18F-Flurpiridaz PET绝对定量心肌血流显像的研究进展

汪娇 李剑明

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18F-Flurpiridaz PET绝对定量心肌血流显像的研究进展

    通讯作者: 李剑明, ichlijm@163.com

Research progress in 18F-Flurpiridaz PET absolute quantitative myocardial blood flow imaging

    Corresponding author: Jianming Li, ichlijm@163.com
  • 摘要: PET绝对定量心肌血流(MBF)显像在冠心病的诊断、危险分层和预后评估方面均具有重要的临床增益价值,但由于传统正电子心肌灌注显像剂的限制,其尚未在临床上广泛应用。2-叔丁基-氯-5[4-(2-氟-18F-乙氧基甲基)苯基甲氧基]-3(2H)-哒嗪酮(18F-Flurpiridaz)的成功研发开创了正电子心肌灌注显像剂的新领域,其具有良好的绝对定量MBF和心肌血流储备的性能,且相较于经典的正电子心肌灌注显像剂,其在物理性质、心肌摄取率和临床应用的方便性等方面具有明显优势,目前已进入临床Ⅲ期研究,成为最有前景的18F标记的PET心肌灌注显像剂。笔者就18F-Flurpiridaz PET绝对定量MBF显像的研究进展进行综述。
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-12
  • 网络出版日期:  2022-07-02
  • 刊出日期:  2022-06-25

18F-Flurpiridaz PET绝对定量心肌血流显像的研究进展

    通讯作者: 李剑明, ichlijm@163.com
  • 泰达国际心血管病医院核医学科,天津 300457

摘要: PET绝对定量心肌血流(MBF)显像在冠心病的诊断、危险分层和预后评估方面均具有重要的临床增益价值,但由于传统正电子心肌灌注显像剂的限制,其尚未在临床上广泛应用。2-叔丁基-氯-5[4-(2-氟-18F-乙氧基甲基)苯基甲氧基]-3(2H)-哒嗪酮(18F-Flurpiridaz)的成功研发开创了正电子心肌灌注显像剂的新领域,其具有良好的绝对定量MBF和心肌血流储备的性能,且相较于经典的正电子心肌灌注显像剂,其在物理性质、心肌摄取率和临床应用的方便性等方面具有明显优势,目前已进入临床Ⅲ期研究,成为最有前景的18F标记的PET心肌灌注显像剂。笔者就18F-Flurpiridaz PET绝对定量MBF显像的研究进展进行综述。

English Abstract

  • 绝对定量心肌血流(myocardial blood flow,MBF)对阻塞或非阻塞性冠心病(coronary heart disease,CAD)的诊断、危险分层和预后评估具有重要的临床增益价值。近年来,PET心肌灌注显像(myocardial perfusion imaging,MPI)因具有较高的图像质量、诊断准确率及较广的设备普及性而日益受到临床重视[1]。PET可以更精确地对体内显像剂的放射性浓度进行定量,从而实现无创、准确的MBF绝对定量[2-3],其被认为是无创性绝对定量MBF的“金标准”。通常情况下,15O-H2O是最理想的绝对定量MBF的显像剂,但其不能获得静态图像;而13N-NHH2O不仅能够准确地绝对定量MBF,还可以获得高质量的静态图像。然而,两者都需要通过回旋加速器现场制备,这使得它们未被广泛应用。82Rb虽然可以通过发生器现场制备,但其心肌首过摄取率低、正电子射程大且静态图像质量相对较低[4]。鉴于18F具有良好的物理性质和显像质量,对PET MPI显像剂的研究热点转向了18F标记的化合物。18F具有适合的物理半衰期(109.8 min)、较短的正电子射程(约1 mm)和较低的注射剂量,克服了既往经典PET MPI显像剂的固有缺点[5]。其中,2-叔丁基-氯-5[4-(2-氟-18F-乙氧基甲基)苯基甲氧基]-3(2H)-哒嗪酮(2-tert-butylchloro-5[4-(2-fluoro-18F-ethoxymethyl)phenyl methoxy]-3(2H)-pyridazine ketone,18F-Flurpiridaz)几乎满足了所有主要的理想特性:心肌摄取率高、正电子射程短、物理半衰期合适、T/NT高,且便于远程配送。其可与线粒体内膜电子传递链的线粒体复合物Ⅰ结合,并具有较高的亲和力。18F-Flurpiridaz的动物实验结果表明,其具有良好的图像质量和较高的对比度[6-7],且其第Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ期临床研究已经完成[8-10]。我们就18F-Furpiridaz PET绝对定量MBF显像的研究进展进行综述。

    • MBF是指单位时间内通过单位质量心肌的血液体积(ml·min−1·g−1)。MBF减少通常被认为是由供血冠状动脉狭窄引起的,最终的MBF灌注受心外膜的大血管和心肌内的微血管(直径<500 μm)整体变化的密切调控。在静息状态下,约75%的氧气是由心肌从血液中提取出来的,从而使血液内的氧气储备较少。因此,任何增加的氧气消耗(包括心脏代谢导致的氧气需求增加)均主要通过增加MBF来实现,而MBF的调控取决于心外膜冠状动脉通畅的传导以及微血管正常的结构和功能,后者被认为是MBF调控的“闸门”。在正常情况下,冠状动脉血流阻力主要由前小动脉(直径为100~500 μm)和小动脉(直径<100 μm)调控,在这种调控下,MBF在广泛的冠状动脉灌注压力范围内能够保持相对恒定[11]。通过剪切应力(血流介导的扩张)和压力依赖性(肌源性反应)的内在机制,冠状动脉微血管直径可在前小动脉水平上得以动态调节,最终实现MBF的自身调节。为适应心脏做功的变化,冠状动脉大血管、小血管以及微血管共同参与调节,使最终的MBF满足心脏因做功而增加的高耗氧需求,这就是心肌血流储备(myocardial flow reserve,MFR),即冠状动脉在最大充血状态下的绝对MBF与静息状态下的绝对MBF的比值。如果超过自身调节的限度,冠状动脉血流量将呈指数下降,最终导致心肌缺血,MFR是冠状动脉血流储备(coronary flow reserve,CFR)的等义词。在有心外膜冠状动脉狭窄和(或)冠状动脉微血管功能障碍性疾病(coronary microvascular disease,CMVD)的情况下,MFR会降低;而在心外膜冠状动脉无明显狭窄的情况下,MFR的降低通常代表CMVD[12-13]。MFR的正常临界值在很大程度上取决于所应用的量化技术,但研究者普遍认为MFR<2.0或2.5足以导致心肌缺血[14]。目前,正常MFR的诊断范围尚有一定争议,其可能受到多种因素的影响,包括受试者的年龄、性别、心率与血压的乘积以及测定方法和测量重复性变异等。

    • 绝对定量MBF的重要性及其在存在异常MFR时的诊断价值和预后评估意义已经明确。绝对定量MBF有助于灵敏地诊断冠状动脉左主干或三支均衡性病变,而MPI定性或半定量显像常常获得假阴性诊断结果[15]。准确地绝对定量MBF和MFR是体现PET MPI诊断增益价值的必要条件。已有研究结果表明,MBF的定量分析在CAD的诊断和预后评估中具有独立的增益价值[16]。一方面,绝对定量MBF可以提高PET检测冠状动脉临界病变的灵敏度和准确率,特别是在存在弥漫性无明显狭窄的CAD的情况下,图像上显像剂相对分布的定性或半定量分析不会出现异常,这可能导致漏诊;另一方面,绝对定量MBF对于灵敏诊断冠状动脉左主干和(或)多支狭窄至关重要,其不仅能明确各支血管狭窄的血流动力学意义,更重要的是能避免因均衡性缺血而导致的假阴性结果。Moody等[17]研究发现,在使用50%狭窄临界值分析每支血管的ROC时,负荷MBF(stress myocardial blood flow,sMBF)的诊断灵敏度和阴性预测值均显著高于MFR;当使用70%狭窄临界值时,两者诊断灵敏度的差异不再有统计学意义,但MFR的诊断特异度略高于sMBF;多变量Logistic模型分析结果显示,在每支血管的基础上,sMBF联合总灌注缺损以及MFR联合总灌注缺损都是70%狭窄的重要的独立预测因子。在ROC分析中,sMBF诊断CAD的准确率高于MFR;左心室整体MBF和MFR受损已被证明是多种影响心脏的疾病(如CAD、扩张性或肥厚性心脏病、高血压和糖尿病)预后的有力且独立的预测因子[18],且MBF和MFR在预测心血管不良事件中的效能优于定性MPI和总负荷评分[19]。此外,MBF绝对定量值是已知或可疑的CAD患者心脏事件死亡率的独立预测因子,其能提供进一步的递增风险分层[20]。有研究结果表明,绝对定量MBF和测定MFR对于CMVD的诊断和预后评估亦具有重要意义[21]。在心外膜冠状动脉无明显狭窄的情况下,MFR能辅助诊断CMVD及判断预后[22]。虽然PET绝对定量MBF的临床价值已被公认,但由于现有的非18F标记的显像剂在使用中具有局限性,故这项技术尚无法广泛应用于临床实践。

    • 18F-Flurpiridaz较高的心肌摄取率和滞留性有利于其从PET动态数据及显像剂的心肌血流动力学模型中绝对定量MBF[7]。动物实验结果表明,18F-Furpiridaz具有良好的心肌血流动力学特性,其能被快速摄取(达到半峰摄取的时间约为35 s)和缓慢清除(排泄半衰期>120 min),心肌摄取率较高(60 min时每克心肌的摄取量约为注射剂量的9.5%),且心肺比率(14.1)和心肝比率(8.3)均较高[7]。故该显像剂具备良好的PET动态显像特性,其心肌首过摄取率较高,且与血流有较好的线性关系,即使在负荷诱导的较高的血流状态下,18F-Flurpiridaz也有较高的摄取、较长的心肌滞留时间以及较慢的清除速度[6]。有研究结果表明,18F-Furpiridaz的心肌摄取值和滞留值均高于13N-NHH2O[7]。与其他MPI显像剂相比,18F-Furpiridaz的心肌摄取范围更接近实际的MBF绝对范围,且18F-Furpiridaz克服了心肌低摄取显像剂(如82Rb、99Tcm-MIBI)在较高的血流状态下可能低估MBF的不足。18F-Furpiridaz的Ⅲ期-1临床试验(“301试验”)已经完成[23]18F-Flurpiridaz PET MPI的诊断性能已被证实,其在探测病灶范围、图像质量、诊断准确率和辐射剂量方面均优于SPECT,尤其在女性人群和肥胖患者的诊断中更具优势[24]。Ⅲ期-1临床试验结果表明,虽然18F-Flurpiridaz PET具有独特优势,且其诊断灵敏度高于SPECT,但其诊断特异度未达到预先设定的非劣性标准[23],因此进一步的前瞻性、国际多中心Ⅲ期-2临床试验正在进行,以明确其绝对定量MBF的诊断增益价值。多项研究结果表明,该显像剂可较好地定量MBF和MFR[8-9]。已有研究者通过放射性微球“金标准”的方法在动物实验中验证了其心肌血流动力学模型[24]。一项小型单中心研究结果也证明了18F-Flurpiridaz绝对定量人体MBF的可行性[25]

    • 18F-Flurpiridaz的心肌血流动力学特性相对复杂,最初由Nekolla等[6]提出了三房室心肌血流动力学模型来定量MBF,该模型与微球测量的绝对血流定量一致性最好。随后,Packard等[25]提出了一种更为简单的使用18F-Flurpiridaz定量MBF的方法,即利用18F-Flurpiridaz的高首过摄取率及注射后第1个90 s内的摄取动力学特性(在这一较短时间内,18F-Flurpiridaz被认为是在没有明显清除的情况下被心肌摄取的),该方法避免了对其他房室的模型化和大部分建模的复杂性,且仍能提供合理准确的参数估计值。其绝对定量MBF的准确性可能会受到以下2个因素的影响。(1)在静息扫描后(约0.5个18F的半衰期)的负荷扫描过程中存在残余放射性,负荷血流值的定量准确性取决于静息残余放射性的校正,一些既往的人体和动物研究中使用了最简单的建模方法,即在显像剂到达左心室之前估计早期动态帧中的残余放射性,并从时间-放射性曲线中直接减去这一估计值[6, 25]。虽然该方法简单,但这种残差校正可能会受到早期动态帧中患者运动和较差的计数密度的影响,故应使用更精确的建模方法[24]。(2)使用基于图像的全血动脉输入函数,该函数假定血浆和红细胞之间的显像剂可达到快速平衡,而血液结合和显像剂的新陈代谢可忽略不计。然而,Guehl等[24]在动物实验中进行了全血动脉输入函数的血液结合校正,也有研究者讨论了显像剂代谢物校正的潜在必要性[6, 25]。如果不进行校正,那么这2个过程中的任何1个都可能导致对全血输入函数的高估,从而导致MBF被低估。Nekolla等[6]发现,不进行显像剂代谢物校正(特别是在缺血区)会低估MBF,而Guehl等[24]在进行血液结合校正后未观察到任何MBF定量结果的偏差。虽然以上因素的影响在人体研究中尚未被完全阐明,但Moody等[17]的研究结果似乎表明它们对血流变化的影响相对较小。

    • Moody等[17]使用18F-Flurpiridaz定量了接受有创性冠状动脉造影的患者的血流和血流储备,发现负荷血流和每支血管的血流储备均与冠状动脉狭窄的程度呈负相关,这与既往文献[26-28]中其他MPI显像剂的负荷血流和血流储备的加权平均值基本一致。在Bourque等[23]的对18F-Flurpiridaz Ⅲ期-1临床试验的回顾性研究中,将18F-Flurpiridaz PET绝对定量的MBF与既往文献[26-28]中报道的3种MPI显像剂(15O-H2O、13N-NH3·H2O和82Rb)定量的MBF的加权平均值进行比较,发现仅有危险因素的患者和CAD患者的MBF平均一致性总体上非常好;尽管CAD患者经18F-Flurpiridaz定量的MFR平均值略高于其他显像剂,但这可能是由于平均静息MBF略低导致的;18F-Flurpiridaz定量的sMBF与冠状动脉狭窄的程度呈负相关,且女性的sMBF明显高于男性,但两者间MFR的差异无统计学意义,这与前述的3种MPI显像剂一致;4种显像剂的平均sMBF等于常用的正常sMBF下限时,冠状动脉的狭窄程度是相似的(70%~80%),随着CAD患者疾病的进展,18F-Flurpiridaz定量的sMBF呈进行性显著下降,而MFR的变化比较平缓,其对疾病程度的依赖性较小;随着冠状动脉狭窄程度的增加,sMBF也呈进行性下降,MFR对狭窄程度的依赖性也较小。

    • 18F-Flurpiridaz与其他MPI显像剂的比较中,值得关注的是血流量的变异性和血流异常临界值2个重要问题。对于给定的显像剂,sMBF是广泛分散分布的[特别是非梗阻性冠状动脉狭窄(狭窄程度<50%)的患者],这种变异是由PET所测量的组织对充血反应的生理差异导致的,其可能受到患者年龄、性别、血管对药物扩张反应的变化、不同程度的亚临床动脉粥样硬化和CMVD的影响。显像剂之间的血流量变异源于其特性差异,自由扩散的15O-H2O的首过摄取率与血流量无关,而滞留性显像剂的摄取率通常随着血流量的增加呈非线性下降[29]。尽管目前常用的显像剂的心肌血流动力学特性已经过严格控制的动物研究被放射性微球或15O-H2O验证,但大多数滞留性显像剂的心肌血流动力学模型需要经验摄取校正,这可能导致其应用于临床患者时发生特异的血流量变异[30]。这种绝对血流量差异在充血的高血流情况下最为明显,而在静息或低血流情况下并不明显。1.5 ml·min−1·g−1的sMBF临界值被推荐为“绝对异常”血流的下限值,但这并不代表其是所有MPI显像剂通用的阻塞性CAD的最佳临界值[31]。虽然该临界值可表示相似的平均冠状动脉狭窄程度(70%~80%),但前文所述的4种常用显像剂的MBF加权平均值在此附近波动较大[26-28]。最佳的血流异常sMBF临界值通常会因显像剂的特征、药代动力学建模方法、对冠状动脉狭窄临界值的选择和对阻塞性CAD的定义(是否包括血流储备分数的功能评估)的不同而异[31]。如一些研究者提出,15O-H2O的血流异常sMBF临界值为1.86[26]、2.30[26]和2.50 ml·min−1·g−1[16]。一项对多中心18F-Flurpiridaz Ⅲ期-1临床试验的回顾性分析结果表明,使用18F-Flurpiridaz整体和区域性地绝对定量MBF和MFR对梗阻性CAD具有很高的诊断价值,其采用的sMBF和MFR异常临界值分别为1.54、2.33 ml·min−1·g−1[23]

    • 18F-Flurpiridaz是一种新型的PET MPI显像剂,其能够准确地绝对定量MBF。PET动态显像定量MBF和MFR具有CAD诊断和预后评估的增益价值。鉴于18F-Flurpiridaz优良的物理性质和定量显像性能,其有望在不久的将来成为PET绝对定量MBF的常规正电子MPI显像剂,并极大地促进PET绝对定量MBF显像的临床应用。

      利益冲突 所有作者声明无利益冲突

      作者贡献声明 汪娇负责综述的撰写;李剑明负责综述的指导与修订

参考文献 (31)

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