评论文章

前面。2014年1月Neuroenergetics, 09年
卷5 - 2013 | https://doi.org/10.3389/fnene.2013.00013

摄影成像在轻度创伤性脑损伤:一个关键的审查

金伯利·r·伯恩斯 ^1、2、3

科林·m·威尔逊 ^3、4

菲奥娜Brabazon²

雷蒙娜·冯·Leden²

詹妮弗·s .更加与众不同^5、6

特伦斯·r·奥克斯 ⁷

里德·g·塞尔温 ^3、4 ^*

¹解剖学、生理学和遗传学、统一服务大学的贝塞斯达,医学博士,美国
²神经科学项目,神经科学部门,统一服务大学的贝塞斯达,医学博士,美国
³神经科学与再生医学中心,马里兰州贝塞斯达,美国
⁴部门,放射学,统一服务大学的贝塞斯达,医学博士,美国
⁵核医学服务,沃尔特里德国家军事医疗中心的贝塞斯达,医学博士,美国
⁶神经学部门,统一服务大学的贝塞斯达,医学博士,美国
⁷国家无畏的卓越中心,马里兰州贝塞斯达,美国

创伤性脑损伤(TBI)影响估计有170万人在美国和是一个因素每年三分之一的与伤害有关的死亡。根据疾病防治中心的说法,大约有75%的所有报告脑外伤脑震荡或被认为是温和的形式,虽然没有报告轻度创伤性脑损伤患者的数量(mTBI)和病人不寻求医疗关注是未知的。目前,mTBI分类或脑震荡是临床评估自诊断成像通常是不确定的,由于微妙,模糊,或者没有解剖或生理参数的变化测量使用标准的磁共振(MR)或计算机断层扫描(CT)成像协议。分子成像技术检查大脑功能过程中,使用(如测量葡萄糖的吸收和代谢¹⁸F]氟脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描(正),有能力mTBI后发现变化。最近的技术进步解决宠物系统,集成和磁共振成像(MRI)的宠物,和正常健康人的数据库的可用性和商业图像分析软件对日益增长的利用分子成像在临床成像在基础科学研究和发展。本文将讨论摄影的技术因素和限制,包括区分葡萄糖摄取和葡萄糖代谢和这些测量的重要性。此外,当前状态评估mTBI摄影成像的临床和临床前研究将被考虑。最后,本文将提供洞察潜在关键数据元素和推荐的标准化,提高摄影mTBI研究和临床实践的应用。

介绍

创伤性脑损伤(TBI)是一个日益增长的全球公共卫生问题和疾病控制和预防中心(CDC)显示大约170万新病例报告每年在美国(美国)。进一步说,有超过135万275000年急诊和住院非致命的创伤性脑损伤每年在美国,和大约40%的这些人遭受长期残疾由于损伤(塞拉西et al ., 2008;科里根et al ., 2010;福尔et al ., 2011)。CDC统计不占军事头部受伤,但据国防部和退伍军人脑损伤中心(DVBIC),大约有280000名服役人员被诊断出患有创伤性脑损伤在2000 - 2013之间。新诊断的数量,一般是轻度创伤性脑损伤(mTBI),自2000年以来几乎增加了两倍(10000 - 30000),表明意识增加和改进评估由武装部队。虽然大多数脑外伤发生在15 - 24岁的男性,所以女性也必须注意,小儿和老年人口都在创伤性脑损伤的患者群体,呈现独特的挑战(瑟曼et al ., 2007;王尔德HunterBigler, 2012)。

9日修订,国际疾病分类(ICD-9),定义了创伤性脑损伤的颅骨骨折,脑震荡,颅内损伤其他和未指明的性质,或未指明的头部受伤Bazarian et al ., 2006)。美国脑损伤协会(BIAA)最近采用了下面的创伤性脑损伤的定义:“创伤性脑损伤的定义是大脑功能的变更,或其他大脑病理学的证据,由一个外力引起的。“受伤严重程度目前基于几个诊断标准包括意识丧失(LOC),失忆和精神状态改变(拉夫et al ., 2009)。mTBI特点是存在至少一个标准,并进一步限制LOC不超过30分钟,post-injury antero-or-retrograde失忆不超过24小时,或改变精神状态(混乱、头晕等)不超过24小时(拉夫et al ., 2009)。患者一个mTBI通常有格拉斯哥昏迷评分(GCS) 13 - 15之间的分数(Jagoda 2010)。然而,这些诊断标准是基于临床观察和病人自我报告,不得为mTBI提供足够的敏感性和特异性。

由于在临床评估mTBI挑战,有一个不断增长的需求为临床神经影像学评估技术。传统上,医生依靠计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)来确定颅内出血,损伤和头骨骨折。然而,mTBIs经常出现没有任何可观察到的缺陷标准CT或MRI,此外,相当比例的患者不适合MRI由于其他健康问题,尤为明显的军人用金属碎片。慢性赤字,许多mTBI患者体验受伤后,如头痛、头晕、疲劳、抑郁、焦虑情绪、睡眠障碍、光敏感,健忘,注意力困难可能改变生活,不能预测和当前可用的敏感性与CT或MRI (泰勒et al ., 2010)。

正电子发射断层扫描(PET)成像为小分子变化,提供精致的敏感性的毫微克毫克或微克MRI或CT相比,和可以提供重要的信息关于创伤性脑损伤后大脑代谢的变化。例如,沮丧的葡萄糖代谢已经观察了创伤性脑损伤后,这个萧条的大小和持续时间与糟糕的行为和认知结果(吉萨和Hovda, 2001)。这些初步结果脑葡萄糖利用率得到使用脱氧葡萄糖(DG)贴上¹⁴C和放射自显影法(·索科洛夫et al ., 1977)。DG在葡萄糖被选自葡萄糖是大脑中完全代谢而DG磷酸化,但随后并没有进一步代谢,成为被困在细胞间隙速度缓慢。非侵入性成像,正电子同位素等¹⁸F可以被附加到DG,导致(¹⁸F]氟脱氧葡萄糖(FDG)在脑组织中的积累葡萄糖吸收比例和磷酸化,量化使用PET成像(Reivich et al ., 1979)。本文将总结使用摄影方法创伤性脑损伤后测量脑葡萄糖代谢的改变。

宠物技术

宠物有两个关键组件:(1)生理上的放射性同位素标记的相关分子和引入身体;和(2)一套辐射探测器以外身体的,可以量化的位置和数量的分子标记。放射性同位素的特征是正电子发射需要检测的两个511 keV期间同时发出的光子对毁灭(正负电子交互)和旅游方向相反,反平行的或180°。宠物探测器是一种层析x射线摄影机一个检测器,可以产生一个三维(3 d)代表一个对象。正电子源内部病人/主题和两个发射光子,遍历的身体后,在两个探测器交互嵌入在一个完整的探测器环围绕的主题。复杂的算法用于重建的2 d或3 d表示放射性同位素空间分布相结合的信息从大量的单个光子探测器(卡普尔et al ., 2004)。

宠物技术的新发展有所改善图像对比度和空间分辨率的同时保持高灵敏度,然而宠物仍然受困于有限的空间分辨率。空间分辨率为临床PET收购通常方法大约5 - 10毫米,而空间分辨率的小动物宠物通常是1 - 2毫米。空间分辨率和灵敏度是在预先计划的宠物研究中需要考虑的重要因素。良好的空间分辨率是至关重要的,重要的是要区分小或相邻结构;例如,它可能是不现实的区分每个次级架构的人类杏仁核或次区域的老鼠的大脑。灵敏度也很重要的放射性同位素的总体数量,可以传递到大脑,以及针对受伤或改变组织相对于正常组织,称为target-to-background比率。

几个因素影响准确宠物量化:数据修正、静态或动态采集、血糖水平(GL)患者运动,部分体积效应,图像重建和量化策略。应该注意的是,使用“量化”的一般形式,可以进一步细分为绝对活动,绝对生理学、或相对半定量技术。这些问题将简单地加以讨论,因为他们属于脑FDG量化。

宠物定量

PET成像本质上是由于单光子计数和定量计数之间的直接关系和活动的浓度。量化的优点是可以直接比较结果在不同的大脑区域,跨越时间,跨越学科,和研究。“量化”这个词意味着结果可以减少可用的国际标准单位。然而,准确和精确的量化是具有挑战性的活动,与生理量化更加困难。临床医生通常喜欢合理的半定量技术,包括扫描时间相对较少,易于实现,需要很少或没有取血样。然而,准确度和精密度的量化研究协议可能愿望实际因素和可能需要更长的扫描时间,连续血液采样、高分辨率扫描协议和强大的图像采集和处理技术。

监控葡萄糖代谢的具体情况,因为壁是由己糖激酶磷酸化而不是进一步代谢,测量前的活动不是直接测量浓度的葡萄糖代谢率的消费(MRGlc)和额外的因素必须确定。本节将讨论各种图像采集方法,量化和分析。

对葡萄糖代谢率

确定MRGlc的过程在活的有机体内是复杂的,需要使用先进的示踪动力学模型和测量或估计的几个参数,这些测量是入侵。一些好的评论文章已经发表在这个话题,因此,本节将只专注于最重要的考虑因素为MRGlc量化(·索科洛夫et al ., 1977;菲尔普斯et al ., 1979;Reivich et al ., 1979;黄2000年;Yamaji et al ., 2000;Yu et al ., 2009)。著名FDG是two-tissue舱模型量化模型(或three-compartment模型;图1)。

图1

图1所示。两舱制模型,象征着从血浆FDG运输组织,免费配合,后续诱捕细胞磷酸化FDG-6-PO₄。舱壁由等离子体浓度(C^等离子体(C),间隙空间^免费的),和细胞(C^细胞)。K₁血液灌注常数(毫升/ g的组织/分钟),然后呢k₂,k₃,k₄速率常数(最小值⁻¹)扩散血浆,FDG的磷酸化和de-phosphorylation分别。箭头的大小代表了速率常数的相对大小。垂直虚线表明血脑屏障和虚线箭头表示FDG de-phosphorylation,通常是微不足道的(k₄“不可逆”模型)为0。

应该注意的是,图1代表一个宠物体素,所有三个浓度同时测量各体素和三个浓度随时间变化(C = C^P+ C^T_前的+ C^T_FDG-6-PO4),C^P和C^T分别前的浓度在等离子体或组织。DG对己糖激酶与葡萄糖竞争以来,非放射性GL或血糖在等离子体应该测量研究。这是特别重要的麻醉诱导高血糖以来小动物成像,从而增加FDG在等离子体浓度,减少组织吸收(富山et al ., 2004 a;李et al ., 2005)。此外,由于运输穿过血脑屏障,FDG的磷酸化和葡萄糖的速度不同,FDG (MRFDG)必须转换为吸收校正因子的MRGlc称为集总常数(LC) (·索科洛夫et al ., 1977;菲尔普斯et al ., 1979;Reivich et al ., 1985;斯宾塞et al ., 1998)。

信用证 = \frac{MRFDG}{MRGlc}

这个信用证一般不为每个病人测量,但可以估计基于之前的研究,获得了强劲的措施放射性和葡萄糖的血药浓度。在这些以往的研究,LC正常生理条件下差异不显著(Gjedde吴廷琰,1983;Kuwabara et al ., 1990)。然而,创伤性脑损伤可能导致异常的生理条件和创伤性脑损伤后的信用证可能发生显著的变化。Marklund等人提供的证据表明,大鼠创伤性脑损伤后立即变化区域的LC (Marklund et al ., 2009)。同样,吴等人也显示显著减少全球LC从015年0.65±0.43±0.19后人类的创伤性脑损伤(吴et al ., 2004 a)。LC是一个重要的参数在确定MRGlc,见下面的方程,和一个被低估了的减少LC,创伤性脑损伤的观察,将导致MRGlc的低估。

MRGlc = \frac{GL}{信用证} \times \frac{K_{1} \times k_{3}}{k_{2} + k_{3}}

在速率常数K₁- - - - - -k₃估计从先前的研究先天的知识或确定的动力学模型和宠物数据获得动态几帧。一般来说,两个组件必须被执行动态分析:(1)示踪积累的组织的机会,从时间获得血液FDG浓度函数和(2)的实际组织吸收,就是从有针对性组织获得时间曲线(TAC)。血液FDG浓度或动脉输入函数(AIF),通过频繁的取样获得的动脉血液或通过监控一个image-derived血池,如心脏的左心室(de Geus-Oei et al ., 2006;Tantawy彼得森,2010)。tac是来自识别感兴趣的区域(ROI)每一帧的动态研究和均值(兆贝可/像素)除以帧长度单位时间(s)。Patlak情节是一个图形化分析技术开发等不可逆示踪剂FDG和估计MRGlc通过计算转换后的吸收曲线的斜率(Patlak et al ., 1983;Patlak Blasberg, 1985)。Patlak情节估计的结合常数(K₁k₃/k₂+k₃在之后的时间点)基于稳态条件,当等离子体FDG浓度被认为是常数,当自由与等离子体区域处于平衡状态(Patlak et al ., 1983;Patlak Blasberg, 1985)。不可逆转地困Patlak分析假定FDG (k₄= 0),需要一个完整的样本如果在稳态和动态采集,当FDG显示线性行为(15 - 20分钟后注入)。当比较不同的动力学模型和图形技术,Patlak方法显示最稳定的变异系数,但低估了MRGlc (冯et al ., 1995)。

缺乏精度或再现性MRGlc是人类和小动物种群中观察到由于与PET成像相关的可变性和不确定性的估计参数,动态模型,或先天的知识。例如,老鼠被报道的LC 0.46 - -0.71,而人类展示的LC 0.42 - -0.81根据测量技术和假设关于脱磷酸作用(黄et al ., 1980;阿克曼和李尔王,1989;Hasselbalch et al ., 1998,2001年;吴et al ., 2003;Krohn et al ., 2007)。最近,阿尔夫等人总结了FDG的小型啮齿类动物的研究,发现在老鼠脑MRGlc几乎5倍范围值(阿尔夫et al ., 2013)。用于临床,“核医学学会FDG PET脑成像过程指南”指出,绝对量化技术通常没有必要由于高inter-individual MRGlc波动(Waxman et al ., 2009)。

标准化的吸收值

使用最广泛的临床前和临床图像分析参数对于摄影成像是标准化的吸收值(SUV)。严格来说,这不是一个绝对定量方法,而是可以被描述为一种标准方法来扩展之间的学科。这个简单的参数并非没有争议,由注射氟- 18 -去氧葡萄糖摄取尺度测量活动和不同大小的病人,由以下方程描述:

运动型多功能车 = \frac{C_{t}}{ID / w t}

在哪里C_tdecay-corrected活动集中在组织,ID是注射剂量(预先灌浆法注射器activity-post-injection注射器剩余活动),然后呢wt病人体重、瘦体重或身体表面面积(Zasadny Wahl, 1993;Sugawara et al ., 1999)。活动浓度通常在兆贝可/ cc,提供可转换为兆贝可/公斤)除以通过组织密度(1 g / cc)。区域变化可以分析确定最大的SUV,基于一个像素值,或峰值SUV值基于平均SUV在小,固定大小的区域(Vanderhoek et al ., 2012)。SUV强烈取决于配合间隙和吸收动力学、不同主题之间,SUV不得作为足够的葡萄糖代谢的代理(Yamaji et al ., 2000)。例如,肝脏是负责从血液中清除FDG在早期的时间点,和众多的肝脏条件可以产生大范围的配合间隙率(程et al ., 2013)。假定等离子体的时间积分FDG TAC注射剂量成正比,病人体重和身体表面积(成反比黄2000年)。前者假设意味着这种关系不受其他因素的影响,这可能不准确由于壁间隙的变化和差异血液gl (ID / wt)没有反映。Ishizu等人表现出近似20%的变异系数的比值时间积分FDG TAC的ID / wt大脑皮层的10位病人在两个不同的条件下,正常控制和高血糖Ishizu et al ., 1994)。其它SUV的计算误差的来源包括生物因素,如血液GL,吸收期,病人运动,和镇静,技术因素,如扫描采集和图像重建参数,ROI的定义,扫描仪正常化,和校准,FDG管理局(凯斯,1995;Boellaard et al ., 2004;Boellaard 2009;亚当斯et al ., 2010)。管理中的错误FDG对小动物PET成像尤其重要,血管外的/血管周的管理高的风险。氟- 18 -去氧葡萄糖摄取的大脑也是时间的函数post-injection通常增加高原,然后慢慢减少由于glucose-6-phosphatase水平升高,而水解glucose-6-phosphate释放葡萄糖和允许FDG退出隔间。在不同的时间进行扫描post-injection可能导致显著不同平均浓度和suv组织活动。这是一个关键因素在规划纵向FDG人类或动物的神经影像学研究。总的来说,许多小因素影响SUV结果和使用不一致的FDG脑成像技术有助于SUV的变化超过50% (Ishizu et al ., 1994;Westerterp et al ., 2007;高桥et al ., 2008;Boellaard 2009)。

相对吸收值

RUV)的相对吸收值(政府,也称为参考组织或规范化的吸收值,氟- 18 -去氧葡萄糖摄取代表了在一个特定的ROI规范化的吸收在一个稳定的地区,这是过程的影响进行调查。RUV是这个政府,严格地说,半定量比率或索引,不应与MRGlc混淆,因为没有代谢信息。然而,高度可再生的比例是一个简化的参数,最大限度地减少或消除很多变化的因素量化,并可能作为对创伤性脑损伤的生物标志物。创伤性脑损伤的一些研究在人类和使用前的小动物有规范化的具体ROI全球大脑吸收,对侧的区域,或小脑(Nakayama et al ., 2006;加藤et al ., 2007;中岛美嘉et al ., 2007;刘et al ., 2010;Zhang et al ., 2010;塞尔温et al ., 2013)。刘等人表明,小脑后是一个稳定的参考地区严重侧流体冲击联赛中受伤的老鼠刘et al ., 2010),而其他研究PET图像归一化全球大脑活动(Yakushev et al ., 2008;Dukart et al ., 2010)。一个缺点RUV是缺乏生理相关的政府和取消区域变化的可能性变化参考地区,如果参考地区是不稳定的。RUV可以相当强劲,然而,政府相对不敏感技术的差异,这是更可取的纵向研究氟- 18 -去氧葡萄糖摄取或试图测量微小变化后温和形式的TBI-when精度是至关重要的。然而,必须验证参考地区特定的损伤模型的选择,或者至少,承认量化的限制。

图像处理和分析

图像重建、处理和分析参数对FDG大脑量化(产生深远的影响亚当斯et al ., 2010)。图像分析方法一般可以分为两大类:ROI和分布分析(VBA)。ROI分析涉及到提取总结数据从一个或多个地区。地区可以定义使用解剖或radiotracer-derived边界和手绘或生成的自动分割程序如FreeSurfer软件(路透社et al ., 2012)。ROI摘要是区域内的平均浓度,但最低,中值或最大值也可以考虑。ROI结果显示高可变性根据国际米兰——和intra-reader ROI和几何位置的差异(Habte et al ., 2013)。这些变化,这是由于相对贫穷的PET成像空间分辨率和识别解剖困难地区,可以最小化co-registering PET图像同一主题,高分辨率的解剖图像,或空间规范标准的脑图谱。今天解剖标准化方法被广泛使用,允许宠物图像转化为一个标准的空间利用空间归一化技术(Friston et al ., 1990;罗兰和齐勒,1994年;ashburn 2012)。

分布的方法,第一个被广泛开发Friston et al,推广通过统计参数映射(SPM)软件包,认为各体素是一个ROI (Friston et al ., 1994)。较小的ROI是处罚贫穷的信号噪声比(信噪比)和一个相关的损失统计力量由于Bonferroni-style校正的必要性为多个比较(班尼特et al ., 2009)。尽管VBA已经广泛使用,被广泛认为是金本位制在功能神经影像学分析,VBA严重依赖于准确coregistration和空间标准化学科之间的大脑图像和时间。然而,由VBA共享的一个弱点,程序自动分割,和coregistration算法是不能占重要组织变形,尤为明显的临床创伤性脑损伤模型(图2)。因此,一般来说,ROI-based方法时首选一个假设关于一个特定的地区,而支持整个大脑数据分布方法探索。

图2

图2。t2加权磁共振成像(TE= 60 ms)雄性SD大鼠大脑与可见变形1天邮报温和CCI(左)和轻度LFP(右)受伤。局部组织损伤和相关hyperintense水肿在图像显示颅外延伸。

宠物收购

正如前面所讨论的那样,人类的宠物扫描仪可以获得数据在2 d或3 d模式而临床扫描仪一般仅局限于3 d模式,没有准直隔膜。在3 d模式下,隔收回或缺席和数据可以获得当时。3 d模式大大提高了灵敏度2 d模式,但患有降低由于丰富的散射辐射对比。为了集成计算各时间间隔,可以获得的数据列表模式每个事件(巧合检测)存储在一个时间戳识别事件发生时。这通常是低效率比将数据存储到正弦图,但是允许组织tac的生成显示活动吸收作为时间的函数后注入。为了避免绘制示踪指数衰减函数,体素活性浓度通常衰变校正到一个特定的时间,通常扫描或注射时间的开始。tac应该只说明生理吸收和间隙的变化,修正收购,辐射衰变等已经应用。

宠物收购是历史上称为静态或动态。一个静态的收购发生在一个预定义的时间段,与所有事件存储在一个正弦图来创建一个图像。静态收购通常是启动后示踪剂摄取已经见顶和/或非特异性组织间隙后,计数率是决定整个收购时间没有生成TAC。相比之下,一个动态的宠物收购通常开始前示踪剂注入和分组到不同的帧或时间间隔。动态研究提供一个控制图像的基本技术支持肺或心脏成像以及纠正运动工件收购期间观察到的。应该注意的是,绝对的量化和动力学建模只能吸收动态获取的数据来完成和人类血液输入函数讨论了FDG成像。一般静态和动态的宠物协议FDG显像将在以下部分中讨论。

人类FDG显像

¹⁸F-FDG广泛应用各种神经系统疾病的临床和临床前模型。核医学学会(核)写了FDG脑成像和批准程序指南(Waxman et al ., 2009)。这些指导方针应该始终在病人为了比较成像结果,平台和设施。再一次,因为血糖与FDG吸收和高血gl氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少意味着在大脑中,血糖浓度水平应该评估之前FDG管理局(Lindholm et al ., 1993)。病人应禁食4 - 6 h和病人活动和社会交往应该最小化之前,期间,30分钟后注入。

前的活动。活动管理通常是5到20 mCi(185 - 740年兆贝可)每兆贝可有效剂量为0.019毫西弗。累积有效剂量时应该仔细考虑计划的临床研究,特别是对研究,包括纵向PET成像。对于儿童的神经影像学研究,管理FDG活动应该减少到0.14 - -0.20 mCi /公斤(5.18 - -7.4兆贝可/公斤)有效剂量的考虑。

静态扫描。检测到静态扫描意味着计数总结整个收购的时间创建一个时间框架的形象。一个典型的静态成像协议由一个发射扫描(实际的PET扫描)和传输扫描(一种x射线图像)用于衰减校正。FDG发射扫描通常开始30 - 60分钟后注入和持续60分钟取决于几个因素。现代临床3 d PET扫描仪,10 - 20分钟的收购通常是足够的大脑扫描。传输扫描与正电子源可以使用如果CT-based衰减校正是不可用的。传输扫描设备内置在PET扫描仪和几乎没有用户可调参数。

动态扫描。动态成像协议包含一个序列的图像捕获整个放射性示踪剂吸收和新陈代谢的时期。动态配合扫描协议通常始于FDG政府在90分钟和结束后注入。动态研究一般不用于常规临床PET成像,但可以发现在研究协议。AIF的精确测量、校正因子修正因素,FDG和基线血浆葡萄糖水平需要为了确定动力学速率和地区FDG代谢率。如果需要直接串行血液采样来确定动脉壁浓度随时间的变化。理想情况下,血液采样的动脉,髂动脉一般,有些病人侵入性和不愉快。或者,从静脉血液可以获得,但是前面的毛细血管必须“实质性”使用热浴引起毛细血管扩张,以减少萃取毛细管壁的床上。这是同样不方便病人和医生。AIF的非侵入式测量,可以生成一个image-derived输入函数通过分析大血管区域的宠物形象(de Geus-Oei et al ., 2006)。

吸收的因素。氟- 18 -去氧葡萄糖摄取的因素可能会修改或成为一种错误包括使用药物会改变大脑的新陈代谢,高血糖,病人运动或发射与传输扫描的扫描过程中,相对定量和解释数据。

小动物FDG显像

FDG PET脑成像和评价区域葡萄糖代谢的小动物在技术上具有挑战性,受制于有限的空间分辨率的PET扫描仪(约1.5毫米)。通常,获得类似或更好的解决人类的空间分辨率的比例相比,体积感兴趣的;动物扫描仪有更好的空间分辨率与临床人体扫描仪相比,但大多数动物大脑结构比例小。管理路线等因素,饮食条件,吸收环境,麻醉类型可以影响FDG摄取的小鼠和大鼠。这些因素必须被控制或标准化的大多数在活的有机体内前的研究。每一个突出因素将简要讨论。

管理路线。通常,配合管理通过丸静脉尾静脉注射(IV)。本届政府的路线是高效和不需要溶质的吸收也具有挑战性和需要适当的动物处理和熟练技术人员维护能力。部分血管外的或paravenous尾静脉注射是一种常见的并发症,可以使研究的结果。尾静脉注射错误率不是现成的和最有可能低估了。腹腔内注射(IP)是一种方便和实用的管理路线为较小的物种静脉访问是很困难的。FDG IP后缓慢注射吸收由于额外的吸收通过门户系统,但FDG biodistributions 60分钟后在小鼠体内的吸收不是IP和静脉注射之间明显不同(Fueger et al ., 2006;黄et al ., 2011)。在老鼠中,一项研究显示,19.6%的IP注射由训练有素的工作人员已经放置错误(特纳et al ., 2011)。类似IP注入错误在老鼠身上的研究显示12 - 24%放置错误尽管格外小心的处理和注射过程和1.2%的错误率双人过程(矿工et al ., 1969;Arioli罗西,1970)。需权衡的便利IP注入分布得越慢,这可能会降低设备的吞吐量,注入FDG器官的风险而不是腹膜腔。最后,政府应该小心地监视的体积从浓度低的活动会导致大量注入,可能需要注入速率缓慢。

饮食条件。因为FDG和葡萄糖进入细胞使用相同的过程,血糖的变化可以通过竞争影响FDG摄取。类似于人类,小鼠和大鼠禁食前壁注入显示显著增加小鼠大脑吸收FDG-a双重增加不麻醉在吸收(Fueger et al ., 2006)。相比之下,葡萄糖负荷建立高血糖可以显著降低大脑的FDG摄取(Ishizu et al ., 1994)。动力学建模,吸收常数(K_我)与血液GL成反比。假设一个固定的LC,葡萄糖的代谢率(MRGlu)消费是独立于血液GL或流(黄et al ., 2011)。当动物禁食以人为增加大脑的FDG摄取,禁食时间应该严格控制因为等离子gl取决于禁食时间(Nowland et al ., 2011)。

吸收环境。的biodistribution FDG取决于动物的活动和温度吸收期间。动物是有意识的在大脑中吸收显示变量分布取决于整个活动水平(即。休息或活动)。氟- 18 -去氧葡萄糖摄取动物麻醉显示抑郁造成更少的异质性,这可能是更可取的,当测量微小的变化。在自己的工作中,我们发现,维持麻醉氟- 18 -去氧葡萄糖摄取的期间限制国际米兰和intra-subject变化至关重要。自维护平等休息/活动水平在动物吸收期间是至关重要的大脑中的氟- 18 -去氧葡萄糖摄取的纵向比较,我们发现麻醉的最佳方法是确保平等的活动,尽管低信号。在小对轻度LFP创伤性脑损伤的初步研究中,氟- 18 -去氧葡萄糖摄取我们比较30分钟吸收期和30分钟扫描后,三个啮齿动物麻醉和三个没有,我们发现麻醉显著降低inter-animal可变性(图3)。变暖的老鼠,无论是有意识的还是无意识的,吸收期间增加大脑的FDG摄取。总的来说,氟- 18 -去氧葡萄糖摄取最伟大与有意识的观察,禁食和温暖的动物。重要的是要注意,在有意识的吸收三倍变异动物显示了根据环境条件,而无意识的动物显示小于2倍变异。

图3

图3。配合,规范化的骗局,在基线(0)3和24小时后轻微LFP显示更少的可变性和大萧条期间动物麻醉时比在吸收动物清醒时吸收。N= 3 /组。

麻醉。正如前面讨论的,动物麻醉显示减少大脑的FDG摄取。此外,麻醉引起体温过低和变暖是至关重要的。然而,这是标准的做法,通常有利于使麻醉动物实验期间,除非实验目标决定。几项研究已经比较了不同类型的麻醉对葡萄糖代谢的影响(楞次et al ., 1998;Matsumura et al ., 2003;富山et al ., 2004 b;Fueger et al ., 2006;Martic-Kehl et al ., 2012)。七氟醚和异氟烷类似的减少意味着大脑葡萄糖利用全球和本地许多大脑区域。单独氯胺酮相比,它已经发现,氯胺酮+甲苯噻嗪,水合氯醛,戊巴比妥,异丙酚和异氟烷诱导降低大脑的FDG摄取(Matsumura et al ., 2003)。当意识相比,自由移动老鼠,氯胺酮麻醉大鼠显示只有很轻微的氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少,但不同的地区分布。此外,当任何麻醉开始40分钟前注射后,从吸收无统计差异有意识的老鼠。葡萄糖利用率在额叶、顶叶、颞叶与枕叶皮层下显著降低小鼠异氟烷相比,有意识的老鼠。谨慎时也应进行手术或其他成像过程直接涉及麻醉前壁注入。麻醉被证明能增加血浆gl(异氟烷或氯胺酮+甲苯噻嗪)或血浆胰岛素(戊巴比妥)(李et al ., 2005;黄et al ., 2011)。如前所述,高浓度的氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少大脑血糖会有竞争力,尽管葡萄糖代谢率将保持相对稳定。这是一个重要的效应计算时要考虑吸收值或代谢率。

摄影和创伤性脑损伤

很好地理解的摄影技术和局限性,现在可以提供一个当前文献详细的审查的结果正mTBI之后。回顾文献,很明显,一些研究已经进行了使用各种摄影技术测量葡萄糖吸收和新陈代谢创伤性脑损伤后,和一些实验室之间的这些技术是不一致的。许多临床研究提供的信息量化方法用于分析摄影图像,从而影响复制工作。尽管这些限制和关切,氟- 18 -去氧葡萄糖摄取的模式,在某些情况下,新陈代谢mTBI后可以观察到,在下面讨论。

临床mTBI研究

正被应用于临床,研究创伤性脑损伤在不同患者群体有10出版报告评估正mTBI后,扣除例复杂mTBI观察损伤在CT或MRI扫描后明显轻微受伤。这些发表的结果证明不同程度的敏感性检测在急性、亚急性和慢性损伤的阶段。急性、亚急性和慢性阶段是松散定义的,是由临床医生根据病人的稳定性和临床干预措施。最近,受伤的阶段被Diaz-Arrastia等人定义为< 1天(急性),普通人一周(亚急性),第6周1个月(急性)和> 6个月(慢性)(Diaz-Arrastia et al ., 2013)。目前临床研究的mTBI表1,大多数调查慢性阶段10(8)和许多人声称评估全球或地区MRGlc,虽然只有三个研究提供估计的速率常数或动力学建模信息。

表1

表1。发表的研究使用正轻度创伤性脑损伤。

最早的在活的有机体内正研究MRGlc mTBI后1989年的考试Humayun et al。(1989),全球和本地MRGlc三个病人经历了机动车事故后慢性症状比较三个正常控制患者使用时正警戒任务。MRGlc估计使用速率常数和LCs之前黄等人报道和标准化的全球代谢率(黄et al ., 1980)。尽管这项研究没有看到全球葡萄糖代谢的变化,观察区域减少代谢后颞后额叶皮层和尾状核损伤后在3 - 12个月。此外,本研究是第一个显示前颞增加新陈代谢和额前皮质在急性慢性时间点。1994年,飞边等人定性评估报告9例慢性mTBI证明意想不到的神经心理学赤字和被认为是离群值给定的损伤的程度拉夫et al ., 1994)。病人接受了连续性能测试在30至35分钟(CPT)动态PET扫描和大脑皮层和皮层下区域代谢率归一化全脑或整片代谢率(Nuechterlein et al ., 1983)。不提供量化的技术但读者被称为Buchsbaum et al ., 1982和1989年出版物(Buchsbaum et al ., 1982,1989年)。在额叶和颞叶皮层活动减退大约29个月是与神经心理测试和观察额和前颞区域但样本量太小,比较亢奋的区域的大小和程度。格罗斯等人也正调查20慢性mTBI证明只有短暂的17例患者,如果任何,LOC (总值et al ., 1996)。当地MRGlc决心当病人参加了CPT,报道拉夫et al。(1994)。类似于飞边,宠物量化细节没有报道,读者被称为工作·索科洛夫et al。(1977)。总研究有望符合飞边等人自Buchsbaum博士参与了宠物研究。异常活动在颞区与关注/浓度和记忆问题约43个月后创伤性脑损伤。大脑某些区域显示增加或减少葡萄糖代谢与最常见的异常midtemporal观察,前扣带,楔前叶,正面白色,前颞,中期和postcingulate倾向增加新陈代谢的时间和正面的白色区域。总的来说,在葡萄糖代谢的结果有大的变化从任务型正研究,然而研究一直测量代谢减退在额叶和颞区域mTBI尽管统计动力不足。

其他四个研究调查mTBI在一般人群正但没有量化代谢率。罗伯茨等人,Abu-Judeh等人报告的案例研究单个mTBI情况(罗伯茨et al ., 1995;Abu-Judeh et al ., 1998)。罗伯茨等人显示氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少颞叶和小脑半球的颈椎过度屈伸损伤后4年11年《老男孩》(罗伯茨et al ., 1995)。Abu-Judeh等人报告在28岁女性氟- 18 -去氧葡萄糖摄取正常2天邮报损伤(Abu-Judeh et al ., 1998)。FDG是规范化的小脑和保持正常的吸收尽管在大脑皮质灌注减少。这两项研究没有意义但在儿科创伤性脑损伤提供新的信息和亚急性初设置。2002年,Umile等人利用描述性统计基于临床解释宠物休息估计“正常”的“不正常”吸收在13个病人在急性和慢性阶段(Umile et al ., 2002)。异常基于单光子发射计算机断层扫描(SPECT)和正被观察到在时间和额叶但是宠物结果没有特别mTBI病例的讨论。大约85%的患者有积极的研究在分子成像研究和神经心理学测试但代谢赤字并不总是与功能障碍。相比之下,陈等人报道无显著差异在氟- 18 -去氧葡萄糖摄取区域静息状态的宠物在额叶和颞区域五轻微受伤患者慢性症状(陈et al ., 2003)。然而,roi规范化距状皮层,并没有评估作为一个有效的参考地区,这可能有困惑的结果。到目前为止,氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少静息状态的时间和额叶一直在报道19例mTBI慢性症状。这个结果之间的相对一致的吸收研究和代谢研究尽管明显的量化和方法上的差异。

创伤性脑损伤有时被称为签名损伤持久自由行动和伊拉克自由行动,和爆炸损伤已成为常见的mTBI来源(霍格et al ., 2008,2009年)。三个最近的研究评估慢性mTBI退伍军人使用摄影。Peskind等人是第一个观察小脑代谢减退和内侧颞叶的老兵由于重复接触爆炸(Peskind et al ., 2011)。进行20分钟PET扫描12日退伍军人和NEUROSTAT软件(华盛顿大学、西雅图、佤邦)是用于氟- 18 -去氧葡萄糖摄取正常化全球大脑活动和新陈代谢率估计。具体细节的宠物收购没有提供。尽管伤害大的可变性(3-51爆炸)和评估次受伤后(2 - 5年),减少MRGlc估计在infratentorial结构(小脑蚓部,和脑桥)和内侧颞叶皮层与持续post-concussive症状相关。在2013年,门德斯et al。比较钝力和爆炸感应mTBI在24退伍军人(使用正门德斯et al ., 2013)。静态下半场PET扫描进行了氟- 18 -去氧葡萄糖摄取45分钟的休息后分析使用NeuroQ™软件(Syntermed Inc .亚特兰大,佐治亚州)。标准化的roi(41)归一化平均整个大脑活动和规范性的宠物相比,数据来自50个正常人。41岁的roi, 15显示异常吸收爆炸和钝力组。代谢减退通常被观察到在右顶叶皮层、左额,下侧的前颞,左后扣带,左丘脑。钝力组相比,爆炸集团出人意料地显示减少吸收在右顶叶区域不是额颞叶区域。然而,重要的认知差测量之间的相关性和氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少只是观察到在左内侧额叶区域的爆炸,这可能表明parietal-frontal网络功能障碍。皮特里等人的最近的研究相比,氟- 18 -去氧葡萄糖摄取规范化1和100之间的34个老兵经历过爆炸18退伍军人没有爆炸损伤(皮特里et al ., 2013)。具体细节的宠物收购没有提供。避免使用不稳定的参考区域归一化,强度归一化平均整个大脑吸收。氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少规范化在顶叶皮层观察到,离开躯体感觉皮质,视觉皮层。在海马旁回吸收值降低为退伍军人接触更多与爆炸mTBIs不到20个。目前,我们正在评估自己的临床摄影图像在不同阶段从退伍军人获得各种损伤post-TBI(图4)。

图4

图4。标准的摄影图像从三个临床创伤性脑损伤的病例。(一)25 y.o.男,单身non-blast中度创伤性脑损伤,成像具有抑制受损。延伸5个月没有记录药物或睡眠困难,疼痛/头痛或视力问题。摄影显示左颞代谢减退与温和的体积损失/ CT脑软化。(B)28 y.o.男,单身non-blast严重创伤性脑损伤,成像具有抑制受损。延伸12.5个月没有记录药物或睡眠困难,疼痛/头痛或视力问题。正与突出显示了一个更严重的损伤代谢减退正面(箭头所指)与脑软化有关。(C)35 y.o.男,重复的历史接触blast-related mTBI,成像具有抑制受损。延伸43个月止痛药(片剂),身体轻微的疼痛,和温和的睡眠问题,没有发现CT。正显示了突出的额代谢亢进,这可能是药物相关。颜色栏中显示(C)适用于所有图像用红色代表氟- 18 -去氧葡萄糖摄取增加。

氟- 18 -去氧葡萄糖摄取的多数研究评估(RUV)通过SUV或政府或MRGlc mTBI后显示减少区域代谢。这一发现是非凡的大变化测量方法和参数。例如,PET成像进行了从两天到7年柱损伤;受伤的类型范围从落在重复爆炸风险;严重创伤性脑损伤包括惊呆了,短暂的疯狂的,疯狂的和几个小时;年龄介于11 - 69年之间的男性和女性受试者表示;PET成像进行休息和活动状态;和定量包括MRGlc动力学建模,MRGlc估计参数和各种参考区域吸收正常化。总的来说,MRGlc氟- 18 -去氧葡萄糖摄取和措施表现出类似的趋势下降的全球和区域活动。根据动力学模型和参数估计的水平(LC,速率常数,血容量),这个结果也表明在吸收和减少葡萄糖的利用率。 Yet, the 2004 study by Wu et al. revealed a potentially controversial finding, a significant reduction in the global and regional [gray matter (GM)] LC due to reduced hexokinase activity (k₃)在严重创伤性脑损伤的患者(吴et al ., 2004 a)。己糖激酶活性的减少可能会建议创伤性脑损伤后线粒体功能受损或蛋白质失调。

如果这对严重创伤性脑损伤减少LC也出现在mTBI,然后用标准以人群为基础的研究,确定MRGlc LC可能显示降低代谢率(见方程(1),而研究确定MRFDG还将观察独立于LC的减少。因此,两个测量数据料显示相同的趋势,尽管不同的方法。这种现象在临床前鼠肿瘤研究中也观察到了神经胶质瘤的LC就相当大了比正常皮质由于神经胶质瘤(磷酸化的增加卡普尔et al ., 1989)。应该注意的是,没有直接的方法来确定区域LC。

此外,大型临床研究的设计变化使得结果比较困难。初步研究了上面显示一个明确的模式持续代谢减退或沮丧的吸收在各种特定的大脑regions-regions对创伤性脑损伤可能特别敏感。总的来说,研究发现改变mTBI后的葡萄糖代谢和/或吸收全球midtemporal等措施,并在特定的地区,前扣带,楔前叶,前颞,正面白色,和大脑胼胝体区域(拉夫et al ., 1994;总值et al ., 1996;Umile et al ., 2002),右顶叶皮层(门德斯et al ., 2013)和infratentorial(小脑蚓部,脑桥)地区(Peskind et al ., 2011)。使用摄影在创伤性脑损伤的治疗应考虑未来的研究:(1)仔细定义病人选择标准,以变量如损伤类型,占受伤历史、年龄、损伤、间隔时间和PET扫描;(2)利用标准的宠物收购协议和图像分析方法;和(3)选择控制匹配患者根据年龄、性别、和教育。

临床前mTBI研究

正的利用率和调查mTBI临床前研究在临床研究更稀疏,这并不奇怪考虑专用的小动物PET扫描仪的供应量有限,数量有限的设施可以管理一个实验mTBI,氟- 18 -去氧葡萄糖摄取和测量细微变化的挑战mTBI之后。我们所知,只有一个出版物报道后从摄影测量结果mTBI在动物模型(表2)。

表2

表2。使用正发表的临床前研究创伤性脑损伤。

在2013年,我们调查了纵向正响应mTBI诱导后使用LFP在雄性SD (SD)大鼠(中塞尔温et al ., 2013)。在这项研究中,轻度LFP创伤性脑损伤,估计1.25 atm的冲击压力导致瞬态电动机赤字,没有损伤或神经损失形成,标志着轴突损伤。动物与异氟烷麻醉FDG的尾静脉注射,每吸收期间。吸收后,30分钟3 d静态PET扫描了。FDG在中央大脑吸收规范化小脑和显示瞬时抑郁,抑郁峰值的大约15%低于基线具有抑制受损,延伸在24小时之后缓慢恢复到基线水平具有抑制受损。延伸了15天这减少急性24小时明显与星形胶质细胞的增加具有抑制受损。延伸immunolabeling在9天减少吸收sub-lesion中可观察到白色和通用汽车(包括胼胝体、海马等深通用结构)以及一个较小的ROI包括大脑皮层直接下颅骨切开术。这些相同结构的组织学证据表明,这些地区还显示的小胶质活性升高,降低了轴突的概要文件和髓鞘形成减少。

本研究显示减少吸收的模式类似于这些模式在临床mTBI观察,尽管不同的采集和定量技术提出一些对结果的可比性。正如临床研究,为未来的研究有必要限制的生理变化和标准化成像过程。实验mTBI氟- 18 -去氧葡萄糖摄取模型是一个重要因素,描述或葡萄糖代谢mTBI将援助的多个模型的转化方面的结果。此外,收购的标准化和定量技术应该允许损伤模型和实验室之间进行对比。在我们的工作中,我们发现了两个至关重要的因素限制inter-animal可变性:(1)维持麻醉氟- 18 -去氧葡萄糖摄取的期间,和(2)参考地区正常化。然而,进一步的工作是需要探索特定的细胞和功能与FDG测量。

在中度和重度创伤性脑损伤的临床和临床前研究

在过去的20年里,摄影成像中度到重度创伤性脑损伤后比mTBI得到了更多的关注。在中度到重度创伤性脑损伤的研究中,氟- 18 -去氧葡萄糖摄取普遍趋势和葡萄糖代谢已经建立动物(图5)和临床研究。这一趋势显示了急性增加葡萄糖利用率在一些地区,其次是持续抑郁或亚急性或慢性阶段a代谢减退两相的反应在一些地区。多数FDG研究结合数据从急性,亚急性和慢性阶段,也严重,温和,和复杂的mTBI。此聚合可能会影响最终的结果。

图5

图5。氟- 18 -去氧葡萄糖摄取的代表图以PET成像,标准化的参考地区,基于动物模型。代表行是来自mTBI数据从我们的工作(塞尔温et al ., 2013)和其他人的工作在中度到重度创伤性脑损伤(刘et al ., 2010;舒尔茨et al ., 2013)。

重大贡献的总体知识正子在创伤性脑损伤是由UCLA组由Drs。服部年宏,黄、胡蜂属Bergsneider, Hovda。他们总共占据了30%以上的出版物报道正导致创伤性脑损伤(表3)。加州大学洛杉矶分校集团已经实现了一个一致的方法来测量MRGlc主要集中在严重,温和,和复杂的轻度急性,亚急性阶段。尽管在严重创伤性脑损伤后大脑的新陈代谢,减少1997年Bergsneider等。首先报告亚急性全球和区域hyperglycolysis严重创伤性脑损伤后2周的基于测量脑氧代谢率(CMRO吗₂)和MRGlc (Bergsneider et al ., 1997)。在2000年,Bergsneider et al。报道抑郁全球MRGlc 84%的创伤性脑损伤患者2 - 28天受伤后几个病人展示MRGlc升高(第一周Bergsneider et al ., 2000)。总的来说,高架MRGlc在外伤性脑损伤患者的只有一小部分在前5天,之后持续萧条葡萄糖代谢持续数周甚至数月(Bergsneider et al ., 2001)。虽然Bergsneider没有显示全球皮质MRGlc之间相关性的意识水平,服部年宏等人表明,区域为丘脑MRGlc值,脑干和小脑密切相关的意识水平在5天后严重创伤性脑损伤(服部年宏et al ., 2003)。吴等人进一步调查区域变化通过比较通用白质(WM)急性亚急性阶段(吴et al ., 2004 b)。确认扩散WM受伤中度和重度创伤性脑损伤后,吴等人显示CMRO减少₂没有一个相关的减少MRGlc WM和证明了局部损伤可以扩展超出了疑似异常。应该注意的是,吴是第一个使用TBI-specific计算MRGlc全球信用证,这是基于以前的工作表明显著减少LC后创伤性脑损伤(吴et al ., 2003,2004年,一个)。胡蜂属乳酸等人进行了一个健壮的研究比较丙酮酸比宠物CMRO测量(LPR)微量透析可把时程延长₂和MRGlc严重创伤性脑损伤(急性和亚急性阶段的胡蜂属et al ., 2005)。LPR与CMRO负相关₂但并不是与MRGlc并没有特定的脑损伤。最后,多道宠物研究没有观察到缺血通用或WM病变站点和远程显示区域和全球hyperglycolysis的组合。这些分析排除pericontusional地区。因此,吴等人的最近的研究集中在contusional pericontusional地区和周围的正常通用受伤网站(吴et al ., 2013)。MRGlc出现改变取决于接近损伤和细胞成分(吴et al ., 2013)。急性亚急性阶段损伤,MRGlc pericontusional地区是最大的,密集的细胞组成,但减少的地区用更少的细胞或接近病变震中地区。这种模式通常CMRO匹配₂但氧化和葡萄糖代谢之间的关系表明non-ischemic转向厌氧代谢。总的来说,加州大学洛杉矶分校研究小组提供了一致的正研究揭示,回答基本问题中度到重度创伤性脑损伤后的代谢危机。

表3

表3。发表中度到重度创伤性脑损伤的研究正由加州大学洛杉矶分校。

其他实验室进行了进一步的研究调查特定区域葡萄糖代谢水平改变了氟- 18 -去氧葡萄糖摄取或中度到重度创伤性脑损伤后(表4)。但是,与加州大学洛杉矶分校的研究,很难从这些研究结果的差异比较收购协议,量化技术,病人的选择,和受伤的阶段。几个研究人员调查了休息的FDG摄取而很少有中度到重度创伤性脑损伤后,进行了基于任务的吸收研究类似于Humayun工作,飞边,mTBI总值。测量为例,1999年,Lombardi等人减少MRGlc背侧前额叶皮层,壳核、额波兰人和尾状在病人患有严重的注意力任务期间,慢性创伤性脑损伤(Lombardi et al ., 1999)。张等人进行了迄今为止最大的基于任务的摄影研究,包括严重,温和,mTBI病人(81)在受伤后乘以0到11年(Zhang et al ., 2010)。FDG在吸收一个串行语言学习任务是规范化整个大脑吸收利用SPM和显示较低的相对吸收整个皮层,双边和颞区、丘脑。然而,与其他研究相比,张显示增加吸收扣带回、海马、杏仁核,这可能反映了一种补偿性响应或功能障碍在注意力或记忆任务。同样,基于任务的结果正研究广泛的变量,应该仔细解释。

表4

表4。其他使用正发表中度到重度创伤性脑损伤的研究。

1997年,Alavi等人观察到同侧和对侧的氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少在小脑病灶患者皮质或extraparenchymal损伤,称为交叉小脑双价染色体分离,在亚急性慢性阶段(Alavi et al ., 1997)。这种现象不是观察弥漫性脑损伤。因此,小脑前应该仔细验证组织作为一个稳定的参考使用本地区正常人类正研究焦点受伤。关于弥漫性脑外伤,铺满等人发表的结果严重创伤性脑损伤组在急性慢性阶段不焦挫伤的证据(方丹et al ., 1999)。静息状态的正显示显著减少全球MRGlc和地区MRGlc的前额叶和扣带皮层。障碍的记忆、执行功能和行为都与扣带回的新陈代谢。Nakayama等人进行了一项研究没有焦点的弥漫性脑外伤损伤和测量氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少规范化,使用SPM软件,在内侧前额叶,内侧frontobasal,扣带皮层和丘脑(Friston et al ., 1994;Nakayama et al ., 2006)。来自同一研究小组,加藤等人研究了分散在类似的群体创伤性脑损伤,但局部损伤和显示减少规范化吸收利用SPM在双边额叶、颞叶、丘脑、小脑(加藤et al ., 2007)。还应该指出的是,智商之间的正相关和扣带回区域观察葡萄糖代谢和内侧额叶脑回,这可能混淆的代谢研究,特别是在弥漫性脑外伤。

小说在创伤性脑损伤组由22个拳击手,普洛等人报道减少suv在额叶,后扣带回,后顶叶和小脑(普洛et al ., 2010)。这些结果类似于其他脑损伤模式的差异可能是由于重复点击的头。总的来说,中度到重度创伤性脑损伤的急性慢性阶段,丘脑,和额叶和颞区域显示一致的氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少静止状态或MRGlc,扣带回的氟- 18 -去氧葡萄糖摄取而可能受到关注任务或基线情报,这可能混淆的结果(间歇et al ., 2010 a,b;Garcia-Panach et al ., 2011)。也明显的焦伤,小脑始终显示减少葡萄糖代谢,可能反映了网络功能障碍。

在中度到重度脑损伤动物模型,相似的代谢减退和减少吸收。在这些研究中,大部分的评估进行了使用规范化的葡萄糖吸收区域(表的引用2),一些研究采用SUV的分析。然而,只有一个研究利用MRGlc测量,最有可能由于困难在执行重复血液吸引动物(摩尔et al ., 2000)。在这个报告,MRGlc确定基线和第二天,5日和10后温和LFP受伤。PET扫描了42分钟的休息后,有意识的吸收。MRGlc下降最大的是观察到具有抑制受损和同侧额叶皮质延伸大约2天,顶叶皮层,caudate-putamen、丘脑和恢复10天。

在中度受伤动物评估使用引用区域归一化,吸收改变解决(10 - 14天内Zhang et al ., 2008)。然而,更严重的伤害,持续改变葡萄糖吸收曾被观察到。例如,减少吸收的正子扫描鼠海马在1周,1个月、3个月、6个月后严重LFP受伤(3.2 - -3.5 atm)据报道(刘et al ., 2010;舒尔茨et al ., 2013)。此外,氟- 18 -去氧葡萄糖摄取严重创伤性脑损伤的研究显示复苏缓慢,与不完全恢复3个月(陈et al ., 2004)。使用SUV测量,关等人发现重要的氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少病变区域5周后一个中度到重度的CCI损伤(关et al ., 2013)。

2012年,李等人研究了小说后正加速度模型脑弥漫性轴索损伤的成年雄性SD大鼠(李et al ., 2012)。这种损伤模型以前描述和设计模仿人类严重的弥漫性损伤(李et al ., 2010)。动物禁食24 h PET成像之前,确保稳定的葡萄糖代谢和麻醉PET成像。三维静态宠物协议发起FDG后立即进行了血管内注入和45分钟。suv为每个感觉运动皮层的体元计算,海马体,胼胝体,尾状核,脑干、小脑在天1,3,7日和30受伤后,利用mri roi。全球和区域suv在天减少1,3,7受伤后相比sham-injured吸收值。这些变化与认知障碍显著相关的莫里斯水迷宫具有抑制受损;延伸90天然而,显著减少游泳速度可能表明观察到的差异可能是由于汽车而不是认知缺陷。这部小说弥漫性损伤诱发严重的代谢减退敏锐地在学习和记忆功能障碍密切相关。

正子在其他中枢神经系统损伤的模型

临床研究和动物模型已经成功的与摄影在以外的其他中枢神经系统损伤创伤性脑损伤的诊断和预后,关联葡萄糖吸收与损伤大小、严重程度和恢复。颈脊髓病的临床研究表明,正氟- 18 -去氧葡萄糖摄取足够敏感跟踪焦点的增加网站的脊髓狭窄与改善临床结果,和摄影的SUV受损的代谢活动与恶化相关函数(田et al ., 2004;Floeth et al ., 2011)。此外,比较正子摄影和核磁共振表明,SUV的关联与术后神经结果优于MRI (田et al ., 2012),表明正提供了更多的敏感参数确定术后结果。正被用来作为非侵入性动物模型的纵向成像工具。在老鼠模型中挫伤脊髓损伤(SCI),氟- 18 -去氧葡萄糖摄取减少活动受伤现场测量相比,受伤绳(Nandoe Tewarie et al ., 2010)。大鼠缺血模型用摄影来检测代谢变化作为预测组织命运的标记,或可恢复性(傅et al ., 2009;Walberer et al ., 2012)和显示正对代谢的改变更敏感的缺血性核心具有抑制受损(延伸在更早的时间点Sobrado et al ., 2011)。正也被用于跟踪小说缺血的治疗结果,可以由最近的工作与骨髓基质细胞移植改善脑葡萄糖代谢宫本茂et al ., 2013)。这些研究证明一个潜在形态用于测定受伤的传播时间以及歧视可行的组织从受伤的治疗目标。

这些研究的结果表明,正足够具体的诊断针对特定区域的损伤,可以更敏感比传统MRI或神经系统测试,使其成为各种中枢神经系统损伤模型可行的形态,在人类和啮齿动物模型。然而,摄影在大脑的中枢神经系统以外的区域可能需要个人特征占大小差异和邻近器官的代谢活动,见脊髓。总的来说,在这些地区迄今为止演示了一个可行的方式跟踪受伤严重程度和恢复。然而,不同的方法可能会限制之间的相关性不同,潜在的比较研究。

结论

总之,正允许葡萄糖摄取和利用的评价后的大脑损伤。然而,必须注意在研究设计和图像分析,由于几个因素会影响最终的结果。特别是,未来的工作应该:(1)考虑在评估MRGlc LC的作用,(2)进一步规范创伤性脑损伤成像协议包括氟- 18 -去氧葡萄糖摄取中主体地位和PET扫描,(3)基于损伤的阶段分层数据时的PET扫描(即。、急性、亚急性、慢性)和类型的伤害或机制,和(4)确定一个健壮的图像处理和分析技术(例如,SPM)和FDG参数作为一种可再生的生物标志物的损伤(RUV, SUV,政府MRGlc, MRFDG,等等)。这些建议适用于创伤性脑损伤的临床前和临床研究。

尽管存在这些担忧,文献和自己的工作展示了一个广泛的模式持续大脑代谢减退或沮丧的FDG摄取相对一致的大脑区域,可能会持续几天,几个月后轻度脑损伤。虽然还是初步的,减少类似于模式后观察到一个更严重的脑损伤与细胞和功能改变post-TBI。这些结果表明FDG的潜在重要性和未来需要研究FDG mTBI后评估和监测大脑功能。

作者的贡献

金伯利·r·伯恩斯和里德·g·塞尔温发达的概念,概述了手稿。菲奥娜Brabazon研究和写的介绍和背景,科林·m·威尔逊,泰伦斯·r·奥克斯和里德·g·塞尔温完成了技术评审。金伯利·r·伯恩斯,雷蒙娜·冯·Leden泰伦斯·r·奥克斯詹妮弗更加与众不同,科林·m·威尔逊和里德·g·塞尔温完成了创伤性脑损伤的评估。所有作者同意最后的手稿。

利益冲突声明

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。此处表达的观点是作者,并不一定代表的统一服务大学或国防部门。

确认

部分这项工作是由美国国防部在神经科学和再生医学中心。

引用

Abu-Judeh, H . H。辛格,M。,Masdeu, J. C., and Abdel-Dayem, H. M. (1998). Discordance between FDG uptake and technetium-99m-HMPAO brain perfusion in acute traumatic brain injury.j .诊断。地中海。39岁,1357 - 1359。

《公共医学图书馆摘要》|Pubmed全文

Ackermann, r·f·和李尔王,j·l . (1989)。Glycolysis-induced之间的不整合与放射性标记的葡萄糖代谢率测定氟脱氧葡萄糖和葡萄糖。j . Cereb。血液流动的金属底座。9日,774 - 785。doi: 10.1038 / jcbfm.1989.111