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随着一体化PET/MRI的发展，PET/MRI心肌显像受到越来越多的关注[1]。赵军和刘中民[2]综述了PET/MRI一体机在心血管疾病中的应用进展，认为PET与MRI互补可以精确地判断存活心肌和心脏功能，准确评估心脏冠状动脉硬化的程度和心肌纤维化程度，但目前PET/MRI在心血管疾病中的研究较少，亟需大样本前瞻性单中心或多中心研究。覃春霞等[3]对一体化PET/MRI在心脏显像中的技术问题及其在缺血性心脏病中的临床应用现状及前景进行了综述，认为近年来一些小样本研究结果展现了PET/MRI在缺血性心脏病中的初步应用价值，但未能充分利用其可同时采集的优势，衰减校正方法和运动校正方法等仍需进一步改进。我们从18F-FDG PET/MRI存活心肌显像的摄取机制着手，分析PET和MRI信息的互补性，结合近10年来的研究进展，对18F-FDG PET/MRI存活心肌显像的临床价值进行综述。
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18F-FDG PET存活心肌显像被认为是诊断存活心肌（包括顿抑心肌、冬眠心肌等）的“金标准”[4]。然而正常心肌也存在18F-FDG摄取减少或不摄取的情况，Sarikaya等[5]对71例缺血性心脏病（ischemic heart disease，IHD）患者的研究结果显示，46.4%患者的一个或多个正常心肌节段的18F-FDG摄取减少；糖尿病患者比非糖尿病患者正常心肌的18F-FDG摄取减少更严重。心肌18F-FDG的摄取受多种因素干扰，如空腹时间、检查前的饮食、血糖水平、胰岛素水平、是否糖尿病等，且心肌缺血、心肌坏死、心肌肥厚以及心肌炎症等不同病变的摄取水平不同，这对18F-FDG PET显像的解读造成了困扰。认识心肌葡萄糖转运蛋白（glucose transporters，GLUT）的转录和易位过程或有助于18F-FDG PET存活心肌显像的解读。
在糖负荷条件下，细胞内的葡萄糖被己糖激酶快速磷酸化并代谢，从而产生向内的跨膜浓度梯度，高血糖浓度诱导胰岛素分泌增加，促使GLUT4易位，大幅提高了心肌细胞对葡萄糖的摄取，增加了心肌细胞内葡萄糖的浓度，因而正常心肌会表现为较高的18F-FDG浓聚。心肌缺血会刺激GLUT4和GLUT1易位，其对GLUT4易位的诱导通路不同于胰岛素刺激，心肌缺血所诱导的GLUT4易位使得缺血心肌对18F-FDG的摄取增加；炎症反应诱导的心肌18F-FDG高摄取主要通过毛细血管内的GLUT1直接转运，而非心肌细胞质膜内的GLUT4通路。因此在糖负荷条件下，正常心肌、缺血和（或）冬眠心肌、心肌炎症和（或）肉芽肿均可表现为18F-FDG高摄取，正常心肌的18F-FDG摄取主要由胰岛素水平诱导的GLUT4转运，缺血和（或）冬眠心肌的18F-FDG摄取主要由缺血诱导的GLUT4转运，心肌炎症和（或）肉芽肿的18F-FDG摄取主要由GLUT1转运。因此，经典的“灌注-代谢不匹配”模型可能会因为心肌炎症引起的18F-FDG高摄取导致对存活心肌范围的错误评估[6]。
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心脏MRI是18F-FDG PET存活心肌显像的有益补充[7]。心脏MRI中的心脏电影成像及基于此的心脏MRI特征追踪技术[8] 可观察到心肌“舒张-收缩”时厚度的改变，因而在心肌缺血发生早期即可观察到心脏功能的改变。缺血状态稳定时顿抑心肌转化为冬眠心肌，此时部分心肌细胞发生凋亡，细胞数目减少约30%，心肌处于适应性改变阶段[9]，心肌细胞坏死引发的炎症反应在MRI T2加权图像上表现为高信号的心肌水肿。随着心肌冬眠时间的增加，心肌纤维化面积逐步增大，心肌纤维化大面积地发生则意味着发生了结构上的不可逆退行性改变。心肌细胞坏死导致细胞外间隙扩大，经静脉注射的MRI钆造影剂会在细胞外沉积，如心肌纤维化改变会有明显的细胞外容积增加现象，心血管MRI可以通过T1加权延迟（late gadolinium enhancement，LGE）显像检测到增加的细胞外空间，从而实现对心肌纤维化的准确评估[10-11]。
借助心脏电影成像、T2加权成像、静息和负荷心肌灌注以及心肌瘢痕LGE显像，心脏MRI可提供丰富的心脏解剖和生理功能信息[12]。在存活心肌评价中，LGE显像是目前最精确且可无创评价心肌瘢痕的技术，可以准确反映梗死灶的大小和形态。Kim和Shah[13]对566例心肌梗死患者进行的临床试验中，LGE显像鉴别急性和慢性心肌梗死的灵敏度为99%，特异度为94%，值得一提的是，造影剂注射早期（5 min内）的LGE显像还可显示微血管栓塞，这是其他无创显像方法无法取代的。LGE显像提供的瘢痕透壁率可以预测心功能的恢复情况，如透壁率<25%的心肌节段中，88%的心肌可以改善收缩功能，但透壁率>50%的心肌节段中，仅4%的心肌可改善收缩功能[14]。
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18F-FDG PET/MRI在心血管疾病方面的价值一直备受关注[1, 15]，然而心脏运动导致的图像质量下降及图像错配限制了其临床应用。近年来，研究者致力于解决此类问题，以使PET定量更准确，使心脏MRI和PET图像匹配更精准。Munoz等[16]验证了MRI引导的PET运动校正方法，可以实现PET和心脏MRI冠状动脉图像的同步运动校正，校正后PET和MRI冠状动脉图像质量均得到了提高并准确匹配。Lassen等[17]对心脏基于核磁共振的衰减校正（magnetic resonance-based attenuation correction，MRAC）图像的质量问题进行了总结，发现90%患者的PET和MRAC图像间存在（7±4） mm的错配，50%患者的MRAC图像存在磁化率伪影，他们认为在进行心脏18F-FDG PET/MRI检查时应对MRAC的图像质量进行仔细检查，避免MRAC的伪影对诊断产生误导。Munoz等[18]在心脏MRI中提取运动场并用于PET图像的运动校正，改善了PET图像的部分容积效应，增加了图像的清晰度。随着研究的深入，基于呼吸门控的高分辨率MRAC图像进行心脏衰减校正的方法逐步得到认可，通过心脏MRI提取运动场并用于PET图像的运动校正的方法也得以应用到临床，改善了18F-FDG PET/MRI对存活心肌的临床诊断效能[19-20]。
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早期对18F-FDG PET/MRI存活心肌显像的探索试图回答其设备本身的临床适用性，并对18F-FDG PET和MRI-LGE在心肌活性判断上的一致性进行初步评估。由于PET显像可能来自PET/MRI或PET/CT，因此首先需要知道这两个设备的PET是否一致，在此基础上再来回答PET和MRI-LGE的异同。Carballo等[21]探索了分体式18F-FDG PET/MRI存活心肌显像的价值，该研究纳入6例心肌低灌注患者和5名健康志愿者，18F-FDG PET/MRI检查结束后30 min内行18F-FDG PET/CT检查，结果显示，PET/MRI和PET/CT代谢评估准确性一致，在18F-FDG PET和MRI-LGE存活心肌评估中，4例患者的研究结果一致，2例不一致。他们认为18F-FDG PET/CT和18F-FDG PET/MRI中PET显像的诊断效能相当，与PET同步采集的MRI对存活心肌的诊断提供了附加价值。Nensa等[22]的研究中，对20例心肌梗死患者行PET/MRI存活心肌显像，其中10例患者同时行PET/CT显像，采用18F-FDG PET/MRI中的18F-FDG PET显像、18F-FDG PET/CT中的18F-FDG PET显像、MRI-LGE、心脏电影成像4种方法分别独立评估存活心肌，对评估结果进行组间一致性分析，结果显示，心脏PET/MRI和PET/CT显像质量一致，在存活心肌的诊断上，18F-FDG PET和MRI-LGE无明显差异。
近年来，18F-FDG PET/MRI存活心肌显像的临床研究越来越多。Beitzke等[23]的研究结果显示，18F-FDG PET显像和MRI-LGE对坏死心肌的诊断有较好的一致性，冬眠心肌与心肌透壁率不存在相关性；MRI-LGE可提供心肌瘢痕透壁率的信息，PET可提供冬眠心肌的信息，PET/MRI对MRI和PET的整合可以全面地评估存活心肌。Barrio等[24]的研究结果显示，相较于单一心脏MRI或PET，PET/MRI改变了42.1%的冠心病患者和88.9%的非冠心病患者的初始诊断，增加了87.5%的冠心病患者和70%非冠心病患者的诊断信心。
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心肌灌注情况对治疗决策有重要意义，心脏MRI与SPECT均可提供心肌灌注信息。Priamo等[25]探索了18F-FDG PET/MRI显像对心肌硬化患者治疗决策的影响，研究纳入12例SPECT心肌静息灌注显像异常的患者，所有患者均行18F-FDG PET/MRI存活心肌显像，比较18F-FDG PET、MRI和18F-FDG PET/MRI 3种方法对血运重建策略的影响，结果显示，MRI与SPECT的评估结果差异显著，相较于单一MRI评估（MRI灌注+MRI-LGE），PET/MRI对19.2%的存活心肌进行了重新判定，3种方法所建议的血运重建血管数目分别是4、10、11，MRI和PET/MRI结果更为接近。值得一提的是随着心脏MRI技术的发展，覆盖全心脏的MRI灌注成为可能[26]，PET/MRI中一次检查可得到MRI灌注和PET存活心肌的信息，可一站式完成冬眠心肌的评估。
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急性心肌梗死时，在T2加权成像上表现为明显高信号的水肿心肌被定义为风险心肌，风险心肌的范围提示了可挽救心肌的面积。Nensa等[27]的研究结果显示，PET 和MRI提示的风险心肌面积有良好的相关性，18F-FDG 摄取减少的面积大于MRI-LGE的瘢痕面积和风险心肌面积，相较于MRI，18F-FDG PET未能提供更多关于可挽救心肌的信息。 Bulluck等[28]研究了急性心肌梗死经皮冠状动脉介入治疗后18F-FDG摄取与风险心肌间的关系，研究纳入21例急性心肌梗死经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention，PCI）术后5 d左右的患者行18F-FDG PET/MRI存活心肌显像，12个月后，对其中12例患者再次行18F-FDG PET/MRI显像。急性心梗18F-FDG PET显像中，心肌18F-FDG 低摄取的范围明显大于MRI-LGE的瘢痕面积，18F-FDG PET与T2 Mapping图像得到的风险心肌面积近似。随访18F-FDG PET/MRI显像中，心肌18F-FDG低摄取范围显著减小，且低摄取区与MRI-LGE的梗死区一致。因此MRI T2或T2 Mapping图像所显示的风险心肌范围与18F-FDG PET存活心肌显像或炎症显像的范围近似，PET显像未能提供更多有关风险心肌的信息。
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Rischpler等[29]比较了PET和MRI对心肌梗死患者PCI预后评估的价值，28例急性心肌梗死患者PCI术后5~7 d内行PET/MRI显像，并在6个月后行MRI心脏电影成像回访，结果显示，18%的心肌节段的存活评估存在差异，“PET存活+MRI存活”的心肌预后表现最好，但“PET不存活+MRI不存活”与“PET不存活+MRI存活”间的预后差异不明显，这提示PET对预测心肌PCI恢复更好。然而，Vitadello等[30]探索了PET/MRI对冠状动脉慢性完全闭塞患者预后评估的价值，49例冠状动脉慢性完全闭塞患者在术前接受了PET/MRI存活心肌评估，术后3~6个月进行了心脏MRI随访，结果显示，68%的心肌节段心脏MRI和PET均提示存活，30%的节段评估结果不一致，ROC曲线分析结果表明，PET/MRI预后评估准确性最高（AUC=0.72），优于心脏MRI（AUC=0.66）和PET（AUC=0.58）。这两项研究结果不同，前者认为心脏MRI对预后评估价值有限，后者认为PET和心脏MRI的整合可以更准确地进行预后评估。
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18F-FDG PET/MRI存活心肌评估的临床研究经历了早期临床验证、18F-FDG PET和MRI-LGE的对比研究、18F-FDG PET与MRI-LGE的互补优势、18F-FDG PET/MRI对血运重建策略的影响、18F-FDG PET/MRI对急性心肌梗死风险的评估、PCI术后的预后评估等阶段。虽然相关的临床研究并不充分，但可以得到一些初步的结论：（1）18F-FDG PET/MRI可提供与18F-FDG PET/CT一致的PET图像质量，满足常规诊断需求；（2）18F-FDG PET和MRI-LGE对坏死心肌的判断总体上是一致的；（3）18F-FDG PET和MRI-LGE的整合可以增加医师诊断冠心病的信心，给出更准确的诊断结论；（4）急性心肌梗死患者MRI T2图像所显示的风险心肌范围与18F-FDG PET存活心肌显像或炎症显像的范围相近；（5）18F-FDG PET和MRI-LGE的整合或可更准确地进行PCI的预后评估。
随着一体化18F-FDG PET/MRI在国内装机量的快速增加，18F-FDG PET/MRI心肌显像技术得到了越来越多的关注，然而心脏MRI流程复杂、要求患者配合度高、成像时间长、图像质量不稳定等问题限制了其在临床上的广泛应用，但心脏MRI和18F-FDG PET/MRI心肌显像技术的进展日新月异，最新的技术也正逐步从研究机构走向临床，促进心脏核医学的进步。
利益冲突 所有作者声明无利益冲突
作者贡献声明 张政负责综述的撰写；胡晨曦负责综述的修改、经费的支持；赵军负责综述的指导与最终版本的修订、经费的支持
18F-FDG PET/MRI在存活心肌诊断中的研究进展
Application Progress of 18F-FDG PET/MRI in the diagnosis of viable myocardium
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摘要: 18F-氟脱氧葡萄糖（FDG）PET/MRI存活心肌显像一直受到临床特别是心内科医师的关注，PET和MRI均可在缺血性心肌病的诊断和预后评估中发挥独特价值，一体化PET/MRI设备为探索其整合价值提供了新平台。笔者通过回顾缺血性心肌病的病理生理学、PET心肌显像的特点和MRI的临床应用情况，梳理近10年来相关领域的研究进展，对PET/MRI存活心肌显像的特点及其临床价值进行综述，为PET/MRI存活心肌显像临床科研工作的开展提供参考。
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关键词:
- 正电子发射断层显像术 /
- 磁共振成像 /
- 氟脱氧葡萄糖F18 /
- 心肌
Abstract: 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) PET/MRI imaging of viable myocardium has always been concerned by clinicians, especially cardiologists. Both PET and MRI can play a unique value in the diagnosis and prognosis of ischemic cardiomyopathy. Integrated PET/MRI equipment provides a new platform for exploring its integrated value. By reviewing the pathophysiology of ischemic cardiomyopathy, the characteristics of PET myocardial imaging and the clinical application of MRI, and combing the research progress in related fields in the past ten years, the author reviews the characteristics and clinical value of PET/MRI viable myocardial imaging, so as to provide reference for the clinical scientific research of PET/MRI viable myocardial imaging. -
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