PET/CT在心血管疾病中的应用

刘 磊，周 力，陈 晖

(首都医科大学附属北京友谊医院心内科，北京 100050)

近年来，随着冠状动脉搭桥术或冠状动脉成形术的广泛应用,心血管疾病的病死率大大降低，但其发病率仍居高不下，且对于不可逆的心肌损害无明显改善[1]。因此，研究出一种新的无创的检查方法对心血管疾病的早期识别、疗效监测及预后评价意义重大。正电子发射计算机断层显像(positron emission tomography，PET)/CT心肌代谢显像是指利用正电子核素标记相关代谢底物作为显像剂，随血液循环进入心脏，被心肌细胞摄取，再利用PET/CT进行扫描，显示显像剂在心脏的分布，了解心肌局部血流灌注及代谢情况，利用螺旋CT对PET图像进行衰减校正，从而获得病变区域心肌代谢图像[2]。从分子水平上讲，PET/CT对心肌的生理、生化等变化均具有较高的敏感性，且PET与CT结合可以使图像相互参照，弥补CT定性诊断困难和PET定位不精确的缺陷，极大地提高了诊断效能。通过注射不同的显像剂，不仅可显示心肌的血流灌注，测定心肌能量代谢，定位心脏病变部位，评估心肌缺血程度及临床治疗效果；还可以评价心脏不同受体及其功能情况，利于某些疾病的诊断和治疗。现就PET/CT在心血管疾病中的应用予以综述。

1 评价心肌活性

由于心肌缺血发生的时间、程度、有无侧支循环及其形成情况、有无再灌注等情况不同，心肌细胞缺血后表现为3种情况，即坏死心肌、冬眠心肌和顿抑心肌。其中，冬眠心肌和顿抑心肌均具有收缩功能储备，血液循环恢复后自身功能可逐渐恢复，属于存活心肌[3]。因此，准确识别出存活心肌，有选择性地进行血运重建，对临床治疗方案的确定及疾病预后有重要意义。目前，PET/CT在评价心肌活性方面主要有以下2种方法。

1.118F-氟代脱氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG)心肌代谢成像 正常的心肌细胞能量来源于脂肪酸和葡萄糖，其受激素水平(主要是胰岛素水平)、心脏工作负荷和灌注等影响。在空腹及有氧条件下，能量来源以脂肪酸的有氧氧化为主，进食后随着胰岛素水平的升高，脂肪酸代谢受到抑制，转而以葡萄糖代谢为主。脂肪酸氧化对缺血十分敏感，当缺血、缺氧发生时，心肌就以葡萄糖为最佳的能源底物。18F-FDG为放射标记的葡萄糖类似物，它的摄取依赖于胰岛素敏感性葡萄糖转运蛋白，进入细胞后被己糖激酶磷酸化，且不能被反向转运，可聚集在细胞内[4]，从而获得葡萄糖分布的一系列图像。当心肌细胞坏死后，代谢活动停止，不能再摄取18F-FDG，故可通过此种方法来检测存活心肌。

临床上，需分别进行心肌灌注显像及心肌代谢显像来鉴别存活心肌。若心肌局部出现血流灌注减少，18F-FDG摄取正常或相对增加，即心肌灌注/代谢不匹配，属存活心肌。若相应心肌节段出现血供和18F-FDG摄取减少，即心肌灌注/代谢匹配，提示坏死心肌[5]。根据心肌对18F-FDG的摄取率，可对心肌病变的严重程度进行分级：当摄取值为最大活性的50%～60%时，提示为非透壁性心肌梗死；当摄取值为最大活性的10%～20%时，提示为透壁性心肌梗死[6]。目前，18F-FDG PET/CT被国际公认为检测存活心肌的“金标准”[7]。

糖尿病、胰岛素抵抗或肥胖患者由于应用葡萄糖的能力受损，所以心肌细胞主要以脂肪酸为能量来源。这类患者在应用脂肪酸的情况下，可以满足心脏耗氧量的90%～99%，但利用18F-FDG作为显像剂时因葡萄糖利用受损，检测结果会出现偏差。可见，维持血液中葡萄糖水平及适当地应用胰岛素可以使图像质量提高[8]。

1.211C-乙酸盐心肌代谢显像 心肌的氧化代谢是心脏收缩功能的基础。因11C-乙酸盐被心肌细胞摄入后能很快参与有氧氧化，且体内不能合成、不受各种底物水平的影响，故可应用于心肌代谢显像。心肌对11C-乙酸盐的摄取量与局部血流量有关，它的清除速率与心肌耗氧量直接相关。心肌细胞摄取11C-乙酸盐后，在线粒体参与三羧酸循环，有氧氧化成11C-CO2[9]。当心肌缺血、缺氧时，有氧代谢减少，可通过测定心肌节段性耗氧量来评估心肌活性，并通过计算显像剂的摄取来评估心肌血流量。对于经血运重建后的急性心肌梗死患者，应用11C-乙酸盐能更好地预测心肌功能的恢复情况。对于心力衰竭患者，可通过对比药物治疗前后的心肌代谢变化，评价治疗效果。

2 评估斑块性质

临床上，很多急性冠状动脉综合征患者的管腔狭窄程度<50%，说明斑块性质对急性冠状动脉综合征有很高的预测价值，尤其是易损斑块。易损斑块的特点为大面积的坏死中心、薄纤维帽(<65 μm)、明确的血管重建、巨噬细胞浸润导致的血管炎症、组织缺氧引起的新血管形成和早期微钙化[10-11]。

在动脉粥样硬化特别是斑块破裂的情况下，慢性炎症扮演重要角色。炎性细胞(淋巴细胞及巨噬细胞)可以表达高密度的葡萄糖转运蛋白[12]，所以应用18F-FDG可以检测心血管疾病的炎症过程。在大血管(主动脉和颈动脉)的粥样硬化斑块中，18F-FDG是良好的显影剂[13-14]。有研究显示，在急性冠状动脉综合征患者的不稳定和易破裂斑块中可以检测出更多的18F-FDG聚集[15]。但18F-FDG不是炎性细胞特异性的标志物，可被邻近的心肌细胞所摄取，不能形成良好的图像对比，故在评价冠状动脉斑块的性质中很少应用。

钙化是动脉粥样硬化的关键，大的钙化灶可以通过X线或CT识别，而早期微钙化难以识别。显像剂(氟化钠)可以聚集在钙化软组织中，用于斑块性质的鉴别。研究表明，氟化钠的摄取可能与羟磷灰石(钙化的主要组成成分)的有效表面积有关，羟磷灰石大部分存在于大钙化灶内部，不易被显像剂接近，且可能更易结合于微钙化区[16]。Joshi等[17]应用18F-FDG和氟化钠分别对心肌梗死及稳定型心绞痛患者的斑块进行鉴别和定位。结果显示，93%的心肌梗死患者在罪犯血管中有高水平的氟化钠聚集；而18F-FDG的显像被心肌摄取所掩盖，在罪犯血管及非罪犯血管中差异无统计学意义。

3 对冠状动脉进行定量分析

目前，国内外冠心病的发病率呈逐年上升趋势。据相关统计，若能早期诊断、针对性地改变生活习惯，约85%的冠心病患者可被延缓进展甚至发生好转[18]。PET评价冠状动脉疾病有两个参数，即心肌血流量和冠状动脉血流储备。它可以对局部心肌血流进行准确的定量分析，然后计算出局部冠状动脉的血流储备(即基础的心肌血流量及充分扩张后冠状动脉心肌血流量的比值)，用来评价内皮和血管平滑肌的功能，有利于早期冠心病的诊断，尤其是对高危人群的监测，且在微血管功能异常方面有一定优势。多项试验证实，冠状动脉血流储备在冠心病的早期预测中有重要作用，它的降低与糖尿病、高血压、吸烟等冠心病危险因素有关[19-21]。可见，心肌灌注的定量测量可以帮助识别亚临床阶段的冠状动脉疾病，更好地定义疾病的程度及严重性，对于诊断和预后判断有很高的价值[7,22]。

4 评价心脏交感神经功能

正常的心脏功能有赖于完整的神经支配。去甲肾上腺素作为交感神经系统的递质，由酪氨酸在神经元经过一系列酶的催化生成并贮存在囊泡中。去甲肾上腺素由肾上腺素神经细胞分泌，主要靠突触前膜摄入神经末梢。各种心脏疾病(心肌缺血、心律失常等)在心脏出现明显的结构和功能异常之前，心脏的交感神经功能已发生改变。突触前显像剂(11C-间羟基麻黄素)对于儿茶酚胺转运体有很高的亲和力，其通过类似去甲肾上腺素的作用被交感神经摄入。通过检测交感神经在心脏的分布情况可以反映心肌缺血、心力衰竭及各种心肌病的严重性和心脏移植后神经的再生情况，以评估治疗的效果、判断预后[23-24]。对于一些心律失常，可以通过检测突触前去甲肾上腺素再摄取及突触后β肾上腺素受体密度明确其发病机制。目前，已有研究将PET应用于先天性右心室流出道性心动过速、长QT间期综合征及Brugada综合征中[23,25-26]。

5 检测心脏炎症过程

大量的炎性细胞聚集于炎症区域参与抗炎过程及组织修复，因这些细胞可以表达高密度的葡萄糖转运体，所以18F-FDG可被炎性细胞尤其是巨噬细胞摄取来显像，这对某些疾病的诊断有重要作用。如感染性心内膜炎，因肥胖、慢性阻塞性肺疾病或胸廓畸形等因素影响超声心动检测瓣膜是否存在赘生物，在这种情况下PET作为一种无创的检查手段，可以很好地定义心内膜炎的位置、程度和严重性[27]。心脏结节病多见于室间隔受累，临床可出现恶性心律失常，甚至猝死。但因其病变分布不均匀或局部纤维化使活检呈现阴性，所以可通过PET来协助诊断，并根据18F-FDG摄取程度定量分析结节病的治疗效果[28]。

6 检测新生血管

心肌梗死后的修复是由神经激素的激活、新生血管生成和促纤维化转录因子上调等一系列复杂过程所引发，这些因子通过血管生成和再内皮化启动毛细血管网的恢复，以及巨噬细胞聚集、细胞外基质重构达到心肌重构的目的[29]。血管新生与斑块易损性及心肌梗死后组织修复等多个过程有关。心肌梗死后心肌细胞的亚细胞修复过程是分子成像的重要靶点。αvβ3整合蛋白是一种跨细胞膜糖蛋白受体，其位于新生血管的内皮细胞表面，可促进细胞迁移、增殖，从而对细胞外环境做出一系列反应。αvβ3整合蛋白在正常细胞上几乎不表达，心肌梗死1～3周后高度表达[30]。因此，αvβ3整合蛋白对心肌梗死后修复的协调起核心作用，其可成为放射类药物的作用靶点[31]。应用显像剂对新生血管显像，检测心肌梗死后的新生血管生成情况，对心肌梗死后组织修复、药物治疗效果评价及预后判断有重要价值。

7 评估心脏淀粉样变性

淀粉样变性是由淀粉样蛋白在器官和组织中异常沉积引起，心脏是最常累及的器官，其临床表现为限制性心肌病及顽固性心力衰竭，可出现恶性心律失常，甚至猝死，预后不佳。心内膜下心肌活检是诊断淀粉样变性的金标准，但其作为一种侵入性检查手段，创伤较大。而PET/CT为无创检查手段，可利用显像剂对β淀粉样蛋白显像，提高淀粉样变性的早期诊断价值[32]。目前，已有许多研究将PET/CT应用于阿尔茨海默病的诊断和治疗，虽然缺乏对心脏受累的特异显像剂，且临床资料有限，但其在心肌淀粉样变性的诊断和治疗中仍有广阔前景[33]。

8 细胞与基因治疗

干细胞具有从内皮细胞向心肌细胞分化的潜能，可用于坏死心肌的修复。基因治疗是将促进血管内皮生长和新生血管形成的某些基因转染给坏死心肌，以达到新生血管形成、修复或减少坏死组织、改善心功能的目的。心肌梗死后心脏自我更新的能力有限，重构后导致心脏功能下降，影响生存质量，故寻找能够促进心肌细胞再生、改善心脏功能的治疗方法显得尤为重要。因此，细胞及基因治疗应运而生。PET可通过监测移植区干细胞的存活数量及基因表达情况，评估治疗效果，为心血管领域提供更多可能性[6,34]。虽然其机制尚需进一步研究，但目前对于缺血性心脏病，有研究发现采用干细胞移植治疗可显著改善心肌活性及心脏功能[34-36]。

9 小 结

存活心肌的提出大大深化了对缺血性心肌的概念。目前，PET/CT在临床的应用主要是通过心肌灌注显像及心肌代谢显像从分子水平来检测存活心肌的数量，从而制订临床治疗方案(药物、介入或外科手术治疗)，提高治疗效果，判断疾病预后，预测左心功能改善情况，其中18F-FDG心肌代谢成像被认为是评价心肌活性的金标准。作为无创检查手段，PET/CT对评价心血管疾病斑块性质有一定优势，有利于心血管事件风险的预测，且可以观察到一些疾病的炎症过程，定位病变部位。心肌血流量及冠状动脉血流储备的定量测量对于冠心病的诊断有很高的敏感性，可为疾病的早期监测及微循环异常提供依据。对于心力衰竭及心脏移植，PET/CT可通过评估交感神经分布情况来评定临床治疗效果、判断预后，但目前其临床应用较少，仍需大量试验研究支持。另外，对于改善心肌梗死后心肌重构，细胞与基因治疗作为一种新型方法，可以为修复坏死组织、改善心脏功能、提高远期预后带来新思路。作为一种良好的临床和研究手段，PET/CT具有敏感谢和特异性高、无创安全等特点，应用前景非常广泛。但因其价格昂贵、存在一定辐射性、检查时间较长等，目前PET/CT尚未被广泛应用于临床，未来需进一步研究。