PET/CT在心血管疾病的应用现状和进展

　　作者：王跃涛,胡春艾,丁雪梅,朱峰,鹿峰 作者单位：东南大学医学院附属徐州医院 PET/CT中心,江苏 徐州 221009,东南大学医学院附属徐州医院 影像科,江苏 徐州 221009

　　【关键词】 正电子发射断层/X线断层显像,心血管疾病,影像学,综述

　　PET/CT (正电子发射断层/X线断层显像仪)问世以来，其在心血管疾病的应用不如在肿瘤领域活跃。实际上，自上世纪70年代末PET显像技术就先后用于评价心肌血流灌注、心肌葡萄糖代谢、脂肪酸代谢和心脏受体功能等[1]。CT特别是1998年多排螺旋CT(multidetectorrow CT,MDCT)的发明，为CT在诊断、治疗冠心病等心血管疾病的应用带来了新的机遇。PET/CT在心血管疾病的应用基础是将PET的功能、代谢显像与 CT的解剖形态显像结合，发挥PET和CT的各自优势，从心肌灌注、代谢、心室功能和冠状动脉及斑块形态等方面为心血管疾病的诊断提供功能和解剖的综合信息。作者就PET/CT在心血管疾病应用的现状和进展作一综述。

　　1 PET/CT在心血管疾病应用的技术现状

　　1.1 PET和CT各自的技术特点

　　应用82Rb(82铷)、13NNH3(13氮氨)、15OH2O(15氧水)等心肌血流显像剂行静息和负荷PET心肌灌注断层显像，可准确判断有无心肌缺血和心肌梗死;采集动态的心肌灌注影像可进行心肌血流量的绝对测量，根据示踪剂动力学模型获得每克心肌组织每分钟的心肌血流量，敏感地反映出心肌血流储备功能的变化[1]。PET心肌血流的定量测量对中度冠状动脉狭窄生理意义的评价、冠心病多支病变造成的均衡性心肌血流减少的探测、弥漫性小血管病变的发现等具有明显优势。利用心肌葡萄糖代谢显像剂18FFDG(18氟脱氧葡萄糖)可准确评价心肌细胞的活力，功能障碍的心肌存在葡萄糖代谢是目前公认的判断存活心肌的金标准[1]。心肌灌注或心肌葡萄糖代谢显像时应用心电门控技术还可获得左室室壁运动、室壁增厚率、左室收缩和舒张末期容积及左室射血分数等心功能信息。11CAcetate(11碳乙酸盐)可用于心肌有氧代谢显像，在心肌细胞中11CAcetate 可迅速转化为二氧化碳和水，它反映三羧酸循环的活性，因此，11CCO2清除反映了心肌的血流和代谢。11Cpalmitate(11碳棕榈酸)可用于测定心肌的脂肪酸代谢，正常心肌11Cpalmitate摄取均匀，缺血心肌11Cpalmitate摄取减少、清除减慢。11CMethoionine(11碳谷氨酸)可用于测定蛋白质的合成。PET利用放射性核素标记激活剂或拮抗剂可检测受体系统的功能，如11CHED(11碳对羟麻黄碱)反映心脏交感神经功能，其在交感神经末端被心肌细胞摄取，摄取程度与心肌细胞肾上腺素能神经的功能有关[2]。 11CMQNB(11碳螺旋哌啶酮)主要反映心肌毒蕈碱(M)受体的分布与功能状态。

　　美国心脏协会(AHA)最新发表的观点[3]推荐心脏检查使用最少16排MDCT扫描机，1 mm以下X线准直宽度，0.42 s旋转速度。MDCT具有最大密度投影(MIP)、多平面重建(MPR)、曲面重建(CPR)、容积再现 (VR)、表面遮盖法重建 (SSD)、虚拟内镜(VE)等功能，可直观、虚拟地再现心脏及冠状动脉的“真实”影像，这是有创冠状动脉造影无法实现的。无创冠状动脉造影(CT angiography,CTA)可以辨别冠状动脉和管壁情况，判断冠状动脉有无狭窄及狭窄的部位和程度， CTA具有高的阴性预测值，CTA“正常”，临床上可基本排除冠状动脉狭窄。在应用CTA时需要注意的是心率较快及心律失常者不适于此项检查，另外，冠脉严重钙化者，冠脉管腔显示受限[34]。CT可对粥样斑块的性质做出评价，比造影剂高的为钙化斑块(coronary artery calcium plaque, CACP),比造影剂密度低的斑块为软斑块(noncalcium plaque,NCP) [5];粥样斑块性质对预测冠脉事件的危险性可能有益，NCP尤其含脂成分的斑块易脱落或破裂从而引发冠脉缺血病征。MDCT还能清晰显示心肌、心腔、心包及瓣膜疾病，发现冠脉畸形、起源变异、冠状动脉瘤等冠脉异常。利用收缩期及舒张期多期重建可评估心功能及室壁运动。

　　1.2 心脏PET/CT检查的衰减校正、图像显示和辐射剂量

　　PET/CT心脏显像是利用 CT对PET图像进行衰减校正。利用CT 行PET衰减校正的优点是时间短、空间分辨率高，用多排CT 行胸部扫描仅需几秒时间，即使用低剂量曝光，如辐射剂量低于1 mSv(毫希瓦)时，仍能获得好的空间分辨率[6]。值得注意的是CT与PET 数据配准时，两者数据的错位将使PET图像产生伪影，从而影响诊断。CT和PET两种数据的采集，尽管时间上非常接近但并非同时，采集过程中病人可能发生移动。此外，心脏跳动和呼吸运动也影响CT与PET 数据配准，CT采集图像只需几秒，受呼吸影响较小，而PET采集需要数分钟甚至更长，呼吸影响贯穿整个图像采集过程。研究发现呼吸运动的影响可使CT和PET发生5～20 mm的移位[7]，为减少CT与PET 数据的配准误差可在图像采集时采用呼吸门控技术或采集后的软件校正。

　　PET/CT可显示PET的心肌灌注、心肌代谢等图像和CT 的心脏、冠状动脉形态学图像及融合图像。目前已有PET/CT显示的新方式，利用CT的容积再现、血管和心脏的三维显示等技术显示心脏、冠状动脉等解剖信息，再将PET获得的功能信息用彩色编码，如心肌血流、心肌代谢等绘图标记到左心室室壁和冠状动脉造影的相应区域，直观地显示冠状动脉病变的部位、程度以及冠状动脉病变引起心肌缺血的程度、范围和心肌代谢等[6]。

　　心脏PET/CT检查所引起电离辐射剂量是PET放射性示踪剂和CT X线有效辐射剂量的总和。以注射18FFDG370 MBq为例，其有效辐射剂量是7 mSv，静息负荷13N氨水(2×550 MBq)或82Rb(2×1500 MBq)的有效辐射剂量分别是2.2 mSv和5 mSv[6]。CT扫描的有效辐射剂量取决于扫描时选择的电压、电流和扫描的范围，CT评价冠脉钙化和CT血管造影的有效辐射剂量分别是1.5～6.2 mSv和6.7～13 mSv，PET的CT衰减校正有效辐射剂量是0.23～5.66 mSv，减少轴向扫描范围、改变CT球管电流可减少辐射剂量的30%～40%[89]。因此，将PET放射性示踪剂和CT X线有效辐射剂量相加，尤其是同时行CTA 检查，心脏PET/CT检查的辐射剂量是比较高的。

　　2 PET/CT在心血管疾病的临床应用

　　2.1 冠心病的诊断、预后判断和治疗决策

　　冠状动脉造影是诊断冠心病的金标准，但随着对冠心病病理生理机制认识的深入，仅依靠冠状动脉造影诊断和评价冠心病是明显不够的。通常冠状动脉狭窄大于50%被认为是阻塞性冠心病，有研究显示许多急性心肌梗死的患者其罪犯血管狭窄小于50%，用冠状动脉狭窄程度预测急性冠脉综合征显然受限[10]，已证实在有症状和无症状的冠心病患者中，预后取决于负荷状态下心肌血流灌注异常的范围和程度[11]。对于已确诊的冠心病患者，治疗策略的制定应根据疾病过程中的功能特征，如血运重建术应针对有明显心肌缺血的患者，以减少其心血管事件的危险性，而这些功能特征冠状动脉造影无法提供。因此，对于冠心病诊断、预后判断和治疗决策而言需要提供冠状动脉解剖和功能两方面的综合信息。

　　PET/CT通过PET心肌灌注显像和CT的冠状动脉造影实现了一站式检查[12](OneStop Shop)，使一次无创检查可对冠心病患者行形态和功能的综合评价，为心血管疾病尤其是冠心病的诊断提供了新的手段和模式。Namdar等[13]研究了PET/CT评价冠心病的临床价值，结果显示在诊断冠心病方面25例冠心病患者的100支冠状动脉中CTA冠状动脉造影无法判断的有7支(因血管快速移动使图像模糊)，这7支血管相应区域的供血情况被PET心肌灌注显像成功评价，而PET心肌灌注显像因多支病变造成的假阴性被CTA冠状动脉造影纠正;Namdar等[13]的研究还发现在冠心病治疗决策上PET/CT也有很高的准确性，以有创冠状动脉造影有病变且PET显像有心肌缺血为血运重建术的标准，PET/CT对冠心病治疗决策的准确性达97%。初步的临床应用表明，PET/CT中PET的心肌灌注与CT 的冠状动脉造影结合，两种信息相互验证、相互补充能增加冠心病诊断的准确性，并提供病人预后和治疗决策的依据。比如CTA冠状动脉造影异常，PET心肌灌注也异常表明患者存在冠心病且心肌缺血，在治疗上适宜行冠状动脉血运重建术;CTA冠状动脉造影异常，PET心肌灌注正常(需除外多支病变造成的假阴性)表明患者存在冠心病但未造成心肌缺血，治疗上可用药物;而CTA冠状动脉造影和PET心肌灌注均正常可基本除外冠心病且不需要进一步的有创检查;CTA冠状动脉造影正常而PET心肌灌注异常可能是心肌微血管功能障碍所致。对有早期冠心病危险的人群，如高血脂、高血压、糖尿病等，PET/CT通过冠状动脉钙化积分的评价结合心肌血流储备测量能增加对早期冠心病危险人群的识别并以此为依据改变他们的生活方式和进行药物治疗，以达到降低心血管病危险的目的。PET/CT还可根据斑块形式、内皮功能的变化来评价冠心病病程的变化并作为评价疗效的重要手段 [1416]。

　　2.2 心力衰竭的评价

　　大量研究发现50%以上的心力衰竭患者系由冠心病所致，由于冠心病的治疗策略与其他也可导致心力衰竭的心脏病(如原发性扩张性心肌病等)不同，准确鉴别缺血性与非缺血性心脏病对于治疗方案的选择非常重要。PET/CT应用CT冠状动脉造影可准确判断有无冠心病，用PET的心肌灌注、代谢显像可确定左心功能障碍的心肌是否为可逆性损害。对于心力衰竭患者，尽管心输出量减低，多排CT仍能获得高质量的冠状动脉造影图像，从而准确诊断冠状动脉有无狭窄及狭窄的部位、范围和程度。PET的18FFDG显像结合心肌灌注显像不仅能鉴别功能障碍心肌的存活性，还能通过门控技术获得心功能信息[17]。因此，PET/CT对心力衰竭患者的无创综合评价有助于病因诊断、危险分层、预后评估和治疗决策，而且能避免不必要的有创检查。

　　2.3 评价血管炎症、动脉粥样硬化及易损斑块

　　Takayasu动脉炎是一种原因不明的、累及主动脉及其主要分支的慢性炎症，其症状通常是非特异性的，从首发症状出现到诊断建立需要数月到数年时间。Kobayashi等[18]用18FFDG PET显像与增强CT配准评价Takayasu动脉炎，结果发现11例急性活动期患者中2例表现为血管系统18FFDG明显浓聚[SUV(标准摄取值)≥2.7]，其他9例表现为血管系统18FFDG轻度浓聚(2.3≥SUV≥1.2)，而3例非活动期患者(SUV≤1.2)和6例健康者血管系统无18FFDG浓聚(SUV<1.3)。以SUV≥1.3为界值，18FFDG PET显像诊断Takayasu动脉炎的敏感性为90.9%、特异性为88.8%，通过与增强CT图像配准， 18FFDG浓聚定位于升主动脉、主动脉弓、肺动脉等动脉壁上。由于临床上早期诊断Takayasu动脉炎的血管损害很困难，因此，PET/CT18FFDG显像有助于动脉炎的早期诊断和病灶定位。他们还对1例急性活动期Takayasu动脉炎患者治疗期间多次行18FFDG PET显像，结果发现常规的炎症标志物 C反应蛋白和血沉在治疗后1周内恢复正常，而18FFDG PET显像在治疗后6个月病灶处18FFDG浓聚才消失，提示常规的炎症标志物判断Takayasu动脉炎治疗后炎症的活动性并不可靠，而18FFDG PET显像有助于对动脉炎的疗效及病程变化的评价。

　　动脉粥样硬化是一种免疫炎症性疾病，其特征是内膜下脂质、单核细胞/巨噬细胞的堆积和血管钙化[1920]。研究发现18FFDG PET可用于血管炎症显像，组织病理学证实18FFDG显像阳性处含有较多的巨噬细胞，而18FFDG阴性处多为钙化和纤维组织[2122]。Dunphy等[23]用PET/CT 研究了血管18FFDG摄取与血管钙化的关系，结果表明18FFDG摄取和钙化在升主动脉、降主动脉、颈动脉、髂动脉和冠状动脉很常见，但两者很少重叠(重叠小于2%)，提示18FFDG PET/CT显像可判断动脉粥样硬化的不同阶段，18FFDG摄取反映血管炎症，是动脉粥样硬化的早期特征，而钙化是动脉粥样硬化的晚期表现。易损动脉粥样硬化斑块破裂是导致急性心脏事件的重要原因，炎症细胞(主要是巨噬细胞)的浸润和活化是造成动脉粥样硬化斑块不稳定最重要的原因。综合评价斑块的生物学(炎症反应、脂质沉积、平滑肌细胞凋亡等)和形态学(斑块容积、内膜中膜厚度)将有助于判断斑块的易损性并指导治疗，有效降低急性血管事件[24]。PET/CT具有CT可评价冠状动脉管腔形态及粥样硬化斑块密度和成分，PET显像可显示动脉粥样硬化的生物学特征，包括局部的炎症反应活性和炎症细胞的聚集和活化等优点 [23]。因此，在易损动脉粥样硬化斑块的诊断领域显示了广阔的临床应用前景。有研究在18FFDG PET/CT显像中发现冠状动脉近端可见18FFDG摄取，而18FFDG摄取与冠状动脉钙化很少重叠，显示了PET/CT显像在探测冠状动脉易损斑块方面具有价值 [23]。杨敏福等[24]利用外周型苯二氮卓受体(peripheral benzodiazepine receptor,PBR)的拮抗剂11CPK11195进行易损斑块的显像研究，结果显示兔主动脉粥样硬化有11CPK11195的摄取，其摄取程度和斑块中巨噬细胞的数量呈正相关。目前的问题是冠状动脉在心脏收缩和舒张期间移动7～23 mm，由于心脏运动和PET的空间分辨率(4～5 mm)受限，使PET探测冠状动脉的敏感性较低。提高分辨率和利用更高特异性的显像剂是应用PET/CT探测易损斑块的关键，已有动物试验发现β阻滞剂能减少心肌的18FFDG摄取从而提高对冠状动脉探测的敏感性[25]，门控显像可能改善对冠状动脉18FFDG摄取的探测。

　　3 小结

　　PET/CT是一种新的心血管影像设备，PET/CT应用PET的心肌血流灌注显像、代谢显像以及受体显像等提供的功能代谢信息结合CT的冠状动脉造影、斑块性质等解剖学信息，对冠心病的诊断、预后判断和治疗决策等具有重要的临床价值，同时对血管炎症的诊断和病程判断、动脉粥样硬化斑块性质的鉴别及易损斑块的诊断也显示出良好的应用潜力。但PET/CT也存在心脏检查辐射剂量较高，CT行衰减校正时由于受检者移动、心脏跳动和呼吸运动造成CT与PET 数据配准误差而产生伪影，心脏运动和PET的空间分辨率(4～5 mm)有限使PET探测冠状动脉病变的敏感性较低等问题。总之，PET/CT在心血管疾病的应用机遇与挑战并存，其临床价值和潜能需要进一步的验证和开发。

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