核素心肌灌注/代謝顯像與心臟磁共振成像評價缺血性心臟病心肌活力的對比研究

宋書揚 韓旭 汪蕾 閆朝武 方緯

1 北京協和醫學院，國家心血管病中心，中國醫學科學院阜外醫院核醫學科，北京 100037；2 北京協和醫學院，國家心血管病中心，中國醫學科學院阜外醫院結構性心臟病中心，北京 100037

檢測存活心肌是否存在以及存活心肌的數量對于缺血性心臟病患者的臨床治療決策的制定具有重要的指導價值[1-2]。雖然多種無創性影像技術可用于評價心肌活力，但不同影像技術的原理導致了其對于心肌活力檢測結果的差異[3]。其中核素心肌灌注/代謝顯像（以下簡稱18F-FDG PET）與心臟磁共振成像（cardiac magnetic resonance，CMR）都是評價心肌活力重要的無創性影像技術。與心肌灌注顯像相結合的18F-FDG PET心肌代謝顯像通過對心肌葡萄糖代謝狀況的檢測來評價心肌活力；而CMR 則利用延遲成像中釓對比劑在纖維瘢痕組織中的異常聚集，使瘢痕組織（梗死心肌）與正常心肌在T1 加權像上呈現不同的信號，從而區分梗死心肌與存活心肌，2 種影像技術各具優勢。目前，PET/MRI 已開始用于臨床上對存活心肌的一體化檢測，研究結果顯示，18F-FDG PET 與CMR 相結合更有利于心肌活力的評價，可以充分發揮18F-FDG PET 與CMR各自的優勢[4-7]。然而，二者結合的前提是對二者差異的深入認識，以及產生差異的原因的合理解釋。雖然以往已有18F-FDG PET 與CMR 評價心肌活力的價值的對比研究，但樣本量相對較少，且對二者的差異分析仍不夠全面[4]。本研究旨在進行更加深入且全面的研究，為18F-FDG PET 與CMR 在評價心肌活力方面更有效地結合提供依據。

1 資料與方法

1.1 研究對象

回顧性分析2016 年3 月至2019 年12 月于中國醫學科學院阜外醫院同期（一個月內）接受18F-FDG PET 與CMR 評價心肌活力的缺血性心臟病合并心功能不全的患者285 例，其中男性260 例、女性25 例，年齡（57.8±10.0）歲。納入標準：經冠狀動脈造影或CT 冠狀動脈成像明確為冠心病；超聲心動圖測定的左室射血分數（LVEF）＜50%；18F-FDG PET 與CMR 檢查間隔時間不超過1 個月。排除標準：合并非缺血性心肌病、瓣膜性心臟病、先天性心臟病、1 個月以內的急性心肌梗死；18F-FDG PET 與CMR檢查間期病情發生明顯變化或行血運重建術。本研究免除簽署知情同意書。本研究經中國醫學科學院阜外醫院倫理委員會批準（批準號：2023-2062）。

1.2 SPECT 心肌灌注顯像

患者于靜息狀態下靜脈注射99Tcm-MIBI（原子高科股份有限公司）740 MBq，約60 min 后進行顯像。采用德國西門子公司 Symbia T16 型雙探頭SPECT/CT 儀，配備低能高分辨準直器，矩陣128×128，能峰140 keV，窗寬20%，放大倍數1.25，2 個探頭呈90°排列，自右前斜45°至左后斜45°，共旋轉180°，采集64 個投影，每個投影采集20 s。圖像重建采用有序子集最大期望值法，4 次迭代，8 個子集，獲得心臟短軸、水平長軸和垂直長軸圖像。

1.3 PET 心肌代謝顯像

SPECT 心肌灌注顯像次日，患者繼續行PET心肌代謝顯像。顯像前所有患者禁食至少8 h，根據血糖水平，口服5～50 g 葡萄糖，根據患者血糖變化，可靜脈推注適量的胰島素，調整血糖至適當水平，于靜息狀態下靜脈注射18F-FDG（原子高科股份有限公司）185 MBq，60 min 后進行PET/CT顯像[8]。采用德國西門子公司Truepoint Biograph 64 型PET/CT 儀。先進行CT 掃描，用于圖像定位和衰減校正，隨后采用門控方式進行PET 圖像采集。PET 圖像采集時間為10 min。圖像重建采用有序子集最大期望值法，4 次迭代，8 個子集，矩陣128×128，放大倍數2.0，短軸圖像層厚3 mm。

1.4 CMR

采用荷蘭飛利浦公司Ingenia 3.0 T 全數字MRI系統行CMR。采用平衡穩態自由進動序列行功能電影成像，包括左心室長軸兩腔心、四腔心及8～10層連續短軸圖像。采用心功能專用分析軟件在左心室短軸電影上測量和計算舒張末期容積、收縮末期容積和射血分數。經肘靜脈注入釓噴酸葡胺（德國拜爾醫療制藥公司）0.2 mmol/kg，注射速度為4 ml/s，10～15 min 后采用相位敏感反轉恢復序列行延遲增強成像，掃描層面與電影掃描層面一致。

1.5 圖像分析

采用5 分法[9]分別對99Tcm-MIBI SPECT 心肌灌注圖像和18F-FDG PET 心肌代謝圖像進行17 節段的半定量視覺評分：放射性攝取完全正常為0 分；放射性攝取為正常攝取的76%～99%為1 分；放射性攝取為正常攝取的51%～75%為2 分；放射性攝取為正常攝取的26%～50%為3 分，放射性攝取為正常攝取的0%～25%為4 分。血流灌注與代謝均完全正常（均為0 分）的心肌節段根據室壁運動是否存在異常分為正常心肌或頓抑心肌；血流灌注減低（1～4 分）但代謝正常（0 分）的心肌節段為冬眠心肌；血流灌注與代謝均減低（＞0 分）的心肌節段為梗死心肌。依據血流灌注評分是否低于代謝評分的不同情況又分為非透壁梗死伴正常心肌（血流灌注和代謝評分均為1～3 分，二者得分相同）、非透壁梗死伴冬眠心肌（血流灌注評分為2～4 分，代謝評分為1～3 分，且代謝評分低于血流灌注評分）和透壁梗死心肌（血流灌注和代謝評分均為4 分）。采用QGS 軟件（美國Cedars-Sinai 醫學中心）對各心肌節段進行室壁運動評分：正常（0 分）、輕度減低（1～2 分）、重度減低（3 分）和無運動（4 分）。每個節段的冬眠心肌評分=血流灌注評分-代謝評分，冬眠心肌總含量以百分數的形式表示，計算公式：冬眠心肌總含量=17 個節段的冬眠心肌評分總和/（17×4）。梗死心肌總含量同樣以百分數的形式表示，計算公式：梗死心肌總含量=17 個節段的代謝評分總和/（17×4）[9]。

根據CMR 延遲強化圖像上每個心肌節段延遲強化程度，采用5 分法[10]進行視覺評分：0 分為無強化；1 分為1%～25%延遲強化厚度；2 分為26%～50%延遲強化厚度；3 分為51%～75%延遲強化厚度；4 分為延遲強化厚度＞76%。0 分為無梗死；1～2分為非透壁梗死；3～4 分為透壁梗死。梗死心肌總含量以百分數的形式表示，計算公式：梗死心肌總含量=17 個節段的延遲強化評分總和/（17×4）[10]。

所有患者的18F-FDG PET 和CMR 圖像分別由2 名有10 年以上工作經驗的放射科和核醫學科醫師獨立進行分析，結果不一致時由第3 位有10 年以上工作經驗的主任醫師來判斷。

1.6 統計學分析

應用SPSS 25.0 軟件進行統計學分析。符合正態分布的計量資料以±s表示，非正態分布的計量資料以M（Q1，Q3）表示，計數資料以頻數及百分比表示。2 組計數資料的比較采用Wilcoxon 秩和檢驗，采用Spearman 相關系數分析非正態分布計量資料之間的相關性，采用Kendall's tau-b 相關系數分析計數資料之間的相關性。以CMR 結果作為診斷梗死心肌的“金標準”，并計算18F-FDG PET 檢測梗死心肌的靈敏度和特異度，采用Bland-Altman法分析比較CMR 與18F-FDG PET 檢測梗死心肌的一致性。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 患者資料

本研究共納入285 例缺血性心臟病合并心功能不全的患者，其中107 例患者LVEF≤35%，178 例患者LVEF＞35%且＜50%。209 例患者病變血管數目為3 支，50 例患者為2 支，26 例患者為單支。285 例缺血性心臟病合并心功能不全患者的基線資料見表1。

表1 285 例缺血性心臟病合并心功能不全患者的基線資料Table 1 The baseline information of 285 patients with ischemic heart failure combined with cardiac dysfunction

2.2 18F-FDG PET 與CMR 檢測梗死心肌的結果比較

285 例患者總共4 845 個心肌節段，共有3 376個（69.7%，3 376/4 845）18F-FDG PET顯示室壁運動異常的心肌節段被納入分析。CMR 顯示其中1 308個節段為無梗死、1 371 個節段為非透壁梗死、697個節段為透壁梗死。而18F-FDG PET 則顯示其中1 263 個節段灌注/代謝均正常（頓抑心肌）、606 個節段為冬眠心肌、344 個節段為非透壁梗死伴正常心肌、901 個節段為非透壁梗死伴冬眠心肌、262 個節段為透壁梗死心肌（圖1、表2）。

圖1 缺血性心臟病患者的CMR 與18F-FDG PET 所示不同心肌活力的顯像圖 A～C 為3 例患者的SPECT 心肌灌注顯像圖（上排）和PET 心肌代謝顯像圖（下排）；D～E 為這3 例患者對應的CMR 圖。A、D 所示患者男性，51 歲，左室前壁透壁梗死（紅色箭頭所示），18F-FDG PET 顯示心肌血流灌注、代謝同等程度缺損，CMR 顯示為透壁強化。B、E 所示患者男性，71 歲，左室下間隔及下壁為冬眠心肌（藍色箭頭所示），18F-FDG PET 顯示心肌血流灌注缺損而代謝正常，CMR 顯示無強化；前壁為正常心肌（綠色箭頭所示），18F-FDG PET 顯示心肌血流灌注、代謝均正常，CMR 顯示無強化。C、F 所示患者男性，44 歲，左室間隔為非透壁梗死伴正常心肌（黃色箭頭所示），18F-FDG PET 顯示心肌血流灌注、代謝大致同等程度減低，CMR 顯示心內膜下強化；前壁為非透壁梗死伴冬眠心肌（白色箭頭所示），18F-FDG PET 顯示心肌血流灌注缺損、代謝減低但放射性攝取高于灌注，CMR 顯示心內膜下強化。CMR 為心臟磁共振成像；FDG 為氟脫氧葡萄糖；PET 為正電子發射斷層顯像術；SPECT 為單光子發射計算機體層攝影術Figure 1 Myocardial viability on cardiac magnetic resonance (CMR) and 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) PET in patients with ischemic heart failure

表2 18F-FDG PET 與CMR 評價3 376 個室壁運動異常的心肌節段心肌活力的結果比較（個）Table 2 Comparison of 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) PET and cardiac magnetic resonance (CMR) in assessment of myocardial viability in 3 376 segments with wall motion abnormality (n)

在個體水平，18F-FDG PET 和CMR 檢測的梗死心肌總含量分別為17.6%±13.0%和19.2%±13.4%，二者之間存在顯著的相關性（r=0.67，P＜0.001，圖2A）。Bland-Altman 法分析結果顯示：與CMR相比，18F-FDG PET 對于梗死心肌總含量的檢測存在一定程度的低估，CMR 與18F-FDG PET 評價梗死心肌總含量差值的95%CI為-12.7%～27.8%，平均差值為7.5%（圖2B）。

圖2 285 例缺血性心臟病患者CMR 檢測的梗死心肌總含量與18F-FDG PET 檢測的梗死心肌總含量的相關性（A）和一致性分析（B） CMR 為心臟磁共振成像；FDG 為氟脫氧葡萄糖；PET 為正電子發射斷層顯像術；SD 為標準差Figure 2 The correlation (A) and agreement (B) of the total content of infarcted myocardium measured through cardiac magnetic resonance (CMR) and 18F-fluorodeoxyglucose (FDG)PET in 285 patients with ischemic heart failure

在CMR 顯示為透壁梗死的697 個運動異常節段中，18F-FDG PET 顯示絕大多數（90.4%，630/697）節段可見透壁或非透壁梗死，二者顯示出較高的一致性。而在CMR 顯示為非透壁梗死的1 371 個運動異常節段中，卻有多達686 個（50.0%，686/1 371）節段18F-FDG PET 未顯示梗死改變，其中358 個節段為正常心肌，328 個節段為冬眠心肌。

以CMR 發現延遲強化作為評價心肌梗死（包括透壁和非透壁心肌梗死）的標準，在節段水平，18F-FDG PET 檢測梗死心肌的靈敏度為63.6%（1 315/2 068）、特異度為85.3%（1 116/1 308）。隨著室壁運動障礙嚴重程度的加劇，18F-FDG PET 檢測梗死心肌的靈敏度逐步提高，其對室壁運動輕度減低、重度減低和無運動的心肌節段的檢測靈敏度分別為46.3%（223/482）、60.7%（568/936）和80.6%（524/650），而特異度則逐步輕度降低，分別為89.8%（467/520）、84.2%（484/575）和77.5%（165/213）。

2.3 CMR 檢測的梗死心肌與18F-FDG PET 檢測的冬眠心肌的關系

在個體水平， CMR 檢測的每例患者梗死心肌總含量與18F-FDG PET 檢測的冬眠心肌總含量之間無顯著的相關性（r=-0.09，P=0.12）。在節段水平，在CMR 檢測為非透壁梗死的1 371 個節段中，18F-FDG PET 檢測838 個（61.1%）節段有冬眠心肌，其中328 個（23.9%）節段完全為冬眠心肌，510 個（37.2%）節段有部分為冬眠心肌。而在CMR 檢測為透壁梗死的697 個節段中，18F-FDG PET 檢測286 個（41.0%）節段有冬眠心肌，其中有41 個（5.9%）節段完全為冬眠心肌，245 個（35.2%）節段有部分為冬眠心肌。CMR 檢測為非透壁梗死的節段比透壁梗死的節段含有更多的冬眠心肌（61.1%對41.0%，χ2=66.207，P＜0.001）。

而另一方面，在室壁運動異常而CMR 檢測為無梗死或非透壁梗死的2 679 個節段中，有1 237個（46.2%）節段18F-FDG PET 檢測為灌注/代謝正常（頓抑心肌），1 221 個（45.6%）節段18F-FDG PET 檢測有冬眠心肌。

3 討論

本研究比較了18F-FDG PET 與CMR 在缺血性心臟病伴心功能不全患者心肌活力評價中的價值，結果顯示：（1）18F-FDG PET 與CMR 在透壁梗死的檢測中具有較好的一致性，但CMR 能夠發現更多的非透壁梗死（心內膜下梗死）；（2）18F-FDG PET能夠在CMR 顯示的梗死心肌中發現較多的存活心肌。

梗死心肌代表不可逆的心肌損傷，既往研究結果表明，隨著心肌節段瘢痕范圍的擴大，血運重建后室壁功能恢復的可能性降低[11]。因此，準確判斷心肌梗死的范圍具有重要的臨床意義。本研究結果顯示，盡管18F-FDG PET 與CMR 對于透壁梗死的檢測具有較好的一致性，但CMR 發現的內膜下心肌梗死的節段中約有50.0%被18F-FDG PET 所遺漏，這與Klein 等[12]的研究結果相近。在該研究中，雖然在個體水平上18F-FDG PET 與CMR 顯示的梗死心肌總含量之間存在較高的相關性（81%），但是在節段水平上，CMR 發現的內膜下心肌梗死的節段中約有66.33%在18F-FDG PET 上未顯示任何梗死改變。這可能是由于18F-FDG PET 的分辨率低于CMR，會遺漏內膜下輕微的梗死心肌。此外，受部分容積效應的影響，正常或存活心肌18F-FDG攝取的高信號可能會導致同一節段中的內膜下心肌梗死被掩蓋。因此，梗死心肌的范圍越大，18F-FDG PET 對梗死心肌的檢測越靈敏。

本研究結果還顯示，有小部分心肌節段在18F-FDG PET 上顯示的梗死心肌范圍較CMR 更大，其原因可能是這些節段中心肌變薄，導致18F-FDG 攝取被低估，從而高估了梗死心肌的范圍。對于室壁變薄的節段的檢測，CMR 因具有較高的空間分辨率，故更有優勢[13]。目前，CMR 由于空間分辨率較高，被認為是診斷梗死心肌的 “金標準”，對于預測室壁功能是否能夠恢復而言，CMR的陰性預測值較高[14]。因此，在18F-FDG PET 鑒別存活心肌的同時，利用CMR 準確檢測梗死心肌同樣也是十分重要的。

心肌缺血損傷后可能會形成頓抑心肌、冬眠心肌和梗死心肌，三者都會出現室壁運動的異常，但只有存活心肌在血運重建術后其室壁功能才有可能得到恢復[4-5,13,15-16]。許多研究結果表明，存在血流灌注減低但存活的冬眠心肌是預后不良的危險因素[17-18]，而頓抑心肌在靜息狀態下的血流灌注是正常的，因此，理論上認為冬眠心肌最需要積極的血運重建加以挽救。CMR 的不足之處在于不能區分冬眠心肌和頓抑心肌，而是將室壁運動功能異常但是未發生延遲強化的心肌節段統一視為存活心肌[3]，并推測是否需要進行血運重建。而18F-FDG PET 將心肌血流灌注和心肌代謝顯像的功能聯合起來，是目前唯一可以區分冬眠心肌與頓抑心肌的影像方法[19]。以往的許多研究者將CMR 延遲強化厚度占心肌節段的50%作為CMR 判斷梗死心肌與存活心肌的最佳臨界值[4]，認為延遲強化厚度＜50%則說明存在較多的存活心肌，可以進行積極的血運重建。但本研究結果顯示，在CMR 顯示為無梗死或非透壁梗死（延遲強化厚度＜50%）的2 679 個節段中，有46.2%的心肌節段在18F-FDG PET 上顯示為心肌血流灌注/代謝正常，即為頓抑心肌。因此，18F-FDG PET 在鑒別冬眠心肌與頓抑心肌方面具有獨特的優勢，對于治療決策的制定具有重要意義。

Wang 等[9]曾探討CMR 診斷梗死心肌與冬眠心肌的關系，結果表明：雖然在節段水平上，非透壁梗死的心肌節段比透壁梗死的心肌節段有更多的冬眠心肌，但在個體水平上，梗死心肌的總含量與冬眠心肌的總含量卻沒有明確的相關性。Beitzke等[7]的研究結果也表明，無論是用50%還是75%延遲強化厚度作為CMR 判斷梗死心肌與存活心肌的最佳臨界值，透壁梗死與冬眠心肌之間均無明確的相關性。在本研究中，盡管非透壁梗死的心肌節段有較多的冬眠心肌，但梗死心肌的總含量與冬眠心肌的總含量無明顯的相關性，這表明檢測梗死心肌對于冬眠心肌的間接評估沒有提示作用，18F-FDG PET 在鑒別冬眠心肌方面的作用是不可替代的。

此外，在本研究中我們還發現，即使在CMR診斷為透壁梗死的心肌節段中，也有超過41.0%的節段18F-FDG PET 可以檢測到冬眠心肌。既往研究結果也顯示，CMR 顯示為透壁梗死的節段中梗死心肌與非梗死心肌是摻雜存在的[9]。雖然CMR對于梗死心肌的檢測具有較高的靈敏度和準確率，但僅僅依靠CMR 也可能會高估梗死心肌的范圍和遺漏冬眠心肌，而冬眠心肌常常是發生惡性心律失常的病理基礎[20]，不容忽視。即使是CMR 提示為透壁梗死的節段，如果存在冬眠心肌，也有必要進行血運重建。

本研究存在以下的局限性：（1）本研究為18F-FDG PET 與CMR 2 種影像技術比較的橫斷面研究，缺少對治療后室壁運動恢復情況的驗證研究；（2）由于回顧性研究受到資料完整性的限制，本研究中對室壁運動的評分均采用QGS 軟件進行，而沒有結合CMR；（3）18F-FDG PET 與CMR是分別進行的，未進行圖像融合，在節段位置的匹配上可能存在誤差。

綜上所述，18F-FDG PET 與CMR 作為2 種常用的無創性影像技術，在評價心肌活力方面各具優勢。CMR 在檢測心肌梗死方面具有更高的檢出率，而18F-FDG PET 能夠檢出更多的存活心肌并鑒別冬眠心肌，18F-FDG PET 與CMR 二者相結合可以提供更全面的心肌活力信息。

利益沖突 所有作者聲明無利益沖突

作者貢獻聲明 宋書揚負責研究的設計與實施、數據的采集與分析、論文的撰寫；韓旭負責數據的采集與分析；汪蕾、閆朝武、方緯負責論文的審閱、指導與修訂