核素心肌灌注/代谢显像与心脏磁共振成像评价缺血性心脏病心肌活力的对比研究

宋书扬 韩旭 汪蕾 闫朝武 方纬

1 北京协和医学院，国家心血管病中心，中国医学科学院阜外医院核医学科，北京 100037；2 北京协和医学院，国家心血管病中心，中国医学科学院阜外医院结构性心脏病中心，北京 100037

检测存活心肌是否存在以及存活心肌的数量对于缺血性心脏病患者的临床治疗决策的制定具有重要的指导价值[1-2]。虽然多种无创性影像技术可用于评价心肌活力，但不同影像技术的原理导致了其对于心肌活力检测结果的差异[3]。其中核素心肌灌注/代谢显像（以下简称18F-FDG PET）与心脏磁共振成像（cardiac magnetic resonance，CMR）都是评价心肌活力重要的无创性影像技术。与心肌灌注显像相结合的18F-FDG PET心肌代谢显像通过对心肌葡萄糖代谢状况的检测来评价心肌活力；而CMR 则利用延迟成像中钆对比剂在纤维瘢痕组织中的异常聚集，使瘢痕组织（梗死心肌）与正常心肌在T1 加权像上呈现不同的信号，从而区分梗死心肌与存活心肌，2 种影像技术各具优势。目前，PET/MRI 已开始用于临床上对存活心肌的一体化检测，研究结果显示，18F-FDG PET 与CMR 相结合更有利于心肌活力的评价，可以充分发挥18F-FDG PET 与CMR各自的优势[4-7]。然而，二者结合的前提是对二者差异的深入认识，以及产生差异的原因的合理解释。虽然以往已有18F-FDG PET 与CMR 评价心肌活力的价值的对比研究，但样本量相对较少，且对二者的差异分析仍不够全面[4]。本研究旨在进行更加深入且全面的研究，为18F-FDG PET 与CMR 在评价心肌活力方面更有效地结合提供依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象

回顾性分析2016 年3 月至2019 年12 月于中国医学科学院阜外医院同期（一个月内）接受18F-FDG PET 与CMR 评价心肌活力的缺血性心脏病合并心功能不全的患者285 例，其中男性260 例、女性25 例，年龄（57.8±10.0）岁。纳入标准：经冠状动脉造影或CT 冠状动脉成像明确为冠心病；超声心动图测定的左室射血分数（LVEF）＜50%；18F-FDG PET 与CMR 检查间隔时间不超过1 个月。排除标准：合并非缺血性心肌病、瓣膜性心脏病、先天性心脏病、1 个月以内的急性心肌梗死；18F-FDG PET 与CMR检查间期病情发生明显变化或行血运重建术。本研究免除签署知情同意书。本研究经中国医学科学院阜外医院伦理委员会批准（批准号：2023-2062）。

1.2 SPECT 心肌灌注显像

患者于静息状态下静脉注射99Tcm-MIBI（原子高科股份有限公司）740 MBq，约60 min 后进行显像。采用德国西门子公司 Symbia T16 型双探头SPECT/CT 仪，配备低能高分辨准直器，矩阵128×128，能峰140 keV，窗宽20%，放大倍数1.25，2 个探头呈90°排列，自右前斜45°至左后斜45°，共旋转180°，采集64 个投影，每个投影采集20 s。图像重建采用有序子集最大期望值法，4 次迭代，8 个子集，获得心脏短轴、水平长轴和垂直长轴图像。

1.3 PET 心肌代谢显像

SPECT 心肌灌注显像次日，患者继续行PET心肌代谢显像。显像前所有患者禁食至少8 h，根据血糖水平，口服5～50 g 葡萄糖，根据患者血糖变化，可静脉推注适量的胰岛素，调整血糖至适当水平，于静息状态下静脉注射18F-FDG（原子高科股份有限公司）185 MBq，60 min 后进行PET/CT显像[8]。采用德国西门子公司Truepoint Biograph 64 型PET/CT 仪。先进行CT 扫描，用于图像定位和衰减校正，随后采用门控方式进行PET 图像采集。PET 图像采集时间为10 min。图像重建采用有序子集最大期望值法，4 次迭代，8 个子集，矩阵128×128，放大倍数2.0，短轴图像层厚3 mm。

1.4 CMR

采用荷兰飞利浦公司Ingenia 3.0 T 全数字MRI系统行CMR。采用平衡稳态自由进动序列行功能电影成像，包括左心室长轴两腔心、四腔心及8～10层连续短轴图像。采用心功能专用分析软件在左心室短轴电影上测量和计算舒张末期容积、收缩末期容积和射血分数。经肘静脉注入钆喷酸葡胺（德国拜尔医疗制药公司）0.2 mmol/kg，注射速度为4 ml/s，10～15 min 后采用相位敏感反转恢复序列行延迟增强成像，扫描层面与电影扫描层面一致。

1.5 图像分析

采用5 分法[9]分别对99Tcm-MIBI SPECT 心肌灌注图像和18F-FDG PET 心肌代谢图像进行17 节段的半定量视觉评分：放射性摄取完全正常为0 分；放射性摄取为正常摄取的76%～99%为1 分；放射性摄取为正常摄取的51%～75%为2 分；放射性摄取为正常摄取的26%～50%为3 分，放射性摄取为正常摄取的0%～25%为4 分。血流灌注与代谢均完全正常（均为0 分）的心肌节段根据室壁运动是否存在异常分为正常心肌或顿抑心肌；血流灌注减低（1～4 分）但代谢正常（0 分）的心肌节段为冬眠心肌；血流灌注与代谢均减低（＞0 分）的心肌节段为梗死心肌。依据血流灌注评分是否低于代谢评分的不同情况又分为非透壁梗死伴正常心肌（血流灌注和代谢评分均为1～3 分，二者得分相同）、非透壁梗死伴冬眠心肌（血流灌注评分为2～4 分，代谢评分为1～3 分，且代谢评分低于血流灌注评分）和透壁梗死心肌（血流灌注和代谢评分均为4 分）。采用QGS 软件（美国Cedars-Sinai 医学中心）对各心肌节段进行室壁运动评分：正常（0 分）、轻度减低（1～2 分）、重度减低（3 分）和无运动（4 分）。每个节段的冬眠心肌评分=血流灌注评分-代谢评分，冬眠心肌总含量以百分数的形式表示，计算公式：冬眠心肌总含量=17 个节段的冬眠心肌评分总和/（17×4）。梗死心肌总含量同样以百分数的形式表示，计算公式：梗死心肌总含量=17 个节段的代谢评分总和/（17×4）[9]。

根据CMR 延迟强化图像上每个心肌节段延迟强化程度，采用5 分法[10]进行视觉评分：0 分为无强化；1 分为1%～25%延迟强化厚度；2 分为26%～50%延迟强化厚度；3 分为51%～75%延迟强化厚度；4 分为延迟强化厚度＞76%。0 分为无梗死；1～2分为非透壁梗死；3～4 分为透壁梗死。梗死心肌总含量以百分数的形式表示，计算公式：梗死心肌总含量=17 个节段的延迟强化评分总和/（17×4）[10]。

所有患者的18F-FDG PET 和CMR 图像分别由2 名有10 年以上工作经验的放射科和核医学科医师独立进行分析，结果不一致时由第3 位有10 年以上工作经验的主任医师来判断。

1.6 统计学分析

应用SPSS 25.0 软件进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以±s表示，非正态分布的计量资料以M（Q1，Q3）表示，计数资料以频数及百分比表示。2 组计数资料的比较采用Wilcoxon 秩和检验，采用Spearman 相关系数分析非正态分布计量资料之间的相关性，采用Kendall's tau-b 相关系数分析计数资料之间的相关性。以CMR 结果作为诊断梗死心肌的“金标准”，并计算18F-FDG PET 检测梗死心肌的灵敏度和特异度，采用Bland-Altman法分析比较CMR 与18F-FDG PET 检测梗死心肌的一致性。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者资料

本研究共纳入285 例缺血性心脏病合并心功能不全的患者，其中107 例患者LVEF≤35%，178 例患者LVEF＞35%且＜50%。209 例患者病变血管数目为3 支，50 例患者为2 支，26 例患者为单支。285 例缺血性心脏病合并心功能不全患者的基线资料见表1。

表1 285 例缺血性心脏病合并心功能不全患者的基线资料Table 1 The baseline information of 285 patients with ischemic heart failure combined with cardiac dysfunction

2.2 18F-FDG PET 与CMR 检测梗死心肌的结果比较

285 例患者总共4 845 个心肌节段，共有3 376个（69.7%，3 376/4 845）18F-FDG PET显示室壁运动异常的心肌节段被纳入分析。CMR 显示其中1 308个节段为无梗死、1 371 个节段为非透壁梗死、697个节段为透壁梗死。而18F-FDG PET 则显示其中1 263 个节段灌注/代谢均正常（顿抑心肌）、606 个节段为冬眠心肌、344 个节段为非透壁梗死伴正常心肌、901 个节段为非透壁梗死伴冬眠心肌、262 个节段为透壁梗死心肌（图1、表2）。

图1 缺血性心脏病患者的CMR 与18F-FDG PET 所示不同心肌活力的显像图 A～C 为3 例患者的SPECT 心肌灌注显像图（上排）和PET 心肌代谢显像图（下排）；D～E 为这3 例患者对应的CMR 图。A、D 所示患者男性，51 岁，左室前壁透壁梗死（红色箭头所示），18F-FDG PET 显示心肌血流灌注、代谢同等程度缺损，CMR 显示为透壁强化。B、E 所示患者男性，71 岁，左室下间隔及下壁为冬眠心肌（蓝色箭头所示），18F-FDG PET 显示心肌血流灌注缺损而代谢正常，CMR 显示无强化；前壁为正常心肌（绿色箭头所示），18F-FDG PET 显示心肌血流灌注、代谢均正常，CMR 显示无强化。C、F 所示患者男性，44 岁，左室间隔为非透壁梗死伴正常心肌（黄色箭头所示），18F-FDG PET 显示心肌血流灌注、代谢大致同等程度减低，CMR 显示心内膜下强化；前壁为非透壁梗死伴冬眠心肌（白色箭头所示），18F-FDG PET 显示心肌血流灌注缺损、代谢减低但放射性摄取高于灌注，CMR 显示心内膜下强化。CMR 为心脏磁共振成像；FDG 为氟脱氧葡萄糖；PET 为正电子发射断层显像术；SPECT 为单光子发射计算机体层摄影术Figure 1 Myocardial viability on cardiac magnetic resonance (CMR) and 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) PET in patients with ischemic heart failure

表2 18F-FDG PET 与CMR 评价3 376 个室壁运动异常的心肌节段心肌活力的结果比较（个）Table 2 Comparison of 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) PET and cardiac magnetic resonance (CMR) in assessment of myocardial viability in 3 376 segments with wall motion abnormality (n)

在个体水平，18F-FDG PET 和CMR 检测的梗死心肌总含量分别为17.6%±13.0%和19.2%±13.4%，二者之间存在显著的相关性（r=0.67，P＜0.001，图2A）。Bland-Altman 法分析结果显示：与CMR相比，18F-FDG PET 对于梗死心肌总含量的检测存在一定程度的低估，CMR 与18F-FDG PET 评价梗死心肌总含量差值的95%CI为-12.7%～27.8%，平均差值为7.5%（图2B）。

图2 285 例缺血性心脏病患者CMR 检测的梗死心肌总含量与18F-FDG PET 检测的梗死心肌总含量的相关性（A）和一致性分析（B） CMR 为心脏磁共振成像；FDG 为氟脱氧葡萄糖；PET 为正电子发射断层显像术；SD 为标准差Figure 2 The correlation (A) and agreement (B) of the total content of infarcted myocardium measured through cardiac magnetic resonance (CMR) and 18F-fluorodeoxyglucose (FDG)PET in 285 patients with ischemic heart failure

在CMR 显示为透壁梗死的697 个运动异常节段中，18F-FDG PET 显示绝大多数（90.4%，630/697）节段可见透壁或非透壁梗死，二者显示出较高的一致性。而在CMR 显示为非透壁梗死的1 371 个运动异常节段中，却有多达686 个（50.0%，686/1 371）节段18F-FDG PET 未显示梗死改变，其中358 个节段为正常心肌，328 个节段为冬眠心肌。

以CMR 发现延迟强化作为评价心肌梗死（包括透壁和非透壁心肌梗死）的标准，在节段水平，18F-FDG PET 检测梗死心肌的灵敏度为63.6%（1 315/2 068）、特异度为85.3%（1 116/1 308）。随着室壁运动障碍严重程度的加剧，18F-FDG PET 检测梗死心肌的灵敏度逐步提高，其对室壁运动轻度减低、重度减低和无运动的心肌节段的检测灵敏度分别为46.3%（223/482）、60.7%（568/936）和80.6%（524/650），而特异度则逐步轻度降低，分别为89.8%（467/520）、84.2%（484/575）和77.5%（165/213）。

2.3 CMR 检测的梗死心肌与18F-FDG PET 检测的冬眠心肌的关系

在个体水平， CMR 检测的每例患者梗死心肌总含量与18F-FDG PET 检测的冬眠心肌总含量之间无显著的相关性（r=-0.09，P=0.12）。在节段水平，在CMR 检测为非透壁梗死的1 371 个节段中，18F-FDG PET 检测838 个（61.1%）节段有冬眠心肌，其中328 个（23.9%）节段完全为冬眠心肌，510 个（37.2%）节段有部分为冬眠心肌。而在CMR 检测为透壁梗死的697 个节段中，18F-FDG PET 检测286 个（41.0%）节段有冬眠心肌，其中有41 个（5.9%）节段完全为冬眠心肌，245 个（35.2%）节段有部分为冬眠心肌。CMR 检测为非透壁梗死的节段比透壁梗死的节段含有更多的冬眠心肌（61.1%对41.0%，χ2=66.207，P＜0.001）。

而另一方面，在室壁运动异常而CMR 检测为无梗死或非透壁梗死的2 679 个节段中，有1 237个（46.2%）节段18F-FDG PET 检测为灌注/代谢正常（顿抑心肌），1 221 个（45.6%）节段18F-FDG PET 检测有冬眠心肌。

3 讨论

本研究比较了18F-FDG PET 与CMR 在缺血性心脏病伴心功能不全患者心肌活力评价中的价值，结果显示：（1）18F-FDG PET 与CMR 在透壁梗死的检测中具有较好的一致性，但CMR 能够发现更多的非透壁梗死（心内膜下梗死）；（2）18F-FDG PET能够在CMR 显示的梗死心肌中发现较多的存活心肌。

梗死心肌代表不可逆的心肌损伤，既往研究结果表明，随着心肌节段瘢痕范围的扩大，血运重建后室壁功能恢复的可能性降低[11]。因此，准确判断心肌梗死的范围具有重要的临床意义。本研究结果显示，尽管18F-FDG PET 与CMR 对于透壁梗死的检测具有较好的一致性，但CMR 发现的内膜下心肌梗死的节段中约有50.0%被18F-FDG PET 所遗漏，这与Klein 等[12]的研究结果相近。在该研究中，虽然在个体水平上18F-FDG PET 与CMR 显示的梗死心肌总含量之间存在较高的相关性（81%），但是在节段水平上，CMR 发现的内膜下心肌梗死的节段中约有66.33%在18F-FDG PET 上未显示任何梗死改变。这可能是由于18F-FDG PET 的分辨率低于CMR，会遗漏内膜下轻微的梗死心肌。此外，受部分容积效应的影响，正常或存活心肌18F-FDG摄取的高信号可能会导致同一节段中的内膜下心肌梗死被掩盖。因此，梗死心肌的范围越大，18F-FDG PET 对梗死心肌的检测越灵敏。

本研究结果还显示，有小部分心肌节段在18F-FDG PET 上显示的梗死心肌范围较CMR 更大，其原因可能是这些节段中心肌变薄，导致18F-FDG 摄取被低估，从而高估了梗死心肌的范围。对于室壁变薄的节段的检测，CMR 因具有较高的空间分辨率，故更有优势[13]。目前，CMR 由于空间分辨率较高，被认为是诊断梗死心肌的 “金标准”，对于预测室壁功能是否能够恢复而言，CMR的阴性预测值较高[14]。因此，在18F-FDG PET 鉴别存活心肌的同时，利用CMR 准确检测梗死心肌同样也是十分重要的。

心肌缺血损伤后可能会形成顿抑心肌、冬眠心肌和梗死心肌，三者都会出现室壁运动的异常，但只有存活心肌在血运重建术后其室壁功能才有可能得到恢复[4-5,13,15-16]。许多研究结果表明，存在血流灌注减低但存活的冬眠心肌是预后不良的危险因素[17-18]，而顿抑心肌在静息状态下的血流灌注是正常的，因此，理论上认为冬眠心肌最需要积极的血运重建加以挽救。CMR 的不足之处在于不能区分冬眠心肌和顿抑心肌，而是将室壁运动功能异常但是未发生延迟强化的心肌节段统一视为存活心肌[3]，并推测是否需要进行血运重建。而18F-FDG PET 将心肌血流灌注和心肌代谢显像的功能联合起来，是目前唯一可以区分冬眠心肌与顿抑心肌的影像方法[19]。以往的许多研究者将CMR 延迟强化厚度占心肌节段的50%作为CMR 判断梗死心肌与存活心肌的最佳临界值[4]，认为延迟强化厚度＜50%则说明存在较多的存活心肌，可以进行积极的血运重建。但本研究结果显示，在CMR 显示为无梗死或非透壁梗死（延迟强化厚度＜50%）的2 679 个节段中，有46.2%的心肌节段在18F-FDG PET 上显示为心肌血流灌注/代谢正常，即为顿抑心肌。因此，18F-FDG PET 在鉴别冬眠心肌与顿抑心肌方面具有独特的优势，对于治疗决策的制定具有重要意义。

Wang 等[9]曾探讨CMR 诊断梗死心肌与冬眠心肌的关系，结果表明：虽然在节段水平上，非透壁梗死的心肌节段比透壁梗死的心肌节段有更多的冬眠心肌，但在个体水平上，梗死心肌的总含量与冬眠心肌的总含量却没有明确的相关性。Beitzke等[7]的研究结果也表明，无论是用50%还是75%延迟强化厚度作为CMR 判断梗死心肌与存活心肌的最佳临界值，透壁梗死与冬眠心肌之间均无明确的相关性。在本研究中，尽管非透壁梗死的心肌节段有较多的冬眠心肌，但梗死心肌的总含量与冬眠心肌的总含量无明显的相关性，这表明检测梗死心肌对于冬眠心肌的间接评估没有提示作用，18F-FDG PET 在鉴别冬眠心肌方面的作用是不可替代的。

此外，在本研究中我们还发现，即使在CMR诊断为透壁梗死的心肌节段中，也有超过41.0%的节段18F-FDG PET 可以检测到冬眠心肌。既往研究结果也显示，CMR 显示为透壁梗死的节段中梗死心肌与非梗死心肌是掺杂存在的[9]。虽然CMR对于梗死心肌的检测具有较高的灵敏度和准确率，但仅仅依靠CMR 也可能会高估梗死心肌的范围和遗漏冬眠心肌，而冬眠心肌常常是发生恶性心律失常的病理基础[20]，不容忽视。即使是CMR 提示为透壁梗死的节段，如果存在冬眠心肌，也有必要进行血运重建。

本研究存在以下的局限性：（1）本研究为18F-FDG PET 与CMR 2 种影像技术比较的横断面研究，缺少对治疗后室壁运动恢复情况的验证研究；（2）由于回顾性研究受到资料完整性的限制，本研究中对室壁运动的评分均采用QGS 软件进行，而没有结合CMR；（3）18F-FDG PET 与CMR是分别进行的，未进行图像融合，在节段位置的匹配上可能存在误差。

综上所述，18F-FDG PET 与CMR 作为2 种常用的无创性影像技术，在评价心肌活力方面各具优势。CMR 在检测心肌梗死方面具有更高的检出率，而18F-FDG PET 能够检出更多的存活心肌并鉴别冬眠心肌，18F-FDG PET 与CMR 二者相结合可以提供更全面的心肌活力信息。

利益冲突 所有作者声明无利益冲突

作者贡献声明 宋书扬负责研究的设计与实施、数据的采集与分析、论文的撰写；韩旭负责数据的采集与分析；汪蕾、闫朝武、方纬负责论文的审阅、指导与修订