PET测定心肌血流量的临床应用
正电子发射型断层显像(PET)可以从体外无创性地获得心肌血流灌注、代谢和心脏受体分布等功能图像,从分子和细胞水平反映心脏生理和病理变化特征。18F-FDG心肌代谢PET显像是目前公认的诊断心肌存活的“金标准”。 我国在该领域的起步明显晚于西方国家,阜外心血管病医院张晓丽等于1997年才在国内首先开展该项目,并报道了该方法在评估冠心病心肌梗死患者心肌存活、预测疗效以及估测预后等方面的应用1,2。之后,该方法逐渐被我国临床医生熟悉和认可。
然而,随着医学研究的不断发展,心血管领域的研究更注重在冠状动脉解剖结构没有发生异常前,早期检测冠状动脉内皮细胞功能异常以及冠状动脉血流储备(CFR)功能的异常。已知,正常血管内皮细胞通过分泌血管活性物质,维持血管壁结构的完整性和通透性,维持血管张力和正常的血流量,抑制血小板聚集和血栓的形成。因此,内皮细胞功能受损是冠状动脉粥样硬化的关键所在。另外,冠状动脉血流量会随着心肌氧耗量的增加而增加。因此,正常冠状动脉有很大的血流储备能力(最大扩张状态时的心肌血流量与静息心肌血流量的比值)。CFR是反映冠状动脉血流动力学变化的敏感指标之一。有创的冠状动脉血管内多普勒方法测定CFR是国际上公认的“金标准”,经胸多普勒超声心动图和磁共振成像等无创性方法,还需要大量研究证实。而PET血流灌注显像是目前国际公认的准确探测心肌血流量(MBF)的无创性方法。
, http://www.100md.com
PET显像绝对定量测定MBF[ml/(min·g)]的原理为:PET采集示踪剂通过心脏的动态图像,通过勾画左心室的感兴趣区(ROI)获得输入函数,并根据示踪剂药代动力学房室模型,绝对定量测定MBF。示踪剂半衰期短,允许人们在短时间内重复PET心肌血流灌注显像,获得静息态、冷加压试验(CPT)和药物负荷介入等不同状态下的MBF,从而评价内皮细胞功能以及CFR功能。药物负荷试验或CPT后测定MBF,重复性较好,受不同研究者的影响较小3。
近年来,我国不断引进PET、PET/CT仪以及医用回旋加速器。一些医院开展了13NH3 PET心肌血流灌注显像,但还没有绝对定量测定MBF的报道。下面将介绍相关知识以及该方法在心血管领域的主要应用,包括探测各种冠心病危险因子所致的内皮细胞功能受损以及CFR功能异常,评价针对各种危险因子采取干预措施及介入治疗的疗效,预测心血管事件的发生,早期诊断冠心病,以及相关的基础和临床研究,希望起到抛砖引玉的作用。
PET血流灌注显像示踪剂
, 百拇医药
常用的PET血流灌注显像示踪剂如表1所示,15O-水是较为理想的示踪剂,图像质量较差;13N—胺的半衰期适中,图像质量好;而82Rb图像质量较差,不需要就地加速器。
测定MBF的方法
1. 冷加压试验
主要探测内皮细胞依赖的交感神经支配的血管舒张功能。将受试者的手放入冰水,刺激交感神经,心率加快和心肌收缩性增强,血压升高,心脏做功[用心率与收缩压的乘积(RPP)估测]增加大约50%,心肌氧代谢增强,内皮细胞分泌和释放舒血管因子,局部冠脉的阻力血管扩张,血流量增加大约50%。当血管内皮功能受损后,局部以一氧化氮为主的舒血管生物活性物质分泌减少或者其生物活性降低,以α受体支配的血管平滑肌的缩血管效应为主,导致MBF不能相应增加、无变化甚至有所降低。
2. 药物负荷试验
, 百拇医药
主要探测非内皮细胞依赖的CFR功能。生理负荷状态下CFR可达2~3,而静脉注射腺苷,主要扩张冠状动脉阻力血管的平滑肌,CFR可达4~5。50例正常健康志愿者,CPT后血流量增加(ΔMBF)(0.23±0.09)ml/(min·g),ΔMBF与年龄、性别、静息RPP无关,而与RPP的变化、高密度脂蛋白(HDL)以及与药物负荷试验介入的血管扩张能力相关4。
PET测定MBF在心血管领域的应用
1. 早期探测内皮细胞功能异常以及CFR功能异常
各种冠心病危险因子如长期吸烟(图1)、高血压、脂代谢异常、糖代谢异常、肥胖、胰岛素抵抗、女性绝经后等均可导致内皮细胞功能受损,从而导致CPT后ΔMBF增加、减少、不增加或者降低。
糖代谢异常对内皮细胞功能影响的研究结果显示,与胰岛素敏感组相比,在有胰岛素抵抗但糖耐量正常或糖耐量异常组及不合并和合并高血压的糖尿病组,CPT后MBF均明显降低(分别为-56%、-85%、-91%和-120%),而只有糖尿病患者出现药物负荷介入的MBF减低。提示随着胰岛素抵抗以及糖耐量异常的增加,内皮细胞功能受损逐渐加重,进而发展到糖尿病患者的CFR功能受损5。
, 百拇医药
另有研究发现,体重正常组、超重组和肥胖组CPT 后ΔMBF逐渐降低[(0.32±0.09)ml/(min·g)、(0.21±0.19)ml/(min·g)和(0.07±0.16)ml/(min·g)],P<0.001),而在肥胖组潘生丁介入的MBF较正常对照组明显降低[(1.77±0.51)ml/(min·g)对(2.04±0.37)ml/(min·g),P<0.05)],提示从体重超重导致冠脉内皮功能受损发展到肥胖引起CFR功能异常是逐渐恶化的过程6。
2. 评估各种干预措施以及药物治疗的疗效
包括评估各种生活方式的改进,降压、降脂、降糖治疗疗效,口服大剂量维生素C(VitC)的作用,绝经后女性患者激素替代治疗疗效等。比较治疗前后的MBF变化,评价改善内皮功能和CFR功能的疗效,调整治疗方案。研究者发现,短期和长期口服大剂量VitC均可改善吸烟者对CPT的反应,但对高血脂患者无明显效果。高血压患者长期服用VitC,可以改善对CPT的反应。接受治疗的糖尿病患者,血糖降低水平与CPT后血流增加值密切相关(r=0.67,P<0.01)7。
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3. 估测预后
CPT或药物负荷介入的ΔMBF可以预测心血管事件。在有冠心病危险因子但冠脉造影正常的患者中,ΔMBF <28%的患者无心脏事件生存率明显低于ΔMBF≥28%者8。而另一组对肥厚型心肌病患者的研究显示,潘生丁负荷MBF可以预测长期生存率,潘生丁负荷MBF <1.11ml/(min·g)的患者生存率明显降低9。
4. 诊断冠心病
冠心病早期以及轻-中度冠脉狭窄及冠脉狭窄程度类似的均衡性病变患者,负荷心肌单光子发射型计算机断层(SPECT)显像常为阴性,静息MBF也可正常,而PET显像通过探测不同部位冠脉的MBF以及CFR,准确判断冠状动脉病变。另外,PET显像克服了由于组织衰减导致SPECT显像假阳性的局限性。因此,该方法诊断冠心病的敏感性、特异性和准确性均可达90%以上。
结束语
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如果我们能够合理有效地利用宝贵的医疗资源,尽快开展相关的基础和临床研究工作,对高危人群进行心血管病变的早期筛查、早期采取干预措施来预防冠心病的发生、发展以及心血管事件的发生,就可提高人们的生存质量,造福于广大人民群众。同时可填补该技术在我国核心脏病学领域应用的空白,并通过高质量科研成果,提升我国核心脏病学在国际学术界的地位。(参考文献备索)
表1 常用的PET血流灌注显像示踪剂
示踪剂半衰期E 比MBF摄取机制生产方式
15O-水2.4 minE=0.96±0.05自由扩散加速器
13N-胺9.8 minE=1-0.607e-1.25/F自由扩散加速器
82铷(Rb)78 secE=1-0.73e-0.593/F主动运输 锶/铷(Sr/Rb)
发生器
E表示首次通过的滞留率,F 和 MBF代表心肌血流量。
正常人和吸烟者的静息MBF和冷加压试验MBF比较, 百拇医药
然而,随着医学研究的不断发展,心血管领域的研究更注重在冠状动脉解剖结构没有发生异常前,早期检测冠状动脉内皮细胞功能异常以及冠状动脉血流储备(CFR)功能的异常。已知,正常血管内皮细胞通过分泌血管活性物质,维持血管壁结构的完整性和通透性,维持血管张力和正常的血流量,抑制血小板聚集和血栓的形成。因此,内皮细胞功能受损是冠状动脉粥样硬化的关键所在。另外,冠状动脉血流量会随着心肌氧耗量的增加而增加。因此,正常冠状动脉有很大的血流储备能力(最大扩张状态时的心肌血流量与静息心肌血流量的比值)。CFR是反映冠状动脉血流动力学变化的敏感指标之一。有创的冠状动脉血管内多普勒方法测定CFR是国际上公认的“金标准”,经胸多普勒超声心动图和磁共振成像等无创性方法,还需要大量研究证实。而PET血流灌注显像是目前国际公认的准确探测心肌血流量(MBF)的无创性方法。
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PET显像绝对定量测定MBF[ml/(min·g)]的原理为:PET采集示踪剂通过心脏的动态图像,通过勾画左心室的感兴趣区(ROI)获得输入函数,并根据示踪剂药代动力学房室模型,绝对定量测定MBF。示踪剂半衰期短,允许人们在短时间内重复PET心肌血流灌注显像,获得静息态、冷加压试验(CPT)和药物负荷介入等不同状态下的MBF,从而评价内皮细胞功能以及CFR功能。药物负荷试验或CPT后测定MBF,重复性较好,受不同研究者的影响较小3。
近年来,我国不断引进PET、PET/CT仪以及医用回旋加速器。一些医院开展了13NH3 PET心肌血流灌注显像,但还没有绝对定量测定MBF的报道。下面将介绍相关知识以及该方法在心血管领域的主要应用,包括探测各种冠心病危险因子所致的内皮细胞功能受损以及CFR功能异常,评价针对各种危险因子采取干预措施及介入治疗的疗效,预测心血管事件的发生,早期诊断冠心病,以及相关的基础和临床研究,希望起到抛砖引玉的作用。
PET血流灌注显像示踪剂
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常用的PET血流灌注显像示踪剂如表1所示,15O-水是较为理想的示踪剂,图像质量较差;13N—胺的半衰期适中,图像质量好;而82Rb图像质量较差,不需要就地加速器。
测定MBF的方法
1. 冷加压试验
主要探测内皮细胞依赖的交感神经支配的血管舒张功能。将受试者的手放入冰水,刺激交感神经,心率加快和心肌收缩性增强,血压升高,心脏做功[用心率与收缩压的乘积(RPP)估测]增加大约50%,心肌氧代谢增强,内皮细胞分泌和释放舒血管因子,局部冠脉的阻力血管扩张,血流量增加大约50%。当血管内皮功能受损后,局部以一氧化氮为主的舒血管生物活性物质分泌减少或者其生物活性降低,以α受体支配的血管平滑肌的缩血管效应为主,导致MBF不能相应增加、无变化甚至有所降低。
2. 药物负荷试验
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主要探测非内皮细胞依赖的CFR功能。生理负荷状态下CFR可达2~3,而静脉注射腺苷,主要扩张冠状动脉阻力血管的平滑肌,CFR可达4~5。50例正常健康志愿者,CPT后血流量增加(ΔMBF)(0.23±0.09)ml/(min·g),ΔMBF与年龄、性别、静息RPP无关,而与RPP的变化、高密度脂蛋白(HDL)以及与药物负荷试验介入的血管扩张能力相关4。
PET测定MBF在心血管领域的应用
1. 早期探测内皮细胞功能异常以及CFR功能异常
各种冠心病危险因子如长期吸烟(图1)、高血压、脂代谢异常、糖代谢异常、肥胖、胰岛素抵抗、女性绝经后等均可导致内皮细胞功能受损,从而导致CPT后ΔMBF增加、减少、不增加或者降低。
糖代谢异常对内皮细胞功能影响的研究结果显示,与胰岛素敏感组相比,在有胰岛素抵抗但糖耐量正常或糖耐量异常组及不合并和合并高血压的糖尿病组,CPT后MBF均明显降低(分别为-56%、-85%、-91%和-120%),而只有糖尿病患者出现药物负荷介入的MBF减低。提示随着胰岛素抵抗以及糖耐量异常的增加,内皮细胞功能受损逐渐加重,进而发展到糖尿病患者的CFR功能受损5。
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另有研究发现,体重正常组、超重组和肥胖组CPT 后ΔMBF逐渐降低[(0.32±0.09)ml/(min·g)、(0.21±0.19)ml/(min·g)和(0.07±0.16)ml/(min·g)],P<0.001),而在肥胖组潘生丁介入的MBF较正常对照组明显降低[(1.77±0.51)ml/(min·g)对(2.04±0.37)ml/(min·g),P<0.05)],提示从体重超重导致冠脉内皮功能受损发展到肥胖引起CFR功能异常是逐渐恶化的过程6。
2. 评估各种干预措施以及药物治疗的疗效
包括评估各种生活方式的改进,降压、降脂、降糖治疗疗效,口服大剂量维生素C(VitC)的作用,绝经后女性患者激素替代治疗疗效等。比较治疗前后的MBF变化,评价改善内皮功能和CFR功能的疗效,调整治疗方案。研究者发现,短期和长期口服大剂量VitC均可改善吸烟者对CPT的反应,但对高血脂患者无明显效果。高血压患者长期服用VitC,可以改善对CPT的反应。接受治疗的糖尿病患者,血糖降低水平与CPT后血流增加值密切相关(r=0.67,P<0.01)7。
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3. 估测预后
CPT或药物负荷介入的ΔMBF可以预测心血管事件。在有冠心病危险因子但冠脉造影正常的患者中,ΔMBF <28%的患者无心脏事件生存率明显低于ΔMBF≥28%者8。而另一组对肥厚型心肌病患者的研究显示,潘生丁负荷MBF可以预测长期生存率,潘生丁负荷MBF <1.11ml/(min·g)的患者生存率明显降低9。
4. 诊断冠心病
冠心病早期以及轻-中度冠脉狭窄及冠脉狭窄程度类似的均衡性病变患者,负荷心肌单光子发射型计算机断层(SPECT)显像常为阴性,静息MBF也可正常,而PET显像通过探测不同部位冠脉的MBF以及CFR,准确判断冠状动脉病变。另外,PET显像克服了由于组织衰减导致SPECT显像假阳性的局限性。因此,该方法诊断冠心病的敏感性、特异性和准确性均可达90%以上。
结束语
, http://www.100md.com
如果我们能够合理有效地利用宝贵的医疗资源,尽快开展相关的基础和临床研究工作,对高危人群进行心血管病变的早期筛查、早期采取干预措施来预防冠心病的发生、发展以及心血管事件的发生,就可提高人们的生存质量,造福于广大人民群众。同时可填补该技术在我国核心脏病学领域应用的空白,并通过高质量科研成果,提升我国核心脏病学在国际学术界的地位。(参考文献备索)
表1 常用的PET血流灌注显像示踪剂
示踪剂半衰期E 比MBF摄取机制生产方式
15O-水2.4 minE=0.96±0.05自由扩散加速器
13N-胺9.8 minE=1-0.607e-1.25/F自由扩散加速器
82铷(Rb)78 secE=1-0.73e-0.593/F主动运输 锶/铷(Sr/Rb)
发生器
E表示首次通过的滞留率,F 和 MBF代表心肌血流量。
正常人和吸烟者的静息MBF和冷加压试验MBF比较, 百拇医药