18F-FDG PET/CT心肌代谢显像图像质量影响因素的研究进展

姜婧晨 王雪梅 张凯秀

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18F-FDG PET/CT心肌代谢显像图像质量影响因素的研究进展

    通讯作者: 张凯秀, zkxiu1990@163.com

Current status of studies on factors affecting myocardial metabolism imaging quality of 18F-FDG PET/CT

    Corresponding author: Kaixiu Zhang, zkxiu1990@163.com
  • 摘要: 18F-FDG PET/CT心肌代谢显像是目前被公认的监测患者存活心肌的“金标准”,在冠心病的临床诊疗、血管再通术的预后评价等方面起指导作用。保证合格的图像质量是发挥其作用的关键。然而,18F-FDG PET/CT心肌代谢显像图像质量受到许多因素影响,其中血糖水平、胰岛素功能是主要的影响因素。通过调整显像前饮食结构、禁食时间、长期服用药物、检查日的血糖水平、调节血糖的方法以及注射显像剂的时间等可提高图像质量,并提升显像的成功率。为此,笔者对18F-FDG PET/CT心肌代谢显像图像质量影响因素的研究现状及最新进展进行综述。
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-25
  • 刊出日期:  2020-02-01

18F-FDG PET/CT心肌代谢显像图像质量影响因素的研究进展

    通讯作者: 张凯秀, zkxiu1990@163.com
  • 1. 内蒙古医科大学护理学院,呼和浩特 010050
  • 2. 内蒙古医科大学附属医院核医学科,呼和浩特 010050

摘要: 18F-FDG PET/CT心肌代谢显像是目前被公认的监测患者存活心肌的“金标准”,在冠心病的临床诊疗、血管再通术的预后评价等方面起指导作用。保证合格的图像质量是发挥其作用的关键。然而,18F-FDG PET/CT心肌代谢显像图像质量受到许多因素影响,其中血糖水平、胰岛素功能是主要的影响因素。通过调整显像前饮食结构、禁食时间、长期服用药物、检查日的血糖水平、调节血糖的方法以及注射显像剂的时间等可提高图像质量,并提升显像的成功率。为此,笔者对18F-FDG PET/CT心肌代谢显像图像质量影响因素的研究现状及最新进展进行综述。

English Abstract

  • 18F-FDG PET/CT心肌代谢显像是一种无创、定量或半定量评价局部心肌血流灌注、生理和病理状态下的心肌代谢及心脏受体分布的影像学检查方法[1]。其在心肌缺血的诊断、心肌缺血范围与程度的客观评价及预后判断、冠心病处理决策上的选择、疗效评价等方面具有突出优势[2],并且可以鉴别诊断心肌病、预测心功能状况、患者的生活质量和血运重建术后全心或区域收缩功能的改善情况[3]。利用显像剂随血流进入心肌细胞,标记某些化合物或能量底物,体外采用PET/CT扫描获得心肌细胞的存活情况。心肌可利用游离脂肪酸(free fatty acid,FFA)、葡萄糖、乳糖、丙酮酸、酮体和氨基酸等作为能量来源。FFA和葡萄糖是心肌能量代谢的主要底物,底物选择的过程是动态的,在很大程度上取决于底物的可用性、氧浓度和心肌负荷[4]。空腹时心肌主要利用FFA供给能量,而进餐后葡萄糖成为正常心肌的能量代谢底物。当心肌细胞发生坏死后,心肌所有代谢活动均停止,葡萄糖则成为缺血心肌的唯一能量来源[5]。因此,糖负荷和胰岛素水平决定了PET/CT的图像质量[6]

    • 限制饮食和禁食在决定心肌摄取18F-FDG的模式和抑制方面发挥着重要作用。有研究结果表明,年龄、禁食时间和血糖水平不影响心肌对18F-FDG的生理摄取,低胰岛素水平和高脂肪酸水平理论上会产生最少的葡萄糖代谢,因此限制碳水化合物和脂肪丰富的饮食可能比禁食更能有效地抑制心肌18F-FDG的摄取[7-8]。Balink等[8]发现,在限制碳水化合物饮食后,68%的患者心肌对18F-FDG的摄取均较低。Demeure等[9]对36名志愿者在食用一餐高脂肪低碳水化合物的食物后禁食12 h,然后将其分为4组:第1组没有额外的准备,作为对照组;第2组和第3组于18F-FDG注射前1 h分别补充含有43.8 g脂质或50 mL橄榄油的商用高脂溶液,以评估脂肪酸负荷对心肌18F-FDG摄取的影响;第4组应用维拉帕米评价钙通道阻滞剂的作用。结果表明,高脂低碳水化合物餐后12 h禁食能有效抑制大多数受试者心肌18F-FDG的摄取;而在18F-FDG注射前1 h补充脂肪酸负荷和维拉帕米均未能额外抑制心肌对18F-FDG的摄取。Lu等[10]评价了高脂肪、高蛋白和极低碳水化合物饮食持续抑制心肌18F-FDG摄取的可行性,结果表明碳水化合物饮食可成功抑制心肌对18F-FDG的本底摄取,使其图像未达到诊断级水平的发生率降低至3.6%(7/193)(P<0.01)。以上研究结果均表明,控制饮食和禁食相结合抑制心肌摄取的效果优于单纯禁食。

      然而,目前对于禁食时间的长短尚无统一的结论。Israel等[11]发现,患者禁食<5 h,心肌18F-FDG摄取依然很高。宋建波[12]的研究结果发现,实验犬短时间禁食(12 h)后,心肌仍摄取18F-FDG,从而使代谢显像无法准确地体现病变水平和累及范围,而在禁食18 h以上的长时间禁食组中,心肌对18F-FDG的摄取则可被更充分抑制;但长时间禁食,患者可能会难以配合。因此,禁食时间长短对心肌对18F-FDG的摄取水平的作用并不明确。

    • FFA是指非酯化的脂肪酸。血中的FFA是禁食状态下的正常心肌细胞能量代谢的主要代谢底物,通过β-氧化为心肌提供能量。进餐后,由于血糖升高刺激胰岛素的分泌,促进了心肌对葡萄糖的摄取,同时胰岛素还能抑制心肌对FFA的β-氧化,抑制体内脂肪的分解,并促进血中FFA以甘油三酯的形式沉积于脂肪细胞,从而降低了血中FFA的浓度,综合多方面作用使葡萄糖成为进餐后心肌的主要能量底物。

      乐脂平(acipimox)是烟酸衍生物类药,在体内可以强烈地抑制脂肪分解和降低血浆FFA浓度。以往的显像都是在心肌底物代谢环境标准化(高血糖-高胰岛素钳位)后进行动态PET扫描,显像过程复杂且耗时。1994年,Knuuti等[13]研究结果发现,禁食状态下口服乐脂平后1.5 h,在血糖无明显变化的情况下血浆FFA浓度显著降低,此时心肌18F-FDG显像的图像质量与使用高胰岛素钳基本相同,绝大多数2型糖尿病患者使用乐脂平进行心肌18F-FDG显像也能获得与使用高胰岛素钳相一致的图像质量。Bax等[14]研究结果也表明,使用乐脂平进行心肌18F-FDG显像的影像质量与使用高胰岛素钳基本相同。以上两项研究表明,血浆FFA是影响心肌葡萄糖代谢的一个独立因素,这也表明通过药物降低血浆FFA来增加心肌摄取18F-FDG的方法在临床心肌18F-FDG显像中是可行的。

    • 郭佳等[15]研究结果表明,在糖耐量正常、糖耐量降低和轻度糖尿病患者中,心肌对18F-FDG的摄取无明显差别,但在严重糖尿病患者中对18F-FDG的摄取减少。因为,氧化应激、高血糖、高脂血症、细胞因子分泌失调、肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)和交感神经系统的不适当激活是导致心脏胰岛素抵抗的主要因素。Hu等[16]研究结果表明,稳态胰岛素评估模型(HOMA-IR)是心肌对18F-FDG摄取不良的独立危险因素(OR=1.755,P=0.003),其能够反映空腹时全身胰岛素的抵抗程度。由于心肌是胰岛素的靶器官之一,当心肌呈胰岛素抵抗状态时,心肌对18F-FDG的摄取将会减少。

      《影像核医学》 (第2版)[17]中建议,非糖尿病患者在注射18F-FDG前先给予葡萄糖负荷50~70 mg,图像质量合格率可达到90%。宋建波[12]随机将实验犬分为短时间禁食联合高糖(SF-GS)组与短时间禁食(SF)组,2组均给予禁食12 h,SF-GS组额外给予静脉注射50%葡萄糖(1 g/kg),麻醉后静脉注射18F-FDG。结果显示,SF-GS组的PET/CT图像清晰,心肌摄取18F-FDG均匀,SUVmax和血糖浓度明显高于单纯SF组。刘晓洁等[18]选取32例试验组患者先测量空腹血糖,根据血糖浓度给予不同剂量的葡萄糖(口服),将血糖控制在7.9~8.8 mmol/L,另外20名对照组健康者不给予葡萄糖负荷,结果显示,试验组的心肌显像图像质量良好率为85%,对照组仅为25%,这表明行葡萄糖负荷组的图像质量明显著优于未行葡萄糖负荷组。

    • 目前,临床上多使用口服葡萄糖负荷联合胰岛素法调控血糖水平[19-20]。刘建文和耿亚琴[21]采用单纯糖负荷和糖负荷联合皮下注射胰岛素两种方法将患者分为普通组(22例)和联合组(33例),使用普通法调控时,严格按照基础血糖规范调控血糖水平;应用联合法调控时,先口服葡萄糖10 g,10 min后皮下注射胰岛素12 U,调控血糖至7.9 ~8.9 mmol/L(同普通法调控),结果显示联合组图像质量明显高于普通组。Kunnti等[13]研究结果表明,给予糖尿病患者糖负荷及胰岛素、阿西莫司等方法可明显改善心肌显像,并提高心肌葡萄糖代谢水平。吴锐先等[22]根据血糖水平调节方法将患者分为A、B两组,其中A组44例、B组39例,所有患者需空腹10 h以上,先指测血糖,若血糖浓度<7.9 mmol/L,则依据血糖浓度给予葡萄糖口服。30 min后再次测量血糖,若血糖浓度>8.8 mmol /L,则给予胰岛素并监测血糖水平,直至血糖水平为7.9~8.8 mmol/L时纳入A组,并注射18F-FDG显像剂;如果血糖水平为7.9~8.8 mmol/L则纳入B组,并注射18F-FDG显像剂。结果显示,A组显像成功率为93.2%,高于B组的74.4%,糖负荷联合胰岛素法较单纯糖负荷法显像成功率更高,与国外相关研究结果一致[9, 23]

    • 目前,有研究结果显示末次血糖水平为7.9~8.8 mmol/L时是注射18F-FDG的最佳时机[18, 24]。李婷等[6]对实验用小型猪进行研究,发现末次血糖值为(6.23±1.79) mmol/L的18F-FDG PET/CT图像质量较佳,这说明低于上述临床默认值,仍可得到较好的图像质量,因此提示在临床实际应用中无需将注射18F-FDG前的末次血糖水平固定在一定范围。注射18F-FDG的最佳时机应是在糖负荷联合胰岛素干预后的快速、大幅度的血糖浓度下降阶段。皮下注射速效胰岛素后10~15 min开始起效,1~1.5 h作用达高峰,此时体内胰岛素最大程度地促使心肌对葡萄糖的摄取。因此,测量末次血糖的时间应适当延后,给予胰岛素后至少30 min注射18F-FDG,可增加心肌的摄取水平,进而改善图像质量。若血糖水平下降幅度仍不明显,可暂缓注射18F-FDG或追加少量胰岛素,并告知患者低血糖的临床表现为心慌、出冷汗、有饥饿感和手抖等,如有症状及时告知医护人员。

    • 在进行18F-FDG PET/CT心肌代谢显像时,图像质量是保证其发挥作用的先决条件。目前,为提高心肌对18F-FDG的摄取,多采取改变心肌细胞能量代谢底物环境的相关措施。参与人体心肌细胞能量代谢的底物主要包含脂肪酸、氨基酸和葡萄糖等,心肌以哪种物质代谢为主则由各种底物浓度、血供状况及激素水平决定。在糖负荷状态下,脂肪酸浓度下降,血中葡萄糖和胰岛素水平升高,心肌则以葡萄糖为主要代谢底物[25]。通过改善胰岛素抵抗、给予糖负荷及补充胰岛素可增加心肌对葡萄糖的摄取和利用,以提高图像质量[26]

      综上所述,要增加心肌对18F-FDG的摄取,保证图像质量,调节血糖浓度是关键。目前国内没有统一调节血糖浓度的方法,显像前一晚控制饮食与禁食相结合,显像时给予葡萄糖负荷联合胰岛素或服用烟酸衍生物类药物是相对行之有效的方法,并在血糖浓度快速、大幅度下降阶段注射18F-FDG,可以使图像质量符合诊断要求。

      利益冲突 本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展,不涉及任何利益冲突。

      作者贡献声明 姜婧晨负责文献的收集和综述的撰写;王雪梅负责综述的审阅;张凯秀负责命题的提出和综述的修订。

参考文献 (26)

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