作者：朱艺雯，曹慧晓，唐立钧，南京医科大学第一附属医院核医学科

近年来，心血管疾病发病率持续升高，已成为我国城乡居民死亡的首位原因。正电子发射体层成像（PET）可以绝对量化心肌灌注和冠状动脉血流储备，并且在分子水平上对疾病特定过程（如代谢及炎症）进行可视化和量化分析。心脏磁共振（cardiac magnetic resonance,CMR）目前已成为无创性评估心脏结构和功能的金标准，能提供有关心脏的形态、结构、功能及心肌灌注等信息。

一体化PET/MR作为先进的医学成像设备之一，能够同步进行MRI和PET图像采集，从而获得心脏疾病的解剖学和代谢信息。但由于设备普及率低、维护成本高以及检查费用昂贵等原因，一体化PET/MR目前在临床上的应用存在一定的限制。本文就PET/MR对心脏疾病的应用及发展前景进行综述。

1. PET显像剂

放射性核素显像剂能够从分子水平上显示组织细胞的代谢、功能受体分布等情况，并提供广泛的临床生理及病理信息。氟代脱氧葡萄糖（18F-flurodeoxyglucose,18F-FDG）是目前临床最常用的PET显像剂，可用于心肌活性及心肌炎症的诊断；82Rb、13N-NH3·H2O、15O-H2O等常用于评估心肌血流灌注；11C-匹兹堡化合物B （11C-Pittsburgh compound-B,11C-PIB）、18F-氟比他匹（18F-florbetapir）和18F-氟美他盼（18F-flutemetamol）等则可对心肌淀粉样变进行诊断。

2. PET/MR心脏成像技术的挑战

心脏PET/MR的数据采集过程中，生理性运动（如心脏和呼吸运动）及衰减分布图和PET影像之间的错位可能会导致影像质量的下降。为提高PET/MR影像的质量，研究者开发了精准的运动校正方法及高质量的影像配准技术，如Munoz等通过采集包含生理运动信息的CMR序列影像，建立三维运动场以指导PET数据的重建，通过增加影像的对比度，提高了心脏PET/MR的影像质量；还有研究者利用基于呼吸运动的两阶段配准方法改善了心脏PET/MR中PET影像和钆延迟增强（lategadolinium enhancement,LGE）影像的配准不一致问题。随着研究的深入，Wang等提出应用卷积神经网络和多尺度可变形转换构建的3D De Trans Unet模型，可以直接从无衰减校正的PET影像中获得衰减校正的PET影像。

3. PET/MR在心脏疾病中的应用

3.1 缺血性心脏病（ischemic heart disease,IHD）

IHD是指由冠状动脉狭窄或闭塞造成心肌缺血、缺氧或坏死而引起的心脏疾病，又称为冠状动脉粥样硬化性心脏病。当冠状动脉发生狭窄或闭塞时，冠状动脉血流减少，无法满足正常心肌活动所需的血液供应，可导致心肌缺血和缺氧。目前治疗IHD以药物治疗和手术治疗为主，其中，手术治疗包括经皮冠状动脉介入治疗、冠状动脉旁路移植术等，其主要目的是进行血运重建。

血运重建治疗有可能改善冬眠心肌的功能，从而提高病人的生存率；缺血存活心肌包括顿抑心肌和冬眠心肌，顿抑心肌是指心肌发生急性缺血事件后，在再灌注后仍处于短暂的功能障碍状态，需要数天至数周才能恢复正常；冬眠心肌是指心肌长期持续性缺血，导致心肌持续性功能低下，当血运重建后，冬眠心肌的功能可部分或完全恢复，但需要数周至数月，甚至数年。

目前18F-FDG PET心肌代谢显像常被用于评估冬眠心肌。18F-FDG PET心肌代谢显像通常与静息心肌灌注显像（myocardial perfusion imaging,MPI）联合应用，当心肌灌注降低，但18F-FDG摄取正常或增加时，即灌注-代谢“不匹配”，该心肌可被判定为冬眠心肌，血运重建后其功能恢复的可能性大。而当心肌灌注及18F-FDG摄取均减少，即灌注-代谢“匹配”，此时表示这部分心肌无活性，为瘢痕心肌，血运重建后其功能恢复的可能性较低。CMR LGE序列采用T1加权反转恢复序列，通常在注射对比剂后10 min进行成像。由于其高空间分辨力和高信噪比，LGE可用于评估心内膜下心肌梗死，并显示其累及范围和透壁程度。对于IHD病人，存活心肌通常表现为LGE透壁程度≤50%。

目前存在多种不同的MPI方法，主要包括单光子发射计算机体层成像（SPECT）、PET、CMR等。SPECT-MPI常用的显像剂有201Tl和99Tcm标记的化合物。99Tcm-甲氧基异丁基异腈（99Tcm-Sestamibi,99TcmMIBI）具有良好的物理性能，合成工艺简单，成本低，物理半衰期为6 h。相较201Tl影像，99Tcm-MIBI影像具有相对较高的空间分辨力、较少的衰减伪影和更低的辐射暴露，但由于该显像剂滞留和摄取与心肌血流量呈非线性关系，限制了其对相对灌注范围和绝对心肌血流量（myocardial blood flow,MBF）的定量能力，因此可能会低估心肌灌注缺损程度及范围。

PET-MPI常见的放射性显像剂包括82Rb、13N-NH3·H2O、15O-H2O等，82Rb的半衰期短（仅为76 s），由82Sr/82Rb发生器产生，但该发生器内含金属，因此无法在PET/MR机房使用。15O-H2O、13N-NH3·H2O只能在配备回旋加速器的医院现场制备。新型PET-MPI显像剂18F-2-（1,1-二甲基乙基）-4-氯-5{[4-[[2-氟（18F）乙氧基]甲基]苯基]甲氧基}-3-哌啶酮（18F-Flurpiridaz）具有更高的首次通过心肌摄取率（约94%），且半衰期约为110 min，可检测病人有无IHD，尤其适用于女性、肥胖病人和接受药物或运动负荷试验的人群。

CMR-MPI是心肌首过灌注成像，主要是静脉注射对比剂后立即对心肌进行连续、动态扫描，评估对比剂首次通过心肌的情况，病变区域心肌信号通常低于正常心肌。Kero等通过对15例疑似冠状动脉疾病（coronary artery disease,CAD）病人进行15O-H2O PET/MR检查，发现PET和CMR测量的MBF值有良好的相关性（r=0.86）。

与SPECT-MPI相比，PET-MPI影像质量、分辨力更高，可定量评估MBF和心肌血流储备，主要用于IHD的诊断及危险程度分层。一项Meta分析显示，PET诊断CAD的敏感度和特异度分别为84%和81%。然而，在核医学日常临床工作中，由于SPECT的显像剂和扫描成本较低，并且可以更灵活地进行MPI检查以及其他疾病检查，因此SPECT在临床应用中更为常见。此外，心脏专用SPECT已应用于临床，其成像的时间和空间分辨力与PET相似，但辐射剂量更低。

既往研究表明，PET心肌代谢显像可用来评估冠状动脉血运重建术的预后及预测心源性猝死风险，从而为病人个性化精准治疗提供影像学证据。缺血性心力衰竭的外科治疗（surgical treatment for ischemic heart failure,STICH）试验亚组研究显示，冬眠心肌与冠状动脉旁路移植术后获益无明显相关性，但是该研究仅采用多巴酚丁胺负荷超声心动图和SPECT评估冬眠心肌，并未采用PET心肌代谢显像。

PET显像与再血管化治疗术后的恢复（PET and recovery following revascularization,PARR-2）试验表明，对于疑似CAD病人，虽然PET评估存活心肌组与标准化治疗组在心脏事件发生率方面没有明显差异，但对于完全遵循18F-FDG PET心肌代谢显像的建议进行血运重建术的病人，其心脏不良事件发生率降低。既往国内针对左心室室壁瘤病人的研究同样表明，左心室室壁瘤部位存在冬眠心肌合并室性心律失常的病人需要早期采取积极治疗措施，以改善预后。

PET/MR通过结合短半衰期心肌灌注显像剂和18F-FDG实现了对冬眠心肌的一站式评估；同时，CMR的多序列技术可以全面评估心肌梗死急性期到慢性期的病理生理改变。Beitzke等应用18F-FDG、13N-NH3·H2O PET/MR评估IHD病人的冬眠心肌时发现，在显示左室心肌瘢痕范围时，PET代谢信息和MR影像之间有很好的相关性（r=0.7）；此外，对于射血分数低（<40%）、有多支冠状动脉病变和既往有心肌梗死病史的病人，PET/MR可用于预测心肌再灌注治疗的预后，有助于IHD病人治疗计划的制定。

既往研究发现，18F-FDG PET/MR可用于冠状动脉慢性完全闭塞（chronic total occlusion,CTO）病人预后的评估。一体化PET/MR可通过结合PET心肌血流储备和MR右心室应变分析对CAD病人不良心脏事件进行危险分层，从而提供更好的预后评估。Vitadello等研究表明，与单独进行PET或MRI相比，18F-FDG PET/MR能更准确地预测CTO病人血运重建后的局部室壁运动恢复情况。当IHD病人合并肾功能不全时，PET/MR可以结合非对比增强CMR和PET显像同时评估局部心肌缺血和识别罪犯血管。

3.2 心脏炎性疾病

3.2.1 心肌炎

目前，心肌炎的影像诊断方法主要以CMR的路易斯湖标准为依据。根据该标准，必须包括至少1项T2类序列（T2WI或T2mapping）检查，以及至少1项T1类序列（T1mapping、细胞外容积、LGE）检查，2项检查结果均为阳性表现才能诊断为心肌炎。T1mapping和T2mapping技术可定量评估心肌水肿，且不易受血流速度和心脏搏动的影响，进一步提高了CMR在诊断心肌炎中的价值。

Nensa等研究显示，以CMR影像为参考标准，18F-FDG PET检测心肌炎的敏感度和特异度分别为74%和97%。既往关于心肌炎18F-FDG PET/MR的相关临床研究表明，18F-FDG代谢增高与LGE病灶的高信号或T2mapping的T2值升高有关。PET/MR可提高对轻度或边缘性心肌炎的诊断敏感度。

此外，PET/MR还能明确心肌炎是否处于炎性活动期，量化其活动程度，为治疗和监测复发提供影像学依据。一项针对47例新冠病毒感染后康复病人的18F-FDG PET/MR研究发现，17%的病人在PET影像上发现了心肌炎症，在随访2个月后显示有所改善。

3.2.2 心脏结节病（cardiac sarcoidosis,CS）

既往指南指出，CMR和18F-FDG PET显像可作为CS推荐诊断方法之一。CS在CMR上表现为心肌中层或心外膜下的片状纤维化，18F-FDG PET显像则可用于评估CS的炎症活动性和疗效，监测CS是否复发及评估预后。一项关于CS的meta分析显示，18F-FDG PET显像诊断CS的敏感度和特异度分别为84%和83%。

PET/MR可以在一次成像中同时评估CS病人的心功能、心肌瘢痕和炎症活动性。Greulich等对36例已确诊为心外结节病的病人进行了18F-FDG PET/MR检查，发现相较于单独进行CMR或18F-FDG PET显像，18F-FDG PET/MR可以在单次扫描中提高CS的诊断敏感度，并有效评估疾病的活动度。此外，PET/MR相比分别进行CMR和PET/CT的检查，其所需时间及费用都要少，尤其对于需要多次检查以监测疗效的年轻病人更加有益，因为PET/MR检查可减少辐射剂量。

3.3 心脏淀粉样变性（cardiac amyloidosis,CA）

CA是一种以淀粉样蛋白沉积于心肌间质为特征的心肌疾病，最常见类型为轻链型CA（light-chain CA,AL-CA）和转甲状腺素蛋白型CA（transthyretin CA,ATTR-CA）。临床分型尤为重要，因为ATTR-CA与AL-CA的预后及治疗方式差异较大。

CMR可通过左心室室壁厚度、左心室质量和LGE心肌透壁程度来评估淀粉样变的心脏受累程度，并可提供预后信息，但无法进行分型。近年来，99Tcm-焦磷酸盐（99Tcm-PYP）SPECT显像已被广泛应用于ATTR-CA的临床诊断。

Andrews等研究显示，18F-fluoride PET/MR可通过心肌LGE区域的靶本比平均值来鉴别ATTR-CA与AL-CA，敏感度和特异度均为100%。11C-PIB PET/MR结合CMR的多参数和多序列成像及11C-PIB PET的高特异性的优势可明确诊断CA，并且为无法进行LGE检查的疑似CA病人提供了额外的诊断依据。

3.4 心脏肿瘤

心脏肿瘤较为少见，其中原发性心脏肿瘤较继发性心脏肿瘤更为少见。尸检结果显示，原发性心脏肿瘤的发病率为0.001 7%～0.28%，其中黏液瘤、肉瘤等最为常见。

目前，心脏肿瘤病人的诊断和治疗计划主要依赖于无创性成像。CMR能够确定肿瘤的位置和范围，在评估肿瘤的组织学分型方面优于超声心动图检查。既往研究报道，18F-FDG PET显像鉴别良恶性心脏肿瘤的敏感度为85%，特异度为88%，而CMR的敏感度和特异度分别为98%和84%；在某些特定病例（如纤维脂肪瘤）中，18F-FDG和CMR的联合应用具有互补的诊断价值。

此外，当病人发生心脏转移时，18F-FDG PET全身显像可以检测原发病灶，对原发性恶性肿瘤病人进行分期，并且可寻找较心脏转移病灶更为合适的活检部位。一项对20例心脏肿瘤病人的18F-FDG PET/MR初步研究显示，当SUVmax≥5.2时，PET鉴别良恶性病变的敏感度为100%，特异度为92%，再结合MRI病变相关组织学特征进行综合评估后，PET/MR诊断良恶性心脏肿瘤的敏感度和特异度均为100%。

4. 小结和展望

目前，部分PET/MR研究采用异机融合的方法进行分析，但存在时间和空间不一致的问题。一体化PET/MR能够同时获取心脏解剖、功能和代谢信息，为心脏疾病的早期诊断、病情监测以及个体化治疗提供了强有力的支持，有望在未来进一步推动心脏疾病领域的研究和临床实践。

一体化PET/MR具备以下优势：（1）一次检查即可对IHD病人进行冬眠心肌的全面精准评估；（2）可通过PET数据对MRI信息的补充来提高对轻度或边缘性心肌炎的诊断敏感度；（3）可通过结合CMR的多参数和多序列成像及PET显像剂高特异性的优势对CA病人进行分型来辅助治疗；（4）可提高诊断心脏良恶性肿瘤的特异度；（5）18F-FDG PET/MR可以在单次扫描中提高CS的诊断敏感度，并有效评估疾病的活动度。此外，PET/MR的诊断效能可通过结合CMR后处理技术（如心肌应变分析）得到提高。

近年来研究显示了PET/MR在心脏疾病中具有潜在的应用价值，但由于其高成本、检查流程繁琐，以及病人难以耐受检查时间长等原因所限，今后仍需要进行更大规模、多中心的临床研究，以便深入探索其更多的应用前景。

来源：朱艺雯,曹慧晓,唐立钧.PET/MR在心脏疾病中的临床应用进展[J].国际医学放射学杂志,2024,47(02):214-218.

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