].JCereb Blood Flow Metab,2010,30（4）：883-894.

［23］Wu HM,Huang SC,Vespa P,etal.Redefining the pericontusional penumbra following traumatic brain injury：evidence of deterioratingmetabolic derangementsbased on positron emission tomography[J].JNeurotrauma,2013,30（5）：352-360.

［24］Cunningham AS,Salvador R,Coles JP,et al.Physiological thresholds for irreversible tissue damage in contusional regions following traumatic brain injury[J].Brain,2005,128（Pt8）：1931-1942.

［25］Kawai N,Nakamura T,Tamiya T,et al.Metabolic disturbance withoutbrain ischemia in traumatic brain injury：a positron emission tomography study[J].Acta Neurochir Suppl,2008,102：241-245.

［26］HattoriN,Huang SC,Wu HM,etal.PET investigation ofpost-traumatic cerebral blood volume and blood flow[J].Acta Neurochir Suppl,2003,86：49-52.

［27］RostamiE,EngquistH,Enblad P.Imagingofcerebralblood flow in patients with severe traumatic brain injury in the neurointensive care[J].FrontNeurol,2014,5：114.

［28］Hamilton JP,Chen MC,Gotlib IH.Neural systems approaches to understanding major depressive disorder：an intrinsic functional organization perspective[J].NeurobiolDis,2013,52（1）：4-11.

［29］Nielsen TH,Bindslev TT,Pedersen SM,et al.Cerebral energy metabolism during induced mitochondrial dysfunction[J].Acta Anaesthesiol Scand,2013,57（2）：229-235.

Progress in PET imaging evaluating of traumatic brain injury

Yu Mingming,Wang Zhenguang.PET/CTCenter,the Affiliated Hospital of Qingdao University,Qingdao 266100,China

Wang Zhenguang,Email：qdpetct@yahoo.com

Traumatic brain injury（TBI）is the damage ofbrain tissue caused by external injuries and ithas a higher incidence of incidence rate and death rate.It is difficult to diagnose TBIwith classic medical imaging technology.PET is an imaging technology that canmeasure the cerebralglycometabolism and cerebralblood flow quantitatively.Itcan display the brain functional change caused by TBI.Currently,18F-FDG PET imaging can diagnose TBIby evaluating the cerebral glycometabolism and cerebral blood flow variation.This paper has comprehensively discussed the current conditions of18F-FDG PET imaging and cerebralblood flow perfusion PET imaging.

Brain injury；Positron emission tomography；Fluorodeoxyglucose F18；Cerebral blood flow

2014-06-27）

10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2015.02.012

266100，青島大學(xué)附屬醫(yī)院PET/CT中心

王振光（Email：qdpetct@yahoo.com）