PET/CT在心血管疾病中的應用

劉 磊，周 力，陳 暉

(首都醫(yī)科大學附屬北京友誼醫(yī)院心內科，北京 100050)

近年來，隨著冠狀動脈搭橋術或冠狀動脈成形術的廣泛應用,心血管疾病的病死率大大降低，但其發(fā)病率仍居高不下，且對于不可逆的心肌損害無明顯改善[1]。因此，研究出一種新的無創(chuàng)的檢查方法對心血管疾病的早期識別、療效監(jiān)測及預后評價意義重大。正電子發(fā)射計算機斷層顯像(positron emission tomography，PET)/CT心肌代謝顯像是指利用正電子核素標記相關代謝底物作為顯像劑，隨血液循環(huán)進入心臟，被心肌細胞攝取，再利用PET/CT進行掃描，顯示顯像劑在心臟的分布，了解心肌局部血流灌注及代謝情況，利用螺旋CT對PET圖像進行衰減校正，從而獲得病變區(qū)域心肌代謝圖像[2]。從分子水平上講，PET/CT對心肌的生理、生化等變化均具有較高的敏感性，且PET與CT結合可以使圖像相互參照，彌補CT定性診斷困難和PET定位不精確的缺陷，極大地提高了診斷效能。通過注射不同的顯像劑，不僅可顯示心肌的血流灌注，測定心肌能量代謝，定位心臟病變部位，評估心肌缺血程度及臨床治療效果；還可以評價心臟不同受體及其功能情況，利于某些疾病的診斷和治療?，F(xiàn)就PET/CT在心血管疾病中的應用予以綜述。

1 評價心肌活性

由于心肌缺血發(fā)生的時間、程度、有無側支循環(huán)及其形成情況、有無再灌注等情況不同，心肌細胞缺血后表現(xiàn)為3種情況，即壞死心肌、冬眠心肌和頓抑心肌。其中，冬眠心肌和頓抑心肌均具有收縮功能儲備，血液循環(huán)恢復后自身功能可逐漸恢復，屬于存活心肌[3]。因此，準確識別出存活心肌，有選擇性地進行血運重建，對臨床治療方案的確定及疾病預后有重要意義。目前，PET/CT在評價心肌活性方面主要有以下2種方法。

1.118F-氟代脫氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG)心肌代謝成像 正常的心肌細胞能量來源于脂肪酸和葡萄糖，其受激素水平(主要是胰島素水平)、心臟工作負荷和灌注等影響。在空腹及有氧條件下，能量來源以脂肪酸的有氧氧化為主，進食后隨著胰島素水平的升高，脂肪酸代謝受到抑制，轉而以葡萄糖代謝為主。脂肪酸氧化對缺血十分敏感，當缺血、缺氧發(fā)生時，心肌就以葡萄糖為最佳的能源底物。18F-FDG為放射標記的葡萄糖類似物，它的攝取依賴于胰島素敏感性葡萄糖轉運蛋白，進入細胞后被己糖激酶磷酸化，且不能被反向轉運，可聚集在細胞內[4]，從而獲得葡萄糖分布的一系列圖像。當心肌細胞壞死后，代謝活動停止，不能再攝取18F-FDG，故可通過此種方法來檢測存活心肌。

臨床上，需分別進行心肌灌注顯像及心肌代謝顯像來鑒別存活心肌。若心肌局部出現(xiàn)血流灌注減少，18F-FDG攝取正?；蛳鄬υ黾?，即心肌灌注/代謝不匹配，屬存活心肌。若相應心肌節(jié)段出現(xiàn)血供和18F-FDG攝取減少，即心肌灌注/代謝匹配，提示壞死心肌[5]。根據(jù)心肌對18F-FDG的攝取率，可對心肌病變的嚴重程度進行分級：當攝取值為最大活性的50%～60%時，提示為非透壁性心肌梗死；當攝取值為最大活性的10%～20%時，提示為透壁性心肌梗死[6]。目前，18F-FDG PET/CT被國際公認為檢測存活心肌的“金標準”[7]。

糖尿病、胰島素抵抗或肥胖患者由于應用葡萄糖的能力受損，所以心肌細胞主要以脂肪酸為能量來源。這類患者在應用脂肪酸的情況下，可以滿足心臟耗氧量的90%～99%，但利用18F-FDG作為顯像劑時因葡萄糖利用受損，檢測結果會出現(xiàn)偏差?？梢?，維持血液中葡萄糖水平及適當?shù)貞靡葝u素可以使圖像質量提高[8]。

1.211C-乙酸鹽心肌代謝顯像 心肌的氧化代謝是心臟收縮功能的基礎。因11C-乙酸鹽被心肌細胞攝入后能很快參與有氧氧化，且體內不能合成、不受各種底物水平的影響，故可應用于心肌代謝顯像。心肌對11C-乙酸鹽的攝取量與局部血流量有關，它的清除速率與心肌耗氧量直接相關。心肌細胞攝取11C-乙酸鹽后，在線粒體參與三羧酸循環(huán)，有氧氧化成11C-CO2[9]。當心肌缺血、缺氧時，有氧代謝減少，可通過測定心肌節(jié)段性耗氧量來評估心肌活性，并通過計算顯像劑的攝取來評估心肌血流量。對于經(jīng)血運重建后的急性心肌梗死患者，應用11C-乙酸鹽能更好地預測心肌功能的恢復情況。對于心力衰竭患者，可通過對比藥物治療前后的心肌代謝變化，評價治療效果。

2 評估斑塊性質

臨床上，很多急性冠狀動脈綜合征患者的管腔狹窄程度<50%，說明斑塊性質對急性冠狀動脈綜合征有很高的預測價值，尤其是易損斑塊。易損斑塊的特點為大面積的壞死中心、薄纖維帽(<65 μm)、明確的血管重建、巨噬細胞浸潤導致的血管炎癥、組織缺氧引起的新血管形成和早期微鈣化[10-11]。

在動脈粥樣硬化特別是斑塊破裂的情況下，慢性炎癥扮演重要角色。炎性細胞(淋巴細胞及巨噬細胞)可以表達高密度的葡萄糖轉運蛋白[12]，所以應用18F-FDG可以檢測心血管疾病的炎癥過程。在大血管(主動脈和頸動脈)的粥樣硬化斑塊中，18F-FDG是良好的顯影劑[13-14]。有研究顯示，在急性冠狀動脈綜合征患者的不穩(wěn)定和易破裂斑塊中可以檢測出更多的18F-FDG聚集[15]。但18F-FDG不是炎性細胞特異性的標志物，可被鄰近的心肌細胞所攝取，不能形成良好的圖像對比，故在評價冠狀動脈斑塊的性質中很少應用。

鈣化是動脈粥樣硬化的關鍵，大的鈣化灶可以通過X線或CT識別，而早期微鈣化難以識別。顯像劑(氟化鈉)可以聚集在鈣化軟組織中，用于斑塊性質的鑒別。研究表明，氟化鈉的攝取可能與羥磷灰石(鈣化的主要組成成分)的有效表面積有關，羥磷灰石大部分存在于大鈣化灶內部，不易被顯像劑接近，且可能更易結合于微鈣化區(qū)[16]。Joshi等[17]應用18F-FDG和氟化鈉分別對心肌梗死及穩(wěn)定型心絞痛患者的斑塊進行鑒別和定位。結果顯示，93%的心肌梗死患者在罪犯血管中有高水平的氟化鈉聚集；而18F-FDG的顯像被心肌攝取所掩蓋，在罪犯血管及非罪犯血管中差異無統(tǒng)計學意義。

3 對冠狀動脈進行定量分析

目前，國內外冠心病的發(fā)病率呈逐年上升趨勢。據(jù)相關統(tǒng)計，若能早期診斷、針對性地改變生活習慣，約85%的冠心病患者可被延緩進展甚至發(fā)生好轉[18]。PET評價冠狀動脈疾病有兩個參數(shù)，即心肌血流量和冠狀動脈血流儲備。它可以對局部心肌血流進行準確的定量分析，然后計算出局部冠狀動脈的血流儲備(即基礎的心肌血流量及充分擴張后冠狀動脈心肌血流量的比值)，用來評價內皮和血管平滑肌的功能，有利于早期冠心病的診斷，尤其是對高危人群的監(jiān)測，且在微血管功能異常方面有一定優(yōu)勢。多項試驗證實，冠狀動脈血流儲備在冠心病的早期預測中有重要作用，它的降低與糖尿病、高血壓、吸煙等冠心病危險因素有關[19-21]。可見，心肌灌注的定量測量可以幫助識別亞臨床階段的冠狀動脈疾病，更好地定義疾病的程度及嚴重性，對于診斷和預后判斷有很高的價值[7,22]。

4 評價心臟交感神經(jīng)功能

正常的心臟功能有賴于完整的神經(jīng)支配。去甲腎上腺素作為交感神經(jīng)系統(tǒng)的遞質，由酪氨酸在神經(jīng)元經(jīng)過一系列酶的催化生成并貯存在囊泡中。去甲腎上腺素由腎上腺素神經(jīng)細胞分泌，主要靠突觸前膜攝入神經(jīng)末梢。各種心臟疾病(心肌缺血、心律失常等)在心臟出現(xiàn)明顯的結構和功能異常之前，心臟的交感神經(jīng)功能已發(fā)生改變。突觸前顯像劑(11C-間羥基麻黃素)對于兒茶酚胺轉運體有很高的親和力，其通過類似去甲腎上腺素的作用被交感神經(jīng)攝入。通過檢測交感神經(jīng)在心臟的分布情況可以反映心肌缺血、心力衰竭及各種心肌病的嚴重性和心臟移植后神經(jīng)的再生情況，以評估治療的效果、判斷預后[23-24]。對于一些心律失常，可以通過檢測突觸前去甲腎上腺素再攝取及突觸后β腎上腺素受體密度明確其發(fā)病機制。目前，已有研究將PET應用于先天性右心室流出道性心動過速、長QT間期綜合征及Brugada綜合征中[23,25-26]。

5 檢測心臟炎癥過程

大量的炎性細胞聚集于炎癥區(qū)域參與抗炎過程及組織修復，因這些細胞可以表達高密度的葡萄糖轉運體，所以18F-FDG可被炎性細胞尤其是巨噬細胞攝取來顯像，這對某些疾病的診斷有重要作用。如感染性心內膜炎，因肥胖、慢性阻塞性肺疾病或胸廓畸形等因素影響超聲心動檢測瓣膜是否存在贅生物，在這種情況下PET作為一種無創(chuàng)的檢查手段，可以很好地定義心內膜炎的位置、程度和嚴重性[27]。心臟結節(jié)病多見于室間隔受累，臨床可出現(xiàn)惡性心律失常，甚至猝死。但因其病變分布不均勻或局部纖維化使活檢呈現(xiàn)陰性，所以可通過PET來協(xié)助診斷，并根據(jù)18F-FDG攝取程度定量分析結節(jié)病的治療效果[28]。

6 檢測新生血管

心肌梗死后的修復是由神經(jīng)激素的激活、新生血管生成和促纖維化轉錄因子上調等一系列復雜過程所引發(fā)，這些因子通過血管生成和再內皮化啟動毛細血管網(wǎng)的恢復，以及巨噬細胞聚集、細胞外基質重構達到心肌重構的目的[29]。血管新生與斑塊易損性及心肌梗死后組織修復等多個過程有關。心肌梗死后心肌細胞的亞細胞修復過程是分子成像的重要靶點。αvβ3整合蛋白是一種跨細胞膜糖蛋白受體，其位于新生血管的內皮細胞表面，可促進細胞遷移、增殖，從而對細胞外環(huán)境做出一系列反應。αvβ3整合蛋白在正常細胞上幾乎不表達，心肌梗死1～3周后高度表達[30]。因此，αvβ3整合蛋白對心肌梗死后修復的協(xié)調起核心作用，其可成為放射類藥物的作用靶點[31]。應用顯像劑對新生血管顯像，檢測心肌梗死后的新生血管生成情況，對心肌梗死后組織修復、藥物治療效果評價及預后判斷有重要價值。

7 評估心臟淀粉樣變性

淀粉樣變性是由淀粉樣蛋白在器官和組織中異常沉積引起，心臟是最常累及的器官，其臨床表現(xiàn)為限制性心肌病及頑固性心力衰竭，可出現(xiàn)惡性心律失常，甚至猝死，預后不佳。心內膜下心肌活檢是診斷淀粉樣變性的金標準，但其作為一種侵入性檢查手段，創(chuàng)傷較大。而PET/CT為無創(chuàng)檢查手段，可利用顯像劑對β淀粉樣蛋白顯像，提高淀粉樣變性的早期診斷價值[32]。目前，已有許多研究將PET/CT應用于阿爾茨海默病的診斷和治療，雖然缺乏對心臟受累的特異顯像劑，且臨床資料有限，但其在心肌淀粉樣變性的診斷和治療中仍有廣闊前景[33]。

8 細胞與基因治療

干細胞具有從內皮細胞向心肌細胞分化的潛能，可用于壞死心肌的修復?；蛑委熓菍⒋龠M血管內皮生長和新生血管形成的某些基因轉染給壞死心肌，以達到新生血管形成、修復或減少壞死組織、改善心功能的目的。心肌梗死后心臟自我更新的能力有限，重構后導致心臟功能下降，影響生存質量，故尋找能夠促進心肌細胞再生、改善心臟功能的治療方法顯得尤為重要。因此，細胞及基因治療應運而生。PET可通過監(jiān)測移植區(qū)干細胞的存活數(shù)量及基因表達情況，評估治療效果，為心血管領域提供更多可能性[6,34]。雖然其機制尚需進一步研究，但目前對于缺血性心臟病，有研究發(fā)現(xiàn)采用干細胞移植治療可顯著改善心肌活性及心臟功能[34-36]。

9 小 結

存活心肌的提出大大深化了對缺血性心肌的概念。目前，PET/CT在臨床的應用主要是通過心肌灌注顯像及心肌代謝顯像從分子水平來檢測存活心肌的數(shù)量，從而制訂臨床治療方案(藥物、介入或外科手術治療)，提高治療效果，判斷疾病預后，預測左心功能改善情況，其中18F-FDG心肌代謝成像被認為是評價心肌活性的金標準。作為無創(chuàng)檢查手段，PET/CT對評價心血管疾病斑塊性質有一定優(yōu)勢，有利于心血管事件風險的預測，且可以觀察到一些疾病的炎癥過程，定位病變部位。心肌血流量及冠狀動脈血流儲備的定量測量對于冠心病的診斷有很高的敏感性，可為疾病的早期監(jiān)測及微循環(huán)異常提供依據(jù)。對于心力衰竭及心臟移植，PET/CT可通過評估交感神經(jīng)分布情況來評定臨床治療效果、判斷預后，但目前其臨床應用較少，仍需大量試驗研究支持。另外，對于改善心肌梗死后心肌重構，細胞與基因治療作為一種新型方法，可以為修復壞死組織、改善心臟功能、提高遠期預后帶來新思路。作為一種良好的臨床和研究手段，PET/CT具有敏感謝和特異性高、無創(chuàng)安全等特點，應用前景非常廣泛。但因其價格昂貴、存在一定輻射性、檢查時間較長等，目前PET/CT尚未被廣泛應用于臨床，未來需進一步研究。