腦部血流/代謝掃描 - Cerebral perfusion/metabolism scan

檢查追蹤劑種類及藥理特性

核醫的腦部血流/代謝檢查結合新穎的放射追蹤劑以及腦部三度空間掃描,可解析病患腦部血流或是 (葡萄糖) 代謝圖譜。一般而言,血流受損後腦部代謝也會受影響腦部血流以及代謝功能信息是互相緊密結合的 (Lear et al. 1981),兩者的相關性也非常高 (McCulloch et al. 1982; Frietsch et al. 2000),所以臨床上兩種檢查都可以用來協助腦血管病變,癲癇病灶,以及失智症等之診斷。目前核醫腦部掃描,最常用的追蹤劑涵蓋了血流以及葡萄糖代謝兩種,追蹤劑有以下幾種介紹:
  1.  Tc-99m hexamethyl-propylene-amineoxime (Tc-99m HMPAO 健保給付): 這是最傳統的腦部血流造影使用藥物,該藥物是1985年由密蘇里大學與英國 Amersham 公司共同發展出的,該製劑可以穿過正常血腦屏蔽 (Blood-brain barrier,簡稱BBB),在腦組織內分佈穩定且持久,適合斷層 SPECT 攝影。BBB是由腦組織內的微血管內皮細胞緊密相連而成,將腦組織與身體其他部份的化學環境隔離,並保護腦部避免細菌侵襲。腦內外的物質交流,經由被動擴散穿過 BBB 的物質必須具有分子量小於 600 Daltons,不帶價電,且具親脂性等性質。Tc-99m HMPAO 分子量小於500 Daltons,並具有親脂性,不帶價電等性質,可以穿過正常 BBB 進入腦組織內。Tc-99m HMPAO 進入腦組織之後,可滯留在腦組織內,有實驗顯示由於Tc-99m HMPAO 的不穩定性,在 HMPAO 進入腦組織後,很快的從親脂性變成親水性,使的該藥物無法再擴散回血管中,部份Tc-99m HMPAO 並與血漿中蛋白質結合成不完全可逆的化合物,而留滯在腦組織內,其中神經元細胞 (neuronalcell) 所攝取的Tc-99m HMPAO 比神經膠質細胞 (glialcell) 為多,可用於腦神經元血流造影,惟該藥物目前在台灣已經很少使用。
  2. Tc-99m ethyl cysteinate dimer (ECD 健保給付): 傳統上 Tc-99m HMPAO 不穩定,保存期限較短,配置後若沒有及時使用,幾小時內可能會失效,近來隨著科技的進步,新的穩定性製劑也研發成功,Koslowsky IL 的報告指出,新的 ECD 製劑可以提供比 HMPAO 更長時間的保存期限,目前被台灣大多數的核醫科所採用。該藥物為脂溶性可輕易通過BBB進入腦中,經代謝後很快變成極性代謝物 (親水性) 滯留在腦中,一個小時後還滯留在腦中的放射藥物,幾乎可以代表腦血流分布狀況,可用以評估腦血流分布。
  3. F-18 Fluorodeoxyglucose (FDG 可能須自費差額使用): 近來國外開始推展以正子掃描取代單光子斷層掃描,以美國為例,醫院比較少用 Tc-99m 類的斷層掃描檢查,多數醫院採用更高階的 F-18 Fluorodeoxyglucose (FDG) "正子葡萄糖腦部掃描" 取代傳統標記 Tc-99m 的示蹤劑 ,該正子掃描檢查方式可以在更短的時間完成造影,並且提供更高解析度的影像以及腦部代謝資訊。由於腦部代謝以及血流訊息有高度相關性,除了協助腦血流或是癲癇病灶偵測,對失智症等疾病的診斷可以提供比血流檢查更精準的判讀。目前由於 FDG 藥物需要由迴旋加速器製造,因檢查未普故追蹤劑成本較高,未來等正子掃描檢查運用擴展,正子葡萄糖追蹤劑價格普及後,預計會逐步取代單光子掃描 (Tc-99m HMPAO / Tc-99m ECD ) 檢查! 成為核醫腦部掃描的主力。

    PS: 雖然FDG PET檢查有許多優點,但是價格相對昂貴;由於健保資源有限,目前 FDG 藥物的非腫瘤運用,僅針對"規劃手術治療的癲癇病灶確認",以及"存活心肌偵測" 有開放健保給付,其餘適應症 (包括失智症鑑別診斷) 雖然在美國已經有保險給付 [5],但國內目前僅開放使用ECD,或是HMPAO藥物,FDG則尚無給付,可能需要自費差額使用。

檢查方法與步驟

腦部掃描需注射追蹤劑,注射前病人應預先裝置靜脈導管以利投送追蹤劑,並保持在一個安靜的微暗的環境中,以減少病人因情緒及外界刺激影響局部腦組織的血流灌注或是代謝反應。一般腦部造影通常在靜脈注射藥物後30-60分鐘進行。正常的斷層影像,除可見到兩側大腦皮質放射活性呈均勻對稱分佈之外,也可見到大腦深部的基底核及視丘及小腦組織也有很好的放射活性攝取現象。此外,我們可以使用核醫電腦定量局部腦組織內的放射活性強度,比較兩側大腦半球間相對應區域內放射活性的差異,或比較大腦局部區域與小腦的放射活性強度,以作為診斷各種疾病診斷的依據。
 
正常腦部的葡萄糖正子掃描圖像。A. 左圖的最上面一排為小腦的位置,往下可見顳葉,再來可見基底核,丘腦..最下一排為頂葉。B 右上圖為從八個角度(左右外側,上下,左右內側,前後) 看腦部的投影圖像。紅色表示代謝高,綠色表示代謝低。C. 右下圖為八個角度投影圖像與正常人的影像比較後的統計資訊,綠色表示與正常人相似,紅色表示比正常人的代謝高,藍色表示比正常人的代謝低。

配合事項

  1. 檢查當日無需掛號,請攜帶健保IC卡或身分證以利辨識身份。
  2. 若您懷孕或可能懷孕時,可能不宜接受本檢查,請事先告知櫃檯與醫療人員,讓醫師幫您評估檢查必要性。
  3. 本檢查若使用鎝‐99m-HMPAO、鎝-99m-ECD 作為追蹤劑,則沒有特殊準備事項,受檢者可照常用餐,不必禁食,生活作息如常。 
  4. 本檢查若使用氟18去氧葡萄糖作為追蹤劑,因為血糖值太高會影響掃描影像的準確性,病患在檢查前六小時請不要進食,喝水則不受限制,但飲料不可含糖分澱粉或其他碳水化合物。若您有糖尿病並且接受藥物治療,在禁食期間應暫時停止服用降血糖藥物,以免發生意外,並請將藥物帶來醫院,由醫師決定是否要服用,其他藥物則不受限制。檢查前醫護人員會幫您量測血糖,請不用擔心。
  5. 靜脈注射放射藥物後,會請您於於安靜、光線微弱之環境休息,此時請避免看手機或是電視等刺激視覺的活動,以避免影響腦血流或是代謝。通常在休息 30 分鐘後進行攝影,攝影時間約 30 分鐘。
  6. 若病患近期 (一周內) 有出國需求,因為海關輻射偵檢器極為靈敏,可能引發假警報造成您的困擾,病患可向本科索取英文檢查證明,以方便向海關警衛人員說明。
  7. 檢查使用追蹤劑有效期短,需當天製作價格昂貴,為避免浪費藥物,如病人無法依約前來,請至少於一天前以電話聯絡櫃台或排檢人員改期,以便安排其他候補人員受檢。

可能的風險與副作用

  1. 本檢查所使用放射藥物,和放射線科之顯影劑成分完全不同,一般不會有顯影劑過敏 的問題。由於藥物成分極少,幾乎不具藥理作用,故不會產生毒性或是影響您所服用的藥物。 
  2. 本檢查若使用氟18去氧葡萄糖作為追蹤劑: a) 一般病患受檢後因體內可能帶有微量輻射,雖然劑量甚低不需要特別防護,但仍建議受檢者在接受檢查後的一天內,勿接近孕婦或是 6 歲以下嬰幼兒。b) 如果受檢者是哺育母乳的婦女,該追蹤劑極少分泌至母乳中,嬰兒無須停用母乳 (參考美國核醫雜誌報告 Ref)。但為減少嬰兒與病患短期的接觸,建議媽媽在受檢後一天內,可擠出母乳以罐裝餵食嬰兒,以減少與嬰幼兒近距離接觸
  3. 本檢查若使用鎝‐99m-HMPAO、鎝-99m-ECD 作為追蹤劑: a) 一般病患受檢後因體內可能帶有微量輻射,雖然劑量甚低不需要特別防護,但仍建議受檢者在接受檢查後的一天內,勿接近孕婦或是 6 歲以下嬰幼兒。b) 如果受檢者是哺育母乳的婦女,則建議暫停哺乳一天。
  4. 檢查後可多喝水多排尿可加速放射藥物排出。依據國內外文獻及實際臨床經驗,本檢查之輻射劑量,幾乎不會增加致癌機率,也不會增加不孕或後代異常的風險。更多關於輻射安全的問題請參見 | 輻射安全 

臨床應用

1. 腦血管病變

腦血流造影於腦中風(cerebral vascular accident,CVA)應用的優點是可早期偵測,尤其是12小時內,當X光電腦斷層檢查還沒有異常出現時,腦血流造影就能偵測出這些病灶。腦中風病人於48小時內接受X光電腦斷層及核醫腦血流造影,結果兩者的診斷率分別為50%及95%。這其中的差別是腦血流造所觀察的是生理上的變化,一旦血流灌注缺損的事實發生就能被偵測出來,而X光電腦斷層是觀察解剖結構上的變化,要在血流灌注發生病變一段時間,腦組織發生水腫或壞死變化之後,才能被X光電腦斷層偵測出來。此外腦血流造影所見血流灌注缺損區常比X光電腦斷層所見病灶範圍要來得大,這是由於有一部份缺血但仍存活的腦組織圍繞在已經梗塞的病變區周圍,能清楚的顯示在腦血流造影中。
 
 
紅色箭頭即為腦部缺血處。
 
其次,腦血流造影也可應用於預測腦中風的癒後。1990年 Mountz 等人比較腦中風亞急性期(平均為病發後2.4個月)X光電腦斷層及腦血流造影病灶大小,並追蹤一年後臨床情況,結果發現腦血流造影病灶大於X光電腦斷層病灶1.5倍以上者,臨床預後良好。表示有存活但暫時因缺血性失去功能的腦組織,在隨後血流改善之後,會恢復其功能,而這些區域並未發生X光電腦斷層可見到的結構變化。
 
另外,Costa及Ell從腦中風10天後的腦血流造影研究中發現,有些病灶在放射藥物注射後15分鐘先呈現高放射活性聚積現象,而5小時後,病灶處的放射活性有些會維持,有些會下降。Costa等人推論,腦中風病發10天後,缺血處可能產生側枝循環,使得病灶處血容量(blood volume)增加,於是放射藥物注射後15分鐘時病灶處有血流灌注增高現象。但若沒有活的腦細胞存在,則偵測血流的放射藥物應在數小時內隨血漿中放射活性降低而減少。相反的,若該病灶在5小時後仍有大量血流放射藥物 (Tc-99m HMPAO) 聚積在該處,則表示該病灶處除了已產生側枝循環以外,仍有存活腦細胞存在。
 
此外,在腦中風後腦血流造影也可以見到「奢侈灌注」(luxury perfusion)、「充填現象」(filling out phenomenon)及遠方血流灌注變化等現象(如對側小腦神經官能聯繫斷絕,crossed cerebellar diaschisis)。
 
 
在腦左後方可見一放射製劑聚集區,其周圍仍有放射製劑缺損區。此為腦中風可以見到的「奢侈灌注」(luxury perfusion)
 
由於50%病例在發生腦中風前,有暫時性腦缺血(transient ischemic attack,TIA)的病史,因此能早期確切診斷暫時性腦缺血及缺血性可逆行神經缺損 (reversible ischemic neurologic deficit,RIND) 極為重要。DeRoo 及 Podreka 等人分別報告腦血流造影在診斷暫時性腦缺血及缺血性可逆行神經缺損方面的診斷率分別為50%及90%,暫時性腦缺血及缺血性可逆行神經缺損在腦血流造影中呈現局部或單側大腦皮質彌漫性放射活性降低現象,而CT 在這方面的診斷率則分別只有16.7%及40%。HMPAO 腦部 SPECT 中呈現局部或單側大腦皮質彌漫性放射活性降低現象,而X光電腦斷層在這方面的診斷率則分別只有16.7%及40%。

2. 癲癇

1980年Kuhl等人最先以氟18去氧葡萄糖核醫藥物做造影劑,進行腦部正子造影,證實癲癇病灶在發病期 (ictal) 呈血流灌注或代謝增高,而發病間期(interictal) 呈血流灌注或代謝減低現象。隨後,Lang等人針對癲癇發作後進行連續數次的腦血流造影,証實病灶處血流灌注增高現象可以持續到發作後3至7天之久,隨後在2至6週之間漸漸轉變成低血流灌注現象。
 
由於癲癇發作會影響到鄰近腦組織的功能,甚至經由神經傳導影響到更遠部位的腦組織功能,因此發病期的病灶血流灌注增高現象會擴散得比實際病灶範圍大,所以測量病灶範圍應以發病間期呈現的血流減低範圍較為準確。但由於在發病期間有部份病灶沒有明顯的呈現放射冷區,因此病灶位置的確定則以發病期的圖像較易確認。
 
臨床上使用藥物控制無效的癲癇病患,會考慮開刀切除(顳葉切除)病灶部位,而在手術前必須決定那一側是支配語言記憶的大腦半球,必須進行Wadatest。Biersack等人報告在進行Wadatest的5分鐘期間,同時靜脈注射Tc-99m HMPAO,發現支配語言記憶側腦血流灌注量降低比另一側明顯,這是由於支配語言記憶的大腦半球在痳痺後,有比較大量的神經活動遭抑制,造成明顯的血流量降低現象,而非支配側大腦半球則只有較小的變化。因此,使用Tc-99m HMPAO在Wadatest中,可以輔助區分那一側是支配語言記憶的大腦半球。

由於癲癇引發的大腦功能及血流變化,並不常伴發有結構上的異常,Devous 等人統計數篇報告結果,證實核醫攝影在診斷癲癇病灶的敏感度為76%,而核磁共振及X光電腦斷層造影的敏感度分別只有45%及26%。又因為癲癇是腦部功能異常,因此即使核磁共振及X光電腦斷層造影有偵測到有腦部結構異常,也不一定就是引發癲癇的病灶。
 
 
癲癇引發的大腦功能及血流變化,圖中可見,右側顳葉,右側額葉,皆有放射活性下降的現象。疑為癲癇病灶。
 

3. 失智症

在年紀大於65歲的人口中,約有10%會發生失智症,而這種病患的死後腦部病理解剖中,顯示阿茲海默氏症 (Alzheimer'sdisease,簡稱AD) 及多發性梗塞是造成失智症的兩大主因,但臨床上要區分這兩種病因並不容易。
 
核醫應用 正子掃描 (PET SCAN)  配合15O及18F fluorodeoxyglucose(FDG) 最早證實 AD 病患在兩側大腦半球後側頂-顳-枕葉部份(parietal/temperal/occipitalregion) 呈現對稱性血流量,耗氧量及葡萄醣代謝量均降低現象。但由於血流量與代謝率呈一致降低,保持正常局部氧攝取率,因此阿茲海默氏症不認為是一種缺血導致的病因。
 
 
阿茲海默氏症(病患在兩側大腦半球後側頂-顳-枕葉部份(parietal/temperal/occipitalregion)呈現對稱性血流量,耗氧量及葡萄醣代謝量均降低現象。
 
riedland等人更對照阿茲海默氏症病患的氟18去氧葡萄糖正子掃描 正子掃描 (PET SCAN)  的攝影結果與組織病理變化,證實在氟18去氧葡萄糖降低處有細胞減少現象。Podreka 等人應用 Tc-99m HMPAO證實阿茲海默氏症病患在左右大腦頂-顳-枕部位有對稱性血流灌注降低現象。相反的,在多發性梗塞病例,則呈現多處無特定位置的血流減低病灶。阿茲海默氏症病患症狀輕重不同,呈現典型對稱性頂-顳-枕部位灌注減低現象之病例,往往都是症狀較嚴重,不易配合醫療人員進行心智測驗的病患,腦血流造影或是氟18去氧葡萄糖正子掃描對於這些病例在臨床上的診斷就更顯得重要了。

4. 其它

頭部外傷時CT與MRI能清楚的診斷顱骨骨折、顱內出血、腦水腫、及外物滯留在腦內的情形等,是臨床上不可或缺的檢查工具。Tc-99m HMPAO腦部SPECT攝影,則是用以評估腦皮質、基底核、下視丘等處因為頭部外傷後遺症所引起的腦組織血流灌注上的變化。譬如腦部槍傷,CT與MRI能清楚的顯示子彈穿射入腦部的行徑,Tc-99m HMPAO腦部SPECT則可以偵測與子彈射穿受傷部位相關的功能上的變化。
 
精神疾患方面的應用,如憂鬱症及慢性疲勞症候群(chronic fatigue syndrome)患者的Tc-99m HMPAO腦部SPECT造影皆呈現額葉血流灌注減少的現象。

結論

"核醫的腦部血流/代謝檢查" 提供的是腦組織功能上的變化資料,對於傳統CT所提供的解剖上變化資料,能提供相輔相成的效果。尤其在CVA、TIA、癲癇及癡呆症的病因診斷上極具價值。致於其他如頭部外傷及精神疾患方面的應用,也都有正面報告。在此我們企盼各科臨床醫師逐漸了解這項檢查的原理,優點及其限制之後,能廣泛應用 "核醫的腦部血流/代謝檢查" 在臨床上來探討腦部功能受損之病例。


Reference:
  1. Koslowsky IL, Brake SE, Bitner SJ. Evaluation of the stability of (99m)Tc-ECD and stabilized (99m)Tc-HMPAO stored in syringes.J Nucl Med Technol. 2001 Dec;29(4):197-200.
  2. Mielke R, Pietrzyk U, Jacobs A, Fink GR, Ichimiya A, Kessler J, Herholz K, Heiss WD. HMPAO SPET and FDG PET in Alzheimer's disease and vascular dementia: comparison of perfusion and metabolic pattern.Eur J Nucl Med. 1994 Oct;21(10):1052-60.
  3. Herholz K1, Schopphoff H, Schmidt M, Mielke R, Eschner W, Scheidhauer K, Schicha H, Heiss WD, Ebmeier K. Direct comparison of spatially normalized PET and SPECT scans in Alzheimer's disease.J Nucl Med. 2002 Jan;43(1):21-6.
  4. Bentourkia M1, Bol A, Ivanoiu A, Labar D, Sibomana M, Coppens A, Michel C, Cosnard G, De Volder AG.Comparison of regional cerebral blood flow and glucose metabolism in the normal brain: effect of aging. J Neurol Sci. 2000 Dec 1;181(1-2):19-28.
  5. PET and PETCT scans have been approved for reimbursement under Medicare for oncology and non-oncology use. (庫存資料1庫存資料2)
  6. 台灣健保的 FDG PET 適應症給付標準 (庫存資料)
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林昆儒,
2016年9月4日 上午4:48
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林昆儒,
2016年9月4日 上午5:06
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林昆儒,
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