PET/MR 在心血管疾病中的應用進展

畢曉 徐白萱

解放軍總醫(yī)院核醫(yī)學科，北京 100853

在過去數(shù)十年中，PET 和MRI 技術(shù)在心血管疾病中的應用迅速發(fā)展，PET 顯像可在心肌灌注和冠狀動脈血流儲備的絕對定量以及分子水平上對特定過程（如新陳代謝、炎癥或神經(jīng)支配）進行可視化和定量分析，MRI 在左右心室功能的量化、整體和局部心室壁運動異常的確定、組織特征（瘢痕、脂肪和水腫）及瓣膜功能診斷方面具有極大優(yōu)勢。近年來，PET/MR 作為新型的多模態(tài)融合顯像技術(shù)，整合了PET 與MRI 兩種獨立的顯像技術(shù)，實現(xiàn)了兩者同步掃描，且在不同類型的心血管疾病中的研究和應用越來越廣泛[1]。筆者就PET/MR 在心血管疾病中的應用現(xiàn)狀進行回顧和展望，并探討其優(yōu)點和局限性。

1 PET/MR 心血管成像技術(shù)的挑戰(zhàn)

PET 和MRI 是兩種已經(jīng)在臨床上廣泛應用的心血管成像技術(shù)，它們的一體化整合面臨一些技術(shù)上的挑戰(zhàn)，主要是兩種設(shè)備的相互兼容、PET 的衰減校正（attenuation correction，AC）和運動校正（motion correction，MC）、掃描流程的規(guī)范化等。

1.1 硬件構(gòu)成的挑戰(zhàn)

PET 與MRI 設(shè)備的兼容性問題主要為電磁場環(huán)境下PET 硬件結(jié)構(gòu)和PET 信號采集不受干擾，同時PET 結(jié)構(gòu)不影響磁場性質(zhì)和MRI 信號采集。因此，目前PET/MR 已用雪崩光電倍增管或硅光電倍增管替代易受磁場影響的傳統(tǒng)PET 光電轉(zhuǎn)換器，并使用新的電磁屏蔽技術(shù)和低衰減材料把PET探測部件嵌入MRI 射頻系統(tǒng)與梯度系統(tǒng)之間[2]。

1.2 AC 的挑戰(zhàn)

PET/MR 的AC 包括硬件結(jié)構(gòu)和人體組織兩部分。硬件結(jié)構(gòu)用低衰減材料制作，將其對γ 光子的衰減降至最??；另外，PET/MR 的系統(tǒng)文件中存儲其衰減系數(shù)圖（μmap），當系統(tǒng)檢測到硬件已用于PET/MR 采集時，系統(tǒng)會調(diào)取其衰減系數(shù)圖對PET 圖像行AC[3]。人體組織AC 主要是基于Dixon MRI 序列的分割法，將組織分類為肺、脂肪、軟組織和空氣，每類組織賦予相對應的μ 值，然后對PET 數(shù)據(jù)進行AC[4]。但實際上不同患者、不同位置的心血管組織衰減程度是不同的。此外，基于Dixon MRI 序列的分割法無法獲取心血管周圍骨骼的衰減系數(shù)圖，因而會明顯低估骨旁心血管組織的衰減程度[5]。此外，支架或血管夾等金屬移植物也會導致MRI 信號缺失，進而無法進行AC 甚至產(chǎn)生AC 偽影。另外，MRI 對比劑增強顯像會影響人體軟組織及肺部的AC，但對于心血管的影響還需進一步研究[6]。盡管如此，Lau 等[7]通過與CT 的AC 比較發(fā)現(xiàn)，相控陣線圈會使模型心肌的放射性活度值減少3%，但心肌的平均SUV 并無差異，且兩者具有很好的相關(guān)性（r=0.97）。

1.3 MC 的挑戰(zhàn)

PET/MR 的MC 是基于MRI 方法對PET 數(shù)據(jù)進行MC，常使用實時三維MRI 或標記技術(shù)獲取呼吸運動、心臟跳動及患者非自主運動信息，用來校正同時獲取的PET 數(shù)據(jù)中的此類運動信息[8]。同樣，三維MRI 記錄的運動信息也可校正AC 圖像，使AC 圖像與PET 數(shù)據(jù)的空間位置一致，提高AC 精確度[9-10]。近年來，通過基于門控與MRI 方法的比較研究發(fā)現(xiàn)，在低劑量或高噪聲的PET 數(shù)據(jù)中，基于MRI 方法的MC 增加了PET 結(jié)果的可靠性[11]，但此類方法仍處于進一步的研究中，尚未在臨床中常規(guī)應用。

1.4 規(guī)范化掃描的挑戰(zhàn)

PET/MR 心血管成像掃描流程涉及患者訓練、體位擺放、掃描序列的選擇及其時序上的排列等。患者訓練是操作人員對患者掃描過程中的配合狀態(tài)進行講解訓練，使其能按照規(guī)定要求完成配合，通常指呼吸和緊急求助訓練。為盡可能減少操作人員接受的放射性核素的照射，最好在患者注射放射性核素藥物前進行配合訓練[12]。PET/MR 心臟成像過程中需要呼吸、心電門控觸發(fā)MRI 采集信號，所以體位擺放時需去除金屬物品，頭先進、仰臥位、雙手平放于身體兩側(cè)、身體居中等，還需按不同設(shè)備要求在患者胸前貼MRI 兼容的心電電極，在腹部呼吸最明顯部位放置呼吸門控軟墊。由于磁場對心電信號會有影響，因此在布置好心電門控及放置好線圈后，需確認心電信號優(yōu)良后再定位。而掃描序列及其時序上排列的選擇主要依據(jù)心臟疾病的種類、衰減系數(shù)圖與PET 數(shù)據(jù)的配準情況和PET 與MRI 同步掃描時患者屏氣與自由呼吸交替變換導致PET 數(shù)據(jù)的部分容積效應。所以，PET 與心臟MRI 序列同步掃描流程還需進一步研究。

2 PET/MR 心血管成像的顯像劑與MRI 技術(shù)

2.1 PET 顯像劑

心臟PET 顯像是使用不同正電子核素標記與心臟生物學相關(guān)的分子形成顯像劑，引入人體后經(jīng)過心臟生物學變化攝取顯像劑，通過PET 設(shè)備接收顯像劑的正電子湮滅輻射產(chǎn)生的γ 光子對，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，最終形成PET 圖像。而PET 顯像劑的研制及應用，是心血管疾病診斷、治療和療效評估的基礎(chǔ)。依據(jù)不同心血管疾病表達的不同靶點或特點，研發(fā)出心臟的灌注、代謝及受體等PET 顯像劑。表1 總結(jié)了不同PET 顯像劑在心血管疾病中的應用與研究[13]。目前，也出現(xiàn)了以納米材料為基礎(chǔ)的PET/MR 多模態(tài)顯像劑，如靶向巨噬細胞的MDIO-64Cu-DOTA[14]。雖然此類多模態(tài)顯像劑仍未用于臨床，但PET/MR 已顯示出了在心臟核醫(yī)學中的巨大臨床應用潛力。

2.2 心 臟 磁 共 振（cardiac magnetic resonance，CMR）成像技術(shù)

與CT 掃描相比，CMR 成像技術(shù)除了可以降低受檢者的輻射劑量外[13]，還可以提供很好的軟組織結(jié)構(gòu)特征。另外，CMR 電影成像也可以準確評估心室腔容積、心肌質(zhì)量、心室壁運動和射血分數(shù)等變化；而CMR 晚期釓增強（late gadolinium enhanced，LGE）圖像可以評價心肌損傷范圍和程度；同時，CMR 還具有定量評估彌散性心肌纖維化、心肌水腫及心肌鐵沉積的T1-mapping、T2-mapping 和T2*-mapping 成像序列[15]。近年來，還出現(xiàn)了對冠狀動脈粥樣硬化斑塊性質(zhì)評估的全心冠狀動脈斑塊定性技術(shù)（CATCH）序列成像[16]。

3 PET/MR 心血管成像的臨床應用

3.1 缺血性心臟病

缺血性心臟病即冠狀動脈粥樣硬化性心臟病，是冠狀動脈發(fā)生嚴重粥樣硬化性狹窄或阻塞，或在此基礎(chǔ)上合并痙攣以及血栓形成，造成管腔阻塞，引起冠狀動脈供血不足、心肌缺血或梗死的一種最常見的心臟病。近幾十年來，有創(chuàng)的冠狀動脈造影和無創(chuàng)的冠狀動脈CT 一直被用于冠狀動脈解剖狹窄程度的常規(guī)診斷方法，但無法定量判斷病變冠狀動脈的血流灌注量及其支配的心肌血流量的改變，難以準確診斷和提供危險分層及預后信息[17]。目前，CMR 和PET 均被廣泛應用于心肌灌注成像，但PET 被認為是無創(chuàng)心肌灌注定量評價的參考標準[18]，Rischpler 等[19]認為，心肌血流量及冠狀動脈血流儲備絕對定量的PET 心肌灌注顯像結(jié)合CMR 血管成像或LGE 圖像會有助于鑒別心外膜血管狹窄與微循環(huán)障礙或心肌瘢痕與無功能性存活心肌。此外，PET/MR 還被用于評估梗死面積，將其作為判斷心肌梗死預后的主要指標。Bulluck 等[20]報道了21 例心肌梗死后患者的PET/MR 顯像情況，結(jié)果證實了18F-FDG PET 與T2-mapping 成像所顯示的梗死范圍一致，兩者均大于LGE 圖像所顯示的范圍，且LGE 成像和18F-FDG PET 對心肌節(jié)段運動恢復都具有良好的預測能力。在另一項對28 例心肌梗死后患者的研究中[21]，LGE 和PET對存活心肌的評估也具有較好的一致性（Kappa 值=0.65），且都準確預測了6 個月后局部心室壁運動的恢復情況。

3.2 心臟炎性疾病

近年來，多種顯像劑的PET 和MRI 對包括心臟在內(nèi)的炎性疾病的診斷和監(jiān)測的應用越來越廣泛[22-23]。在有關(guān)心肌炎PET/MR 的病例報道中[24-25]，局灶性心外膜下LGE 與抑制正常心肌葡萄糖代謝的18F-FDG PET 高攝取密切匹配，并伴有心肌水腫和充血；雖然MRI 足以診斷心肌炎，但PET 還可用于評價心臟炎性活動狀態(tài)，監(jiān)測治療效果。而在心臟結(jié)節(jié)病的臨床指南中，PET 和MRI 都被推薦用于該病的診斷與評估[26]，LGE 成像可以顯示結(jié)節(jié)病的心肌纖維化，18F-FDG PET 高攝取且灌注正常提示其炎性活動期，18F-FDG 高攝取且灌注減低提示其炎性進展期，18F-FDG 無攝取且無灌注或低灌注提示其炎性終末期；既往研究也顯示PET/MR在心臟結(jié)節(jié)病的診斷和療效監(jiān)測中具有可行性[27]，所以PET/MR 不僅可以診斷結(jié)節(jié)病在心肌中的受累情況，還可以對其進行分期，從而指導治療。

3.3 心臟淀粉樣變性（cardiac amyloidosis，CA）

CA 是由于原發(fā)性或繼發(fā)性因素致使前體蛋白以異常的β 折疊形式沉積在心肌細胞外的某種自體蛋白纖維，從而引起心臟舒縮功能和（或）傳導系統(tǒng)障礙，是具有典型限制性心肌病臨床表現(xiàn)的一組疾病，主要分為獲得性單克隆免疫球蛋白輕鏈（AL）和轉(zhuǎn)甲狀腺素（TTR）兩種類型，鑒于其不同的預后和治療方法，臨床分型顯得尤為重要。CMR已成為診斷CA 的成熟工具，但無法分型[28-29]。而Trivieri 等[30]的研究結(jié)果表明，與獲得性單克隆免疫球蛋白輕鏈型患者及正常體檢者相比，轉(zhuǎn)甲狀腺素型患者的18F-NaF PET 顯像表現(xiàn)為心肌放射性攝取增加，且與LGE 顯像的病變范圍一致。另外，一些研究結(jié)果也表明，11C-PIB PET 可用于CA 的診斷[30-32]。Lee 等[31]報道了22 例疑似CA 患者，在經(jīng)活檢證實的15 例患者中，有13 例11C-PIB PET 為陽性；而無CA 的患者，11C-PIB PET 掃描結(jié)果均無陽性；且非化療組與化療組心肌對11C-PIB 攝取的差異有統(tǒng)計學意義（P=0.014）。所以，PET/MR不僅可以對CA 進行診斷、分期，還可以進行療效評估，特別是對于腎功能異常而無法進行MRI LGE 顯像的患者。

表1 PET 顯像劑在心血管疾病中的應用Table 1 PET tracers for cardiovascular applications

3.4 冠狀動脈粥樣硬化斑塊

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病是導致人類病死的主要原因之一，其中急性冠狀動脈綜合征是導致患者發(fā)生猝死和預后不良的主要原因。而急性冠狀動脈綜合征發(fā)病的主要原因是冠狀動脈粥樣硬化易損斑塊破裂或內(nèi)皮表面糜爛導致冠狀動脈內(nèi)形成血栓。因此，早期無創(chuàng)性診斷冠狀動脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性已成為國內(nèi)外研究熱點之一。目前，PET 和CMR 對冠狀動脈硬化易損斑塊的成像主要體現(xiàn)在斑塊的炎癥、微鈣化及出血上[33]，PET 可通過不同靶點的放射性顯像劑對易損斑塊進行評估，包括作用于易損斑塊炎性細胞的68Ga-pentixafor，針對斑塊微鈣化的18F-NaF 及用于新生血管的64Cu-DOTA-VEGFR121 等；CMR 可通過黑血T1 加權(quán)成像和冠狀動脈增強成像或冠狀動脈亮血成像評估冠狀動脈解剖異常、管腔狹窄嚴重程度及斑塊內(nèi)出血等情況。Joshi 等[34]在對40 例心肌梗死和40 例穩(wěn)定性心絞痛患者的研究中發(fā)現(xiàn)，在37 例心肌梗死患者中，“罪犯斑塊”與“非罪犯斑塊”對18F-NaF 攝取的差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.0001），而對18F-FDG 的攝取差異無統(tǒng)計學意義（P=0.34）；在18 例穩(wěn)定性心絞痛患者中，“罪犯斑塊”對18F-NaF均呈高攝取，此結(jié)果與血管內(nèi)超聲結(jié)果一致。另外，Xie 等[16]研究結(jié)果證實，在CMR 的全心冠狀動脈斑塊定性技術(shù)（CATCH）序列黑血圖上，冠狀動脈高信號與正常心肌信號的比值大于1.4 的病灶，與冠狀動脈光學成像所檢測的易損斑塊評分相關(guān)性良好，可識別斑塊內(nèi)成分及其穩(wěn)定性。所以，針對不同靶點的放射性核素PET/MR 動脈粥樣硬化斑塊成像具有較大的臨床應用潛力。

3.5 心臟腫瘤

MRI 可以很好地評估心臟腫瘤，因為其能夠準確地描述腫瘤的位置、大小、血管分布及病變組織特征。不過，同時進行18F-FDG PET/MR 檢查則可增加對心臟腫瘤代謝信息的了解，有助于對腫瘤的良惡性進行鑒別[35]。最近的一項研究結(jié)果表明，18F-FDG PET/MR 區(qū)分良惡性腫瘤的靈敏度為100%、特異度為92%，并且在評估原發(fā)性心臟惡性腫瘤與轉(zhuǎn)移性心臟腫瘤時，全身18F-FDG PET/MR 較單純MRI 有更高的靈敏度[36]。

4 結(jié)論

PET/MR 心血管成像作為新型的多模態(tài)成像技術(shù)，可以一次掃描同時獲得心血管解剖、組織特征、功能和分子水平信息，給心臟疾病的診斷和療效評估提供了進一步的幫助。另外，較低的輻射劑量對年輕患者的臨床成像尤其重要。但在臨床廣泛應用之前，需要通過PET 與CMR 的交叉驗證，探索出更合理的應用參數(shù)，規(guī)范操作流程（比如：可能不需要PET 與CMR 兩種技術(shù)同時評估心肌灌注和左心室功能值）等。所以，目前仍需進一步的臨床研究來探索PET/MR 在心臟疾病方面的潛在應用。

利益沖突本研究由署名作者按以下貢獻聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻聲明畢曉負責論文的撰寫和最終版本的修訂；徐白萱負責研究命題的提出和論文的審閱。