目的:本研究旨在通过核磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)和正电子发射断层成像(Positron emission computed tomography,PET)技术,探索视神经脊髓炎谱系疾病(Neuromyelitis optica spectrum disorder,NMOSD)和髓鞘少突胶质细胞糖蛋白抗体相关疾病(Myelin oligodendrocyte glycoprotein antibody-associated disease,MOGAD)的影像特征,寻找鉴别两种疾病的影像学标志物,探讨PET/MR成像技术在辅助诊断和评估NMOSD和MOGAG的价值。方法:1)回顾性分析NMOSD、MOGAD和对照组Docetaxel核磁多发性硬化(Multiple sclerosis,MS)共88名患者的脑部MRI图像,首先采用半自动的分割方法获得T2/FLAIR高信号病灶和侧脑室,采用侧脑室旁病灶(Periventricular lesion,PVL)算法进行图像处理;计算获得PVL和非PVL(NPVL)的数量和体积特征,在三组疾病组间进行病灶特征的对比,最后采用Logistic回归建立分类模型,并验证其分类效果。2)用18-氟代脱氧葡萄糖(2-[18F]Fluoro-2-deoxy-d-glucose,18F-FDG)、转位蛋白(Translocator proteinm,TSPO)配体18F-PRB06和11C-乙酸盐三种核素显像剂,对NMOSD和MOGAD患者进行PET/MR扫描,通过多种方法分割病灶、关键脑区和灰白质并计算SUVR值和Z值,并与MS(疾病对照)和健康对照人群进行组间对比,探索不同疾病的神经炎症特征和差异;3)为进一步验证PET成像结果与病理特征的关系,构建MOG_(35-55)诱导的实验性自身免疫脑脊髓炎(Experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)小鼠模型、完全弗氏佐剂联合患者血浆置换液来源的抗AQP4抗体介导的NMOSD小鼠动物模型进行研究,采用小动物PET/CT对疾病小鼠和健康小鼠的脑部显像剂摄取水平进行比较,并结合小鼠脑部的组织病理,对PET的结果进行验证。结果:1)在基于MRI病灶形态和分布构建疾病鉴别模型的部分中,以所有病灶为研究对象进行比较发现,NMOSD和MOGAD患者PVL的数量比例低于MS组,且具有统计学差异;三组疾病的PVL体积均较NPVL更大,其中NMOSD患者的NPVL体积较MS和MOGAD更小。在患者个体水平的比较中发现MS患者的PVL数量、病灶总体积和PVL体积均高于另两种疾病患者;NMOSD患者PVL数量的占比低于MS;MOGAD患者的病灶总数和NPVL的病灶数量占比显著低于另外两组疾病(P<0.05或P<0.01)。通过组合病灶的数量和体积特征建立的分类模型显示出更优的分类效果,其中MOGAD与MS分类模型曲线下面积(Area under curve,AUC)达到了0.90,NMOSD与MS分类模型AUC达到了0.81,而MOGAD和NMOSD的AUC为0.71。2)分子影像研究部分共计入组16名受试者(NMOSD:6人,MOGAD:5人,MS:5人),其中13名患者的头颅MRI提示具有病灶,而PET检查提示所有患者至少存在一种显像剂的PET图像上具有异常改购买BMN 673变,表明PET相较于MRI具有更高的阳性检出率。NMOSD、MOGAD和MS三种疾病总体病灶中18F-FDG摄取降低,而新发病灶可以表现出18F-FDG摄取增高的模式;全脑范围的分析显示,三组疾病患者的胼胝体、舌回和脑室18-FDG摄取Z值中位数均低于对照组,而脑干、壳核、额眶回、中央后回、颞上回表现为摄取升高的模式。三组疾病患者病灶的18F-PBR06摄取均高于健康对照,其中MS患者的急性新发病灶具有最显著的增高;全脑范围内,18F-PBR06在三种疾病患者脑干和顶叶皮层存在Z值的相对增高。NMOSD组患者的总体病灶和新发病灶11C-乙酸盐SUVR较HC、其他两组疾病患者降低;11C-乙酸盐表现为双侧丘脑和颞叶的摄取增高,而在第三脑室内存在摄取降低的表现。基于灰白质的分割结果对比显示MS患者的18F-FDG、18F-PBR06和11C-乙酸盐全脑白Milk bioactive peptides质SUVR和白质/灰质比值存在升高的趋势,提示以白质受累为主要特征。疾病组患者呈现出FA、T1T2R较对侧正常组织降低的异常模式,提示病灶部位髓鞘损伤。3)EAE小鼠和NMOSD小鼠表现出不同程度的运动功能障碍。全身PET/CT显示EAE小鼠脑部18F-FDG-SUVR较健康对照C57BL/6小鼠(Control,CTL)升高,NMOSD小鼠全脑SUVR与CTL组相仿。H&E染色结果显示,EAE小鼠脑部存在明显的淋巴细胞浸润。EAE小鼠平均18F-PBR06-SUVR和NMOSD的最大值18F-PBR06-SUVR与CTL相比具有统计学差异。免疫组化和免疫荧光分析均显示NMOSD小鼠和EAE小鼠脑部小胶质细胞的广泛激活,TSPO相较于CTL组小鼠表达增高,小胶质细胞是TSPO主要的来源。NMOSD、EAE和CTL小鼠的全脑11C-乙酸盐摄取水平无明显差异。结论:1)PVL/NPVL的数量和体积特征在鉴别三种疾病中具有重要的价值,本研究基于这些特征建立了区分三种疾病的分类模型,优化了常规MRI的诊断分析策略;2)本研究发现三种脱髓鞘疾病患者脑部病灶存在18F-PBR06摄取的改变,提示病灶和病灶以外全脑范围的神经炎症特征。NMOSD患者急性期病灶存在11C-乙酸盐摄取降低,与既往其他研究尸检病理报道的星形胶质细胞丢失的病理特征相符,11C-乙酸盐是NMOSD的潜在生物标记物。3)动物模型显示的结果支持上述的结论,并显示广泛浸润的淋巴细胞可能与18F-FDG摄取增高有关,小胶质细胞在神经炎症中是TSPO的主要来源。综上所述,使用优化的MRI病灶分析策略有助于疾病的鉴别;联合18F-FDG、18F-PBR06和11C-乙酸盐PET/MR实现了无创性揭示脑部病理特征的目的,对于辅助NMOSD和MOGAD的精准诊断具有很大的临床应用潜力。