一体化PET/MR用于缺血性心脏病进展

覃春霞，张永学，汪朝晖，兰晓莉*

(1.华中科技大学同济医学院附属协和医院核医学科，3.心内科，湖北 武汉 430022；2.分子影像湖北省重点实验室，湖北 武汉 430022)

PET通过不同显像剂在分子水平可视化和定量分析心血管疾病的特定过程如血流、代谢、炎症或神经支配等，可精准诊断多种心血管疾病。心脏MR(cardiac MR， CMR)已用于多种心血管疾病，可量化左、右心功能、判断整体和局部室壁运动情况、评价组织表征(瘢痕、脂肪和水肿)及瓣膜功能，具有“一站式检查”潜能[1]。2011年PET/MR一体机获得美国食品药品监督管理局批准，之后获得我国国家药品监督管理局批准，目前正处于临床应用和推广阶段。相比PET/CT，一体化PET/MR于同一空间、同一时间采集图像，可获得最佳配准；融合PET定量测量、分子水平成像与MR动态功能和解剖结构评价，可一站式完成心血管检查，将在心血管影像学中占据重要地位。本文对一体化PET/MR心脏显像技术问题及其在缺血性心脏病中的应用现状及前景进行综述。

1 PET/MR心脏显像中的技术问题

1.1 MR兼容PET探测器 一体化PET/MR将PET和MR集成在一个系统中，快速交替的MR梯度场和射频脉冲与传统PET探测器产生的信号会相互干扰，故最初其主要问题是如何获得MR兼容的PET探测器。为此开发出可在强磁场下运行的基于半导体的PET探测器，以雪崩光电二极管或硅光子倍增器取代传统的光电倍增管[2-3]，可最小化干扰。

1.2 衰减校正 为获得准确的PET定量数据，需要进行精确衰减校正。目前一体化PET/MR以2种方式实现衰减校正：①基于MR图像信息对受检组织进行衰减校正，最常使用多点Dixon序列将组织分为肺、脂肪、软组织和本底，产生衰减系数图像[4]，但此法将骨骼和钙化归为软组织，可能低估胸骨后心脏组织的衰减值[1]；超短回波时间序列可将骨骼作为单独类别而提供其衰减校正[5]，但采集视野小且耗时，目前尚不能用于临床心脏PET/MR成像；近年开发的基于患者的Atlas模板将骨骼作为单独类别，结合基于Dixon序列的MR衰减校正，可作为心脏PET/MR衰减校正的替代方法[6]；②设备硬件组件衰减校正：固定的硬件组件(如射频线圈和检查床)PET信号衰减可通过直接衰减校正加以补偿，通常在PET重建前将基于检查床和固定射频线圈的CT透射扫描预订衰减图(模板)添加到组织衰减图中，重建过程中自动执行基于模板的衰减校正[7]，为现有市售PET/MR系统的执行标准；对表面射频线圈则须以不同方式执行衰减校正，行心脏PET/MR，可采用MR检测标记对预先获取的3D CT衰减模板进行自动非刚性配准，以适应柔性射频线圈的独特位置和形状[8]。NENSA等[9]对10例患者顺序进行PET/CT和PET/MR检查，2种图像心肌显像剂摄取无显著差异。LAU等[10]观察30例顺序接受PET/CT和PET/MR检查患者，其基于CT衰减校正的标准摄取值(standard uptake value， SUV)和基于MR衰减校正的SUV具有很强的相关性。

1.3 运动校正 心脏PET的主要挑战是呼吸和心脏运动，一般常规采用运动门控，但此法仅将采集的少量数据(呼吸门控的呼气末期和心电门控的舒张末期数据)用于图像重建，图像信噪比低。运动校正可将采集的所有数据用于重建，以提高图像质量、缩短检查时间。一体化PET/MR同时采集PET和MR数据，基于MR的PET运动校正通常分为预校准运动模型技术和同步运动模型技术，理论上是一体化PET/MR的另一优势，也是目前的研究热点。一体化PET/MR通过MR实时电影成像和/或标签技术获取自由呼吸状态下的3D MR数据，以同时获取的心电图信号将其回顾性分为多个呼吸和心脏运动状态，采用非刚性配准算法获得3D心脏和呼吸运动场，并用于运动补偿MR和PET图像重建，以改善图像质量[11]。MUNOZ等[12]采用双门控MRI非刚性配准研发出新的图像采集、后处理及重建方法。MARCHESSEAU等[13]开发了基于MRI校正PET定量测量偏差的新方法，将通过MRI获得的每个基础运动区域的平均密度图转换至PET空间，构建线性方程组并建模，对真实活度值求解，其准确性和可靠性均高于其他简单方法如门控采集或勾画最佳ROI。MUNOZ等[14]发现采用3T PET/MR运动校正双相冠状动脉MR血管造影可显示所有健康受试者和心脏病患者收缩期和舒张期冠状动脉，所获健康受试者左心室功能参数与采用2D电影等方法所获结果高度吻合，而运动校正改善了PET图像中的心肌轮廓。

2 PET/MR用于缺血性心脏病

缺血性心脏病是冠状动脉病变导致的心肌缺血和心功能受损性疾病，可由心肌缺血、梗死进展到纤维化。一体化PET/MR能为诊断和治疗缺血性心脏病提供有价值的信息。

2.1 定量测量缺血心肌血流 静息和负荷PET心肌灌注显像(myocardial perfusion imaging， MPI)是无创定量心肌血流(myocardial blood flow， MBF)和冠状动脉血流储备的金标准[15-16]，但无法区分心外膜冠状动脉狭窄或微血管功能障碍引起的灌注减少。常用PET灌注显像剂包括13N-NH3、15O-H2O及82Rb[15，17]；新型18F标记的PET血流灌注药物包括Flurpiridaz、BFPET及FBnTP，现已进入临床试验阶段[17]。

LAU等[18]观察15例可逆性心肌灌注缺损患者，证实了13N-NH3PET/MR负荷试验的可行性，PET显示的心肌缺血与MR所示水肿和灌注减低区域完全一致。NAZIR等[19]发现13N-NH3PET和动态对比增强CMR测量MBF结果的重复性较高，5名志愿者CMR和PET平均整体负荷血流分别为(2.58±0.11)ml/(g·min)和(2.60±0.47)ml/(g·min)，且整体MBF具有良好的相关性和一致性，基于区域的MBF具有中度相关性和一致性。然而13N-NH3需在配备加速器的医院使用；82Rb半衰期仅78 s，且Sr/Rb发生器含有金属，无法在PET/MR机房使用。18F标记的新型心肌灌注显像剂可为应用一体化PET/MR提供便利。

2.2 诊断心肌梗死与评估心肌活力18F-FDG是最常用的PET显像剂，葡萄糖负荷18F-FDG PET显像是评估心肌活力的“金标准”[20]，通常与MPI联合使用，将灌注-代谢不匹配的区域定义为存活心肌，为制定冠心病治疗策略提供依据[21]。MRI可评估心肌梗死后病理变化[22]，显示心内膜下心肌缺血和梗死具有显著优势，可区分透壁和非透壁心梗，对诊断并发室壁瘤、室间隔穿孔或附壁血栓等具有较高价值。MR形态学信息与PET功能信息互补，有助于区分冠状动脉心外膜分支狭窄与微血管功能障碍、瘢痕或功能失调但仍存活的心肌，为诊断、治疗冠心病及评估预后提供全面信息。

NENSA等[9]比较一体化PET/MR中PET和MR诊断心肌梗死的能力，发现18F-FDG摄取减低与MR延迟钆强化(late gadolinium enhancement， LGE)、电影所示室壁运动异常诊断心肌梗死的能力基本一致；PET/CT与PET/MR18F-FDG心肌摄取值相近。BEITZKE等[23]对39例缺血性心脏病患者行PET/MR检查，发现PET和CMR所见左心室瘢痕范围具有良好的相关性。

基于一体化PET/MR判定心肌活性可更好地预测心功能恢复情况，判断急性心肌梗死(acute myocardial infarction， AMI)血管再通后心功能是否恢复。关于AMI后亚急性期的初步PET/MR研究[24]结果显示，以FDG摄取程度50%和LGE透壁程度50%作为临界值判断心肌存活情况，其在MR LGE和18F-FDG摄取减少心肌节段中的结果的一致性为中度至良好；在MR和PET均存活、MR和PET均无存活及MR存活但PET无存活的节段中，室壁运动改善率分别为78%、33%及41%，提示18F-FDG可更好地预测心功能改善情况。MR T2 Mapping可定量测量T2值，反映心肌水肿严重程度，区分梗死后危险区(area at risk， AAR)[25]。NENSA等[26]发现18F-FDG摄取减低面积大于LGE标记的梗死面积，而与MR以心内膜表面积法确定的AMI瘢痕周围AAR和T2 mapping评估的AAR具有良好的相关性，因此认为MR LGE区域可能为不可挽救心肌，而无LGE但18F-FDG摄取降低区域可能是AAR但仍可挽救心肌，并经MR电影成像证实。一体化PET/MR可通过评估存活心肌判断慢性缺血患者血管再通后心功能恢复情况。一项荟萃分析[27]观察18F-FDG PET和MR LGE预测血运重建后心功能恢复的能力，发现其特异度相近，但18F-FDG PET敏感度更高。一体化PET/MR结合二者优势，可鉴别可逆性与不可逆性心肌功能障碍。一项针对38例冠状动脉慢性完全闭塞患者的一体化PET/MR研究[28]结果显示，随LGE透壁性增加，18F-FDG摄取显著降低；PET和MR均存活节段的室壁运动异常恢复最佳，PET和MR均无存活节段功能恢复最低；二者不一致节段之间功能恢复无显著差异。

2.3 评估心肌梗死后心肌炎症 AMI后心肌组织分为3种：微血管阻塞梗死组织、无微血管阻塞梗死组织及远离梗死组织的心肌组织；在AMI后发生炎症反应和抗炎症反应中[29]，这些组织炎症反应模式和时机可能截然不同，过早进行抗炎治疗可能增加并发室壁瘤的风险，过晚则可能增加局部和远端正常心肌组织重塑风险，因此需采用个体化治疗方法。MRI可区分AMI后上述3种组织类型，提供功能信息、判断水肿和出血程度；采用铁颗粒或19F标记炎性细胞，可跟踪/检测部分炎性细胞[29]。以高脂、低碳水化合物饮食、延长禁食时间或注射低剂量肝素等方法可抑制正常心肌生理性摄取18F-FDG，而不影响炎性细胞摄取，由此量化AMI后炎症，但无法特异性地针对炎症信号进行定量分析[29]。因此，理论上一体化PET/MR可提供互补信息，评价瘢痕与炎症之间的关系，但尚需进一步观察。

3 小结与展望

一体化PET/MR整合两种强大成像模式，临床应用具有较大优势，但仍存在局限性，如孔径较小、不适合肥胖患者，MR存在检查禁忌证，成本高昂，暂无MR兼容的82Rb发生器及检查速度慢等。近年来一些小样本研究结果展现了PET/MR在缺血性心脏病的初步应用价值，但未能充分利用其可同时采集的优势，仍需进一步改进技术，包括基于MR衰减校正方法和运动校正方法。未来研究可聚焦于优化MR序列、缩短采集时间、放弃不必要的重复信息及研究PET定量方法等，并积极探索新的应用领域，研发多参数成像协议和用于PET/MR分析的专用软件。