- 分子核医学与多模态影像
- 张永学 兰晓莉主编
- 17639字
- 2022-04-24 11:05:45
第十二章 PET/MR分子影像的应用与优势
正电子发射断层/磁共振成像仪(positron emission tomography/magnetic resonance,PET/MR)是当今世界上最先进、最昂贵、技术最复杂的多模态诊断仪器。尽管PET/MR的问世和应用没有像当年PET/CT那样引起轰动和迅速广泛推广应用,但是也将核医学多模态分子影像仪器的发展推向一个新的高度,不仅是因为它的价格高、投入大,更是因为其技术复杂、要求条件极高,不像当年PET与CT影像的融合那么容易被人们广泛接受。PET/MR不仅是代谢功能影像与解剖影像的融合,更是分子影像与解剖影像和生理影像的融合,MRI的多序列、多参数和不确定因素对于核医学医师乃至核医学学科都是一个巨大的挑战。
第一节 PET/MR发展与回顾
PET/MR和PET/CT就像一对孪生兄弟,不仅具有互补作用,也是医学影像发展的里程碑。这两种多模态影像设备的提出都是源于20世纪八九十年代,甚至提出构建PET/MR的设想比PET/CT还早,但是由于PET/MR的技术难度大,发展比较曲折。谈到PET/MR的发展,需要简单回顾PET/CT发展史,1995年,Townsend等在匹茨堡大学医学中心开始为期三年的研究,他们将一台CTI的PET与一台西门子的CT串联在一起,构建成PET/CT一体机,于1998年成功完成安装进入临床试用,实现了PET与CT图像的同机融合,1999年在美国第46届核医学年会上发布其原型机;1998年,GE公司在G.Muehllehner等研究的基础上生产出配置单层螺旋CT的PET/CT;2000年美国食品和药品管理局批准了由西门子公司和CTI公司推出的商业化PET/CT;2000年GE公司在北美放射学年会上推出了Discovery LS系列、2002年又推出Discovery ST系列PET/CT并应用于临床。2003年飞利浦公司也推出了可以分离的PET/CT一体机,并率先使用了飞行时间(time of flight,TOF)技术。探测器晶体也从早期的NaI(碘化钠)、BGO(锗酸铋),发展到硅酸镥(LSO)、GSO(硅酸钆)、LYSO(硅酸钇镥),甚至半导体等多种晶体。近十多年来,GE、Siemens和Philips三家有代表性的公司相继推出多系列高灵敏、高分辨率、不同晶体的PET/CT机型,并在同期进入中国市场。此外,以联影公司为代表的一批国内企业也先后推出多款PET/CT和PET/MR设备,其技术也到达了国际水平,并在临床上得到迅速推广和应用。
PET/MR一体机概念的提出很早,但进入医疗市场却比PET/CT将近晚了10年。早在20世纪80年代,科学家们就提出将PET与MRI两种影像设备融为一体,但是受到技术因素的限制一直未能突破固有的技术障碍,尤其是PET和MRI两种探测器的互相干扰问题,其次是基于MRI的衰减校正问题等,为了克服这些技术上的难题,科学家们潜心研究十余年。
PET/MR一体机的构造不同于PET/CT,不是将两种设备串联在一起就可以工作,就能实现1 + 1大于2的作用。众所周知,MRI仪器的高磁场对金属材料是绝不相容的,因此PET探测器的光电倍增管等元件会干扰MRI的工作,而MRI的高磁场也可能干扰PET的探测系统的稳定性。如何克服两种成像仪器的互相干扰问题是PET/MR一体机构造的最大技术难题。PET/MR的发展从提出到一体机问世也是逐步完善的过程,第一台用于脑PET和MRI同时成像的原型机(Brain PET)由西门子公司生产并安装在德国Tübingen大学,该系统进行了为期三年临床应用评估(2008—2011),系统研究了MRI的解剖学潜力及各种可能的用途,包括血氧水平依赖性(blood oxygen level dependent,BOLD)成像、功能磁共振成像(fMRI)、弥散加权成像(DWI)、灌注加权成像(PWI)和扩散张量成像(DTI)等。在这个系统中,PET和MRI是通过将一台独立的PET和一台MRI系统连接在一起,通过一个共享的可移动检查床采集两台设备的大脑分子和遗传信息影像。该系统将两种高级装置结合在一起,即通过高分辨率研究型断层显像(high resolution research tomography,HRRT)和7TMRI来实现的。
随着技术的发展,运用PET/MR全身成像技术已变得更加可行和经济,Philips公司将一个带有GE MINI TF PET的组件和Achieva 3.0T X系列MRI组件构建了一台混合成像系统。尽管这种装置结构不允许同时进行PET和MR成像,但可以自动叠加连续记录PET和MRI图像信息。该系统被安装在纽约(西奈山医疗中心)、日内瓦大学医院和德累斯顿(德累斯顿-罗森多夫研究中心)。此后,西门子公司开发了Biograph mMR PET/MR全身同步成像系统,第一次将PET与MRI整合于一体,首台设备于2010年11月在慕尼黑大学安装,随后又安装在德国的Tübingen和Erlangen大学以及波士顿的麻省总医院等,为PET/MR进入临床应用打下了基础。
二十多年来,PET/MR的发展之路非常曲折,各个公司将PET和MRI结合的方式策略也各不相同,根据技术的成熟程度可以将PET/MR产品大致分为三代产品:
第一代产品是采用PET和MRI分体式,也是早期受技术限制而采取的过渡方案,将一台PET或PET/CT和一台MRI分别放置在相邻的两个房间里,通过转运床或机器手将患者分别送入PET和MRI仪器内进行两次显像,然后通过同一台采集和后处理工作站进行软件图像异机融合,甚至两台机器不在一个区域或在不同时间,利用不同的采集工作站进行两种模式显像,最后通过后处理工作站软件进行图像融合,这种串联式系统通过物理分隔设备而屏蔽各自的组件,避免互相干扰的问题。通常用PET + MR表示该类机型,GE公司曾推出的PET/CT + MR,飞利浦公司也有类似的PET + MR产品。
第二代产品为PET/MR一体机,该系统主要技术挑战是传统的PET扫描仪使用的光电倍增管探测器无法在强磁场内运行,而第二代设备基本上克服了两种仪器的互相干扰问题,使用不受磁场影响的雪崩光电二极管(ADP)为探测元件取代光电倍增管,将PET与MRI整合在一个探测环内,将PET探测器嵌入到磁体中,或者将PET探测器与磁体依次排列于同一个探测环中,患者一次通过分别进行两种模式信息采集,其结构类似于PET/CT,可以达到同时采集,同机图像融合的目的,并应用MRI的信息对PET图像进行衰减校正。2010年西门子公司率先推出了配置3T磁共振的PET/MR一体机,并获得注册应用于临床,2011年在中国投入应用;但是初步的临床应用经验表明,该机型还不是一种最理想的组合,由于采用的是ADP + LSO的探测器构型,不具有TOF功能,实质上不能实现真正意义上的同步信息采集。
第三代产品是采用新型的硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SiPM)全数字化固态阵列式光电转化器及TOF技术的PET/MR集成模式,将PET探测器集成在磁共振梯度线圈和射频体线圈之间。美国GE公司后来者居上,于2014年的北美放射学年会上推出一款更先进的SiPM + TOF技术和镥闪烁晶体(Lutetium based scintillator,LBS)的探测器,该PET/MR配备3T静音磁共振仪SIGNA™ PET/MR,称为TOF-PET/MR,其时间分辨率达到400ps以下,敏感性大于21.0cps/kBq,轴向FOV达25cm。该一体机的问世将PET/MR技术推向新的水平,真正实现了PET与MRI同机、同时和同步采集,第一批产品在苏黎世大学、瑞典Uppsala大学、斯坦福大学、UCSF等安装投入使用,并于2015年进入中国市场。
第二节 PET/MR的技术要求
目前市场提供的PET/MR机型中,PET和MRI的结合方式有两类,即PET和MRI设备在一个或两个房间中的串联式系统,以及完全整合在一个机架内的PET和MRI一体机模式。串联式PET/MR装置系统优点是两个系统之间的干扰最小,技术上比较成熟,仅需将PET和MRI装置的组成做小的改变。而完全整合的PET/MR系统需要全新的结构设计和技术解决方案。然而,完全整合的系统可以实现真正的同步采集,大大减少了总采集时间和空间要求。要实现完全整合的PET/MR一体机,其核心技术包括:①数字化固体光电转换器(silicon photomultiplier,SiPM)的应用,也有采用LSO +雪崩二极管(APD)的探测器元件,总之需要避免MRI与PET元件的互相干扰,使其仪器性能受到影响;②TOF技术的应用,而TOF技术的应用也依赖于SiPM探测器的应用;③基于MRI的PET图像衰减技术。
在早期PET/MR的整合技术中,是将PMT(光电倍增管)放在磁共振磁体外面,避免受到磁场干扰,使用光纤与晶体相连,但是这种连接模式通常会降低MRI和PET的性能,直到以硅或锗为材料制成的对磁场不敏感的雪崩二极管(APD)、SiPM的应用,其中硅光电倍增管是由一种新的Geiger模式的硅雪崩光电二极管阵列组成的固态光电探测器,可以替代传统的PMT,为PET和MRI整合带来了可能性。
一、关键技术及特点
(一)同步扫描
PET/CT是顺序扫描模式,其扫描时间由PET来决定,CT在其中所占的时间间隔很短。在PET/MR显像中,由于MRI为多序列、多参数、多方位成像,扫描时间由MRI序列决定。PET/MR一体机比分体式模式采集时间要快一倍,而且是同步扫描,可以实现基于MRI的PET运动校正、PET部分容积伪影校正、基于MRI的衰减校正等。但分体模式PET/MR技术上比较简单,只需要做非常小的技术改动即可实现,且成本相对低,缺点是不能同步采集,两种模态的影像存在时间差。
能否实现真正的同机、同时和同步采集是衡量一台PET/MR一体机成熟程度的重要标志之一。在同一扫描床位,PET和MRI的一个序列在同一瞬间完成扫描,为了保持两种显像为同步采集信息,两种扫描模式需采用步进式扫描。因此,需要TOF技术,以消除“热器官”征象和正电子穿透效应伪影。在图像后处理中,需将PET扫描数据与每一个序列的MRI信息一一对应。
(二)衰减校正
串联式和完全整合式的PET/MR系统的重要技术挑战是光子衰减校正问题,这对于保持独立于组织密度的放射性核素分布的正确影像是必要的。在PET/CT显像中利用CT密度影像对PET的射线进行衰减校正非常成熟,且比较可靠,但是PET/MR显像中需要采用MRI信息对PET成像过程中γ光子的衰减进行校正则比较复杂,因为MRI不能直接提供组织密度的信息,故不能作为组织衰减校正的参数。目前主要是采用组织学分类法和图谱配准法进行校正。通过MRI扫描获得组织的水、脂肪、软组织、气体和骨骼的信息后,产生衰减系数图像(μ-map),然后根据组织的类型对PET图像进行校正,显然这种校正的方式其可靠性不如CT校正,并可能略微低估位于内部的感兴趣区或靠近骨骼的示踪剂摄取值。应该指出的是,基于图谱法的PET/MR中PET数据衰减校正所提出的校正技术仅适用于由患者产生的衰减,而不是由扫描仪设备部件引起的衰减,例如患者躺的床和大量的MRI线圈。为此,生成设备衰减图并将这些图存储在系统中,包括人体衰减图。另一种衰减校正方法是所谓的模板法,根据几次获取的透射扫描图像的均值产生一个衰减模板图。还有一种PET数据衰减校正方法是基于分割直接法,该法直接在每个患者的标准T1依赖性MRI图像中常规完成,使用这些图像最困难的任务是区分骨组织和充气空间,因为这两种组织类型表现为相同的强度范围。
为了评估基于MRI衰减图对心脏18F-FDG PET行衰减校正(AC)的可行性。Vontobel等对23例无明确心脏病史的患者,因肿瘤适应证应用TOF技术的PET/CT扫描仪进行全身FDG PET/CT显像,随后行全身PET/MR显像。重建MRI衰减校正PET/MR(有或无TOF)数据集,并半定量分段(20节段模型)心肌示踪剂摄取(最大百分比),以使用CT衰减校正重建的PET/CT作比较和参考标准。结果发现,PET/CT与TOF-PET/MR获得的局部摄取值之间具有良好的相关性(23例患者 n = 460 个节段,r = 0.913,p < 0.000 1)。与PET/CT相比,有或无TOF的PET/MR稍微低估了示踪剂的摄取(分别为-2.08%和-1.29%)。从基于MRI的衰减校正获得的心肌相对FDG摄取与基于标准CT衰减校正的结果具有高度可比性,表明两种AC技术可以互换。
(三)质量控制
在仪器的质量方面,PET/MR与PET/CT也有明显不同,除了PET部分的常规质控外,还需要进行MRI部分的磁场均匀度校正、线圈均匀性校正、磁场和线圈线性校正、MRI分辨率模型检测等。
二、PET/MR的主要优缺点
PET/MR多模态装置的创建也是基于目前PET/CT扫描中CT的优点,实现PET功能影像与解剖形态影像的互补。PET具有皮摩尔级的敏感性和广谱的分子影像探针,结合MRI的无辐射、高软组织对比和多参数功能成像特点,可以获得更多有价值的附加信息。
PETMR的主要优点包括:①减少了患者的辐射剂量,因为MR显像本身没有电离辐射,因此,一次18F-FDG PET/MR显像患者受到的辐射剂量仅为PET/CT的1/3左右,对于儿童以及需要重复PET显像检查的患者尤为重要;②MRI确保解剖和功能影像的高分辨率,与CT相比,提供更好的软组织对比和高分辨率、多样化的组织对比;③使用功能磁共振成像(fMRI)和磁共振波谱(MRS)可提供额外的信息,可能会提高诊断效率和定量评估PET显像的可能性,有助于患者治疗和了解肿瘤的生物学特点。
PET/MR的缺点主要有以下几个方面:①与CT相比扫描时间明显延长,对于病情较重患者、神经系统疾病患者,难以配合检查;②对于有各种金属植入物、起搏器和异物的患者是禁忌证;③MRI影像比较复杂,除了形态学方面信息外,还有反映组织生理学的信息,不同序列、不同的显像方式图像差异较大,给影像分析、处理和判断带来困难;④应用MRI的信息对PET影像进行衰减校正的可靠性不如CT,且还有待进一步研究;⑤与PET/CT相比成本显著提高。
三、PET/MR效能及可靠性评价
(一)定量参数的评价
PET/CT和PET/MR显像中,对病灶摄取显像剂水平进行半定量分析是临床最常用的定量手段,而PET/MR显像测定SUV值的准确性是人们普遍关注的问题。为了比较18F-FDG PET/CT和PET/MR测定SUV值的差异,富丽萍等对150例在同日先后接受PET/CT及PET/MR检查的患者进行了对比研究,分别测量PET/CT最大SUV值(SUVmax-CT)和PET/MR最大SUV值(SUVmax-MR)。结果发现,在150例患者中经病理证实的152个恶性和12个良性病灶,SUVmax-CT与SUVmax-MR在良性(r = 0.909)及恶性(r = 0.934)病灶中均存在较好的相关性。良性病灶中,2组SUVmax均值差为0.1(95%置信区间:-3.1~3.3),恶性病变均值差为0.6(95%置信区间:-4.2~3.0)。恶性病灶的SUVmax-MR高于对应SUVmax-CT(分别为8.42 ± 5.12和7.83 ± 4.73;u = -3.47,p < 0.01);良性病变 SUVmax-MR略低于对应的SUVmax-CT,但差异无统计学意义(p > 0.05),说明PET/MR能提供可靠的、与PET/CT相似的定量诊断信息。
(二)病灶检测效能评价
18F-FDG PET/MR和PET/CT对于肿瘤病灶的检出能力各有优势,具有互补作用。徐白萱等比较了PET/MR与PET/CT在病灶检测性能的差异,分析比较了277例患者PET/CT及PET/MR的结果,其中阳性220例,病灶353个。与PET/CT结果相比,PET/MR少发现了6个病灶,但多发现了30个病灶,两者的探测效率差异有统计学意义(p < 0.05)。如果以病灶和患者计,两者的一致性分别为 89.8%(317/353)和 85.9%(189/220),提示PET/MR一体机可以为临床提供可靠信息,尤其是在躯干部位如腹、盆腔病变及软组织病变的检测方面优于PET/CT,但PET/CT探测肺部病灶有优势。
第三节 PET/MR临床应用及优势
PET与MRI的组合及其应用已成为近年来研究的热点。初步经验证明,PET/MR一体机多模态显像实现同步采集图像具有巨大应用潜力,其优点胜过单独使用两种显像模式。将MRI或CT形态学影像与PET分子影像的结合在肿瘤诊断、治疗前分期、治疗反应评估、复发监测以及其他领域,例如心脏病学、神经病学、精神病学中起着关键作用。
长期以来,为了改善核医学分子影像质量,一直试图将功能影像与形态学影像结合,20世纪80年代末,第一台混合装置的应用,直到今天SPECT与CT结合和PET与CT的结合。在这两种多模态系统中其功能更强大,SPECT和PET与CT解剖图像的融合,从而创建新的融合图像。随着2001年PET/CT扫描仪在临床上广泛应用,并很快证明这两种扫描模式融合为一个系统是有益的,因为可以确保同时获取解剖和功能影像。经过10余年的实践证明,PET/CT多模态显像对肿瘤的诊断和治疗过程产生了重大影响,甚至有50%的病例治疗决策发生改变,其社会价值和经济价值是不言而喻的。
本节就PET/MR在几种主要疾病的应用作一介绍。
一、在肿瘤疾病的应用
在肿瘤学中,影像检查在早期诊断、分期、治疗反应和复发早期监测中起重要作用。已有证据表明,18F-FDG PET/CT显像在许多肿瘤能准确进行T分期,例如在头颈部肿瘤、非小细胞肺癌和结肠癌。肿瘤局部浸润的评估主要基于形态学数据,这也是为什么说PET/MR扫描中MRI成分要优于PET/CT显像中CT的原因,特别是在乳腺、前列腺、头颈部、肝脏、肌肉、骨骼和脑部的肿瘤,MRI影像具有较高的软组织对比度,因此其影像准确性也更高。PET/MR在头颈部肿瘤局部分期方面也明显优于PET/CT;在乳腺癌患者,MR乳腺成像显示出较高的敏感性,但特异性相对较低,然而,18F-FDG PET/CT显像则更特异,但敏感性较低。如果将PET和MRI影像数据结合分析,其特异性可从53%提高到97%,单独18F-FDG PET的假阴性率也从26.7%下降到9%,而且18F-FDG PET与MRI影像的融合也有助于选择合适的活检病灶,尤其是在MRI有多个可疑乳腺病灶的妇女,取高代谢活性病灶活检可提高活检的阳性率和准确性。
(一)胃肠道恶性肿瘤
PET/CT是胃肠道(GI)恶性肿瘤分期和随访公认的多模态显像技术,尤其是结直肠癌。近年PET/MR一体机也已用于临床,虽然不会取代PET/CT的规范使用,但可能有选择性地用于胃肠道恶性肿瘤的评价。由于PET/MR显像中MRI影像可提供弥散加权成像(DWI),其软组织对比度、解剖结构描述和提供功能信息要优于PET/CT,对直肠癌T分期、随访以及在肝脏病变特征的显示方面具有明显的优势。PET/MR的另外优势是通过DWI功能信息和使用肝脏特异性MRI造影剂显像用于全身和局部治疗后肝转移的随访。新的放射性示踪剂将改善PET/MR显像在肿瘤分期和随访中的效能,如果结合应用针对肝细胞癌和神经内分泌肿瘤的显像剂,则准确性将明显提高,包括应用11C-胆碱、11C-乙酸盐以及68Ga-奥曲肽等。在胆管癌、胆囊癌和胰腺癌的患者,PET/MR显像也可选择性用于初步分期和随访评估。
结直肠癌正确分期对于治疗决策至关重要,关系到患者的预后,Catalano等比较了26例同日接受了全身PET/CT和PET/MR的患者,比较两种显像对分期的一致性和正确性,发现PET/MR和PET/CT都正确者占18/26(69%),PET/MR和PET/CT都不正确占1/26(3.8%),PET/MR正确PET/CT 不正确占 7/26(27%,p = 0.02),表明 PET/MR分期的正确率(25/26,96.2%)显著高于PET/CT(18/26,69.2%),提示对结直肠癌的分期PET/MR优于PET/CT,PET/MR能准确进行结直肠癌局部和远处分期。
MRI是目前直肠癌局部分期常用手段,PET也是评估结直肠癌的可选方法。事实上,先前的研究已经证实,使用肝细胞特异性造影剂的肝脏MRI在检测结直肠癌肝转移方面可提供高诊断性能影像。如果将提供解剖和代谢信息的全身PET/MR同机成像模式用于临床,探讨该多模态影像是否改善肿瘤疾病的诊断与分期的性能,与常规CT、PET或MRI成像单一模式比较能否提供有关疾病表型和生物学的附加信息,改善患者的预后,无疑是值得深入研究和期待的工作。
PET影像可以提供病变代谢信息,而MRI也可提供肿瘤生理学信息,18F-FDG PET和扩散加权磁共振成像(DWI)两种常用的功能参数之间究竟有什么关系,是人们关注的课题。为了探索PET/MR一体机同时获得的SUV和表观扩散系数(ADC)之间的关系,Jeong等分析了直肠癌病灶的ADCs与来自PET/MR的SUV之间的相关性,并与PET/CT进行比较。9例经组织学证实的直肠腺癌患者依次行躯干18F-FDG PET/CT和局部18F-FDG PET/MR显像。使用最大摄取的40%为固定阈值来确定PET图像上的感兴趣肿瘤体积(VOI),自动计算 SUVmax、SUVpeak和 SUVmean等。结果表明,应用PET/MR测得的病灶SUVmax、SUVpeak和 SUVmean分别为 12.35 ± 4.66、9.66 ± 3.15和 7.41 ± 2.54,而直肠病灶的 ADCmean值为 1.02 ×10-3mm2/s ± 0.08 × 10-3mm2/s,ADCmean值与 SUV值呈显著负相关(SUVmax,ρ = -0.95,p < 0.001;SUVpeak,ρ = -0.93,p < 0.001;SUVmean,ρ = -0.91,p = 0.001)。该PET/MR初步研究证明,在直肠癌患者,18F-FDG PET代谢活性与DWI的水扩散之间存在显著的负相关,说明两种功能参数均能反映病灶的功能活性,但是两者的生物学意义是否也相似还有待进一步阐明。
关于PET/MR在结直肠癌的作用也有不同的看法,认为与PET/CT影像相比,PET和MRI影像的融合在结直肠癌患者并没有显示出优于PET/CT的地方。Kam等对23例直肠癌患者进行了研究,发现在肿瘤T分期中,22例T2、T3肿瘤患者MRI分期正确为14例(63.6%);在淋巴结评估中,PET/MR融合的敏感性为44%,特异性和阳性预测值为100%,PET/MR融合没有获得MRI加腹部CT和胸部X线片基础上额外的信息,提示PET/MR融合对直肠癌分期与常规影像相比几乎没有影响。当然,该研究的病例数比较少,还需要更多的临床数据进行验证。
(二)肝细胞癌
目前还没有见到有关PET/MR显像在评估肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)的数据发表。PET/CT对HCC评估的敏感性和准确性很大程度上取决于18F-FDG的特性,某些高分化的HCC不摄取18F-FDG,表现为假阴性,而中低分化的HCC患者18F-FDG显像阳性率较高,特异性也较好。较小的肝癌病灶以及高分化HCC常常不表现为高代谢而漏诊,此外CT平扫在肝脏病灶的检出方面敏感性也不高,故传统的18F-FDG PET/CT对肝癌的评估并不占优势。如果结合新的正电子显像剂的应用,如11C-乙酸盐和11C-胆碱显像,则可显著提高PET/CT和PET/MR显像中PET的敏感性和准确性(图12-1)。由于PET/MR显像对于发现较小或高分化肝癌病灶具有优势,可以预料PET和MRI影像的结合,特别是fMRI或MRI增强扫描与PET的结合将可获得比PET/CT更好的影像,尤其是结合11C-胆碱、11C-乙酸盐可以改善高分化HCC的诊断效率。Lanza等人报告了11C-胆碱PET/CT显像对HCC患者处理的影响,并将其纳到综合诊断成像和多学科团队(MDT)讨论,所有患者的肝脏MDT讨论都做了修订。对11C-胆碱PET/CT怀疑或确诊的HCC病灶,或巴塞罗那临床肝癌分期为A、B、C进行分析。总共73例患者入组,42例(57%)为新诊断的患者,而31例(43%)为疾病复发病例;7例(10%)患者为巴塞罗那临床肝癌0期,31例(42%)为A期,15例(20%)为B期,18例(25%)为C期。显像结果的确认以组织学或MDT共识为参考标准,最低随访时间为6个月。共有8例(10%)患者首先接受了化疗(索拉非尼),43例(59%)接受手术,2例(3%)接受手术或经动脉栓塞,5例(7%)仅接受随访,1例(1%)接受肝脏外照射治疗,7例(10%)行肝脏立体定向放疗,6例(8%)经动脉栓塞,1例(1%)行肝移植治疗。经11C-胆碱PET/CT和MDT讨论后,7例患者的诊断发生改变,6例患者治疗方案发生改变,9例患者的诊断和治疗均改变。总体而言,本组病例基于该处置算法有30%的患者诊断或治疗发生改变。研究结果说明,将11C-胆碱PET/CT加入到MDT讨论,使得1/3HCC患者的诊断/治疗发生改变,这一新的诊断模式改善了HCC患者的管理(图12-1)。
此外,使用新型造影剂的MR成像显示可提高HCC检测的敏感性,并可能成为未来实践中的替代成像方式。然而,从外科医生的角度来看,增强CT扫描可为肿瘤和相邻重要器官结构之间的解剖关系提供高分辨率相关信息,这对于规划复杂的外科手术至关重要,但是高质量的MR成像有可能替代或等同于传统的增强CT扫描。总之,不同的成像模式有其自身的局限性和优势,而多模态、多功能探针的应用对于提高诊断准确性具有重要的互补作用。
图12-1 一例肝细胞癌患者PET/CT和PET/MR显像
女,65岁,因肝脏占位行18F-FDG PET/CT显像。A、B.示肝右叶体积缩小,肝硬化,肝右后叶见稍低密度结节,18F-FDG摄取无异常增高(A)。隔日后行11C-胆碱PET/MR显像,见肝实质信号不均,呈多结节状改变,肝右叶后段见直径3.1cm类圆形边界模糊等T1稍长T2信号,弥散受限,11C-胆碱显像早期及常规显像见病灶呈分布异常浓聚,SUVmax分别为12.2和16.0;肝右叶后上段见小片状稍短T1等T2信号,未见明显弥散受限,早期及常规显像胆碱代谢增高(B);考虑肝癌可能性大
(三)原发性骨肿瘤和软组织肉瘤
MR显像是骨与软组织肿瘤分期的有效方法,18F-FDG PET/CT显像对肿瘤的分期评估也具有较高准确性,而将PET信息与MRI影像融合将可以使获得许多附加信息,有助于指导临床选择合适的活检部位,提高活检成功率,对于精确规划手术和放疗计划也具有重要作用。
目前尚未见到应用PET/MR骨和软组织肿瘤的数据报道,但是18F-FDG PET/CT的应用也有一些研究,Salem等回顾性分析了28例源于骨的Ewing肉瘤患者的18F-FDG PET/CT,评估其化疗前后SUVmax是否可以作为唯一的生存指标。平均化疗前SUVmax为10.74(SUV1),诱导化疗后为4.11(SUV2),结果表明,较高的 SUV1(HR = 1.05,95%置信区间:1.0~1.1,p = 0.01)和 SUV2(HR = 1.2,95%置信区间:1.0~1.4,p = 0.01)患者伴有较差的总生存期(OS),SUV1的截断值(cut off point)为11.6,SUV1高于11.6患者其OS(HR = 5.71,95%置信区间:1.85~17.61,p = 0.003)和无进展生存期(PFS)(HR = 3.16,95% 置信区间:1.13~8.79,p = 0.03,p < 0.05)有显著差异。该结果证明18F-FDG PET/CT可作为骨Ewing肉瘤生存的预后指标。由于MRI对骨与软组织的分辨率较高,其PET/MR的准确性和价值无疑优于PET/CT。
(四)前列腺癌
PET/MR在前列腺癌的应用价值因MRI影像分辨率的提高而超过PET/CT,对于长期PSA值增高而活检结果为阴性的患者,PET/MR显像能够更精确地指定活检部位。Eiber等的结果表明,PET/MR在前列腺癌患者的应用价值在于再分期方面,PET/MR一体机全身11C-胆碱(11C-choline)显像具有较高的软组织对比度和提供多参数影像,明显优于11C-胆碱PET/CT,特别是在探测局部复发和骨转移方面。作者报道94例复发性前列腺癌患者接受了单次11C-胆碱注射行PET/CT增强扫描和PET/MR双重显像,由两个阅片组(组1和组2)分别读取影像数据,用5点量表评估局部复发、淋巴结和骨转移情况,使用ROC分析比较PET/CT与PET/MR的诊断效能。最终有75例患者合格入选图像分析。总共188个区域(regions)被认为是阳性:包括37例患者局部复发,87个有淋巴结转移区域,64个有骨转移区域,两个阅片组之间PET/MR平均检出率为84.7%,而PET/CT为77.3%(p > 0.05)。在第一组PET/MR比PET/CT能发现更多的局部复发,但是在两个组PET/CT确定的淋巴结和骨转移明显多于PET/MR,然而,在PSA值≤2ng/ml的亚组患者没有这种差异。几乎所有类别患者不同显像模态间和阅片者间为中等度的一致性(K > 0.6)。与PET/CT相比,PET/MR的患者平均辐射暴露的减少率为79.7%(范围72.6%~86.2%),与PET/MR(50.4分钟± 7.9分钟)相比,PET/CT的平均显像时间显著缩短(18.4分钟± 0.7分钟)。本研究结果得出结论:11C-胆碱PET/MR是前列腺癌复发生化再分期的一种强大的成像模式,不同阅片者之间图像解释的一致性好。与PET/CT相比,对局部复发的检测能提供更高的诊断价值,且具有辐射剂量低的优势。在PSA值> 2ng/ml的患者,PET/MR的缺点是显著延长了显像时间,并且在检测骨和淋巴结转移方面略有不足。因此,我们建议对于低PSA值(≤2ng/ml)的患者使用11C-胆碱PET/MR较好,而PSA值高的患者则优先使用PET/CT。
近几年,68Ga-前列腺特异性膜抗原(prostatespecific membrane antigen,68Ga-PSMA)PET/CT显像引起广泛关注,其准确性优于18F-FDG,而应用68Ga-PSMA PET/MR显像,对于前列腺癌及其转移灶的评价优于PET/CT显像,尤其是对于PSA浓度较低的患者仍然呈阳性(图12-2)。
图12-2 前列腺癌患者68Ga-PSMA PET/MR显像
男,70岁,前列腺环切术后,PSA偏高(8 ng/ml)。68Ga-PSMA PET/MR显像提示前列腺中央区显像剂异常浓聚,提示中央区前列腺癌累及盆腔两侧小淋巴结,其中盆腔左侧2枚小淋巴结浓聚,考虑转移
(五)淋巴瘤
目前18F-FDG PET/CT在霍奇金淋巴瘤(HL)和非霍奇金淋巴瘤(NHL)分期与疗效评估中已得到临床的认同和广泛应用,且有大量的文献发表,其准确性较高,尤其是早期疗效评估和残留监测方面。而PET/MR显像可以替代年轻患者,特别是儿童的PET/CT显像,以减少接触电离辐射;然而,目前这方面的资料还很少。
18F-FDG PET/CT在评估各种类型癌症的N分期方面比单独的CT更准确。在18F-FDG PET/CT显像可以获得CT以外有关淋巴结代谢活性的额外信息,因为单独的淋巴结大小并不能确定其良恶性,较小的淋巴结(< 1cm)也并不总是良性,而肿大的淋巴结并不代表是恶性。因此,预计PET/MR显像,尤其是结合fMRI对于判断淋巴结良恶性的准确性将与PET/CT相似甚至更好。
PET/MR在淋巴瘤的评估方面,Afaq等分析了66例HL或NHL患者68次全身PET/MR和PET/CT检查。PET/CT和PET/MR共确定了95个淋巴结和8个结外病灶,此外,PET/MR还发现了3个淋巴结和1个结外病灶。在阳性病灶的检出方面,两名阅片者对PET/MR的解读一致性非常好,对PET/CT和PET/MR解读之间的一致性也几乎完美(k > 0.978)。PET/CT 与 PET/MR 不同模态间在分期和病情估计方面的一致性也近乎完美(k = 0.979~1.000)。两种多模态显像测定的 SUVmax有显著相关(r = 0.842,p < 0.001)。但所有病例弥散加权影像并没有改变病灶检出和临床决策。ADCmean与SUVmax之间存在负相关(r = -0.642,p < 0.001),表明 PET/MR 与 PET/CT对淋巴瘤都是可靠的选择,弥散加权没有改变诊断准确性,但PET/MR辐射剂量低,将成为淋巴瘤常规的影像检查。
(六)胰腺癌
胰腺癌患者PET/MR显像与PET/CT比较具有同等价值,但是提供病灶的对比度和与周围组织的关系等优于PET/CT,图12-3为一例华中科技大学同济医学院附属协和医院接诊病例的PET/MR和PET/CT影像。Joo等比较了PET/MR和PET/CT的临床诊断效能。在37例胰腺肿瘤患者,39个胰腺肿瘤病灶接受了PET/CT加对比增强和PET/MR检查。结果表明,在PET/MR和PET/CT影像上胰腺肿瘤病灶的SUVmean和SUVmax之间有很好相关性(r = 0.897和0.890,p < 0.01),PET/MR影像在肿瘤可切除估计方面的诊断性能与PET/CT +对比增强没有显著差异。在肿瘤的分期方面两种显像的准确性有一定差异,PET/MR和PET/CT对胰腺癌的N分期准确性分别为54%(7/13)和31%(4/13),M分期准确性分别为94%(16/17)和88%(15/17),提示18F-FDG PET/MR在胰腺癌患者术前评价肿瘤可切除性和分期方面的诊断性能与PET/CT +对比增强多排CT基本相似。
图12-3 一例胰腺癌患者PET/MR显像
女,61岁,全身皮肤、巩膜黄疸20余天就诊。A、B.CT发现胰头占位伴肝内胆管、胰管扩张。注射18F-FDG后120分钟行PET/MR显像(A)示胰头见直径1.8cm稍长T1、T2信号结节,弥散受限,代谢异常增高,胆管、胰管扩张,腹膜后淋巴结肿大,代谢增高,考虑为胰头恶性肿瘤伴淋巴结转移。B为注射显像剂后60分钟的PET/CT显像
(七)不明原发癌(CUP)的诊断
为了探讨PET/MR在不明原发癌(carcinoma of unknown primary,CUP)诊断中的价值,Ruhlmann等对20例CUP患者进行了分析,并与PET/CT进行比较。结果发现,在原发灶的诊断方面,20例患者有11例PET/CT和PET/MR都能正确确定原发肿瘤,而对转移灶PET/CT发现了38个转移灶,PET/MR发现37个转移灶(1个肺转移灶< 5mm未能发现),其阳性病灶PET/MR平均SUVmax为 7.9 ± 4.2,PET/CT 为7.2 ± 3.5,r = 0.927,两者有很好相关性,PET/MR评价颈部病灶最佳,而PET/CT评价肺部病灶最佳。在诊断可信度方面PET/CT和PET/MR都有较高可信度(2.7 ± 0.5),在CUP患者两种显像方法对原发癌和转移灶的诊断均具有同等价值,但各自有优缺点,PET/CT费用低,但是辐射剂量相对高;PET/MR辐射剂量低,但检查费用高。
PET/MR在临床实践中早期的应用就是在头颈癌显像,因为在头部和颈部肿瘤的断层显像中,形态学成像模式CT和MRI被认为是类似的有效工具。18F-FDG PET的加入相信可以提高两种类似显像模式的准确性。然而,在头颈部肿瘤影像学中有一些具体的情况,MRI被认为可提供超过CT的信息,包括肿瘤的神经周围侵犯和重要的解剖标志如椎前筋膜和大血管壁的浸润。这种情况下PET/MR一体机可比PET/CT或分开采集PET/CT和MRI提供更高的诊断确定性。MRI的另一个优点是可以使用几种功能技术,其中一些功能可能改善PET/MR在头颈部肿瘤显像的性能,其他一些功能技术实际上可能有助于证实PET所见。
(八)转移性肿瘤
某些研究比较了全身PET/CT和MR显像在评估远处转移的作用,对于解剖学不同的区域其结果也不同,PET/CT显像更适合评估肺部转移,而MRI则更适合肝脏、骨骼、骨髓和脑部转移病灶。PET与MRI影像的组合在评估这些器官中的转移病灶,特别是肝脏微小病灶的检测和骨髓浸润的患者可能具有显著的优势。
(九)肺癌
在NSCLC胸部分期与治疗决策方面,18F-FDG PET/MR与PET/CT的价值相当。Schaarschmidt等回顾性分析接受两种显像的77例NSCLC患者,胸部PET/MR和PET/CT分期的差异为35%(27/77),其中T分期差异为18%(n = 14),N分期差异为23%(n = 18),M分期差异为1%(n = 1),有8%(n = 6)的患者改变了治疗决策。尽管胸部18F-FDG PET/CT和PET/MR在TNM分期方面有变异,但是两种模式对NSCLC患者的治疗决策是相当的。通常CT对肺小结节特别是磨玻璃样结节诊断的敏感性和特异性优于MRI,但MRI对于观察肺血管和支气管形态方面优于CT影像。因此,在NSCLC的临床分期上,18F-FDG PET/MR被认为可能替代PET/CT。
(十)乳腺癌
Melsaether等比较了18F-FDG PET/MR与PET/CT对乳腺癌病灶及远处转移灶的探测与患者辐射剂量,结果表明两个系统均有较高的敏感性和特异性,图像质量也相当。但是在乳腺癌患者PET/MR显像对肝脏和骨转移病灶的敏感性较高,尤其是对肝脏小病灶探测,而PET/CT对肺转移的敏感性较好,PET/MR的辐射剂量仅为PET/CT的一半,因此总体来讲PET/MR应用具有一定优势。
(十一)神经胶质瘤术后残留与复发监测
在脑肿瘤PET成像中,根据肿瘤分级不同其代谢特征也不一样,在18F-FDG显像,Ⅰ、Ⅱ级胶质瘤一般无代谢异常增高,而Ⅲ、Ⅳ级多表现为高代谢(图12-4A)。由于星形胶质细胞氨基酸代谢较高,而正常脑皮质摄取较低,靶与非靶比值高,对脑肿瘤的诊断和残留与复发的评估优于18F-FDG。目前两种较特异的放射性药物,18F-FET(氟乙基酪氨酸)和11C-MET(甲硫氨酸)可用于恶性和良性疾病的鉴别以及脑肿瘤术后残留与复发监测(图12-4B)。将11C-MET PET特异性影像与fMRI高分辨率形态与功能影像结合对于脑肿瘤的诊断、术后残留与复发的判断、放疗边界勾画与计划将提供重要的依据,尤其是MRI还可以提供病灶血流灌注、波谱等多种生理信息,有助于鉴别脑肿瘤术后或治疗后残留与复发,其价值明显优于PET/CT获得的信息(图12-5)。
对脑肿瘤治疗决策的影响方面,PET/MR可以提供更多有价值的信息。Catalano等回顾性分析了134例同日接受18F-FDG PET/CT和PET/MR的非中枢神经系统原发的恶性肿瘤患者,134例患者中仅2例(1.5%)PET/CT发现异常而PET/MR未发现而改变了临床处理;但是134例中有24例患者(17.9%)PET/MR的结果改变了临床处理,而PET/CT没有发现;PET/MR影像的发现影响临床处理的比例明显高于PET/CT的发现(p < 0.001)。表明单独PET/MR显像对临床处理的贡献大于单独PET/CT,PET/MR影像常常能提供PET/CT不能获得、影响患者处理决策的信息。
(十二)肿瘤治疗疗效评估
在各种恶性肿瘤患者,治疗反应的评估大多是根据使用相应的国际标准,例如RECIST标准、WHO标准等。但已有资料表明,这些基于肿瘤形态学变化的标准评估肿瘤治疗反应有一定的局限性,因为肿瘤实施放化疗后其形态学变化可能需要4~6周以上时间,且易受放疗后炎症的干扰难以判断疗效。而近几年来,有关PET/CT早期评估肿瘤治疗反应的研究较多,也相继发布了部分肿瘤PET疗效评估的标准,如PERCIST标准。在实体瘤和淋巴瘤患者,PET/CT显像的应用促进了治疗反应评估的发展,不仅根据治疗前后病变大小变化,还结合代谢水平的变化评估疗效。Lambrecht等临床研究表明,DWI也可用于治疗反应评估,对于晚期结直肠癌术后患者,放化疗前后DWI的变化比单纯的肿瘤体积测量更准确,特别是fMRI的PET/MR显像明显改善了治疗效果的评估,并可进行早期复发监测。在头颈部肿瘤治疗反应评估中,由于PET显像具有较高的阴性预测值,MRI具有高敏感性,而PET/MR多模态影像的结合,优势互补将发挥极好的预测价值。在其他类型的恶性肿瘤中,PET/MR显像在评估治疗反应或复发方面的潜力还需要进一步研究。
图12-4 11C-MET PET/MR显像监测脑肿瘤术后残留与复发
女,64岁,左颞叶胶质母细胞瘤(WHO Ⅳ级)术后8个月余,质子碳离子放射治疗及同步化疗后半年余。A、B.PET/MR显像左侧颞叶、海马邻近术区边缘、左侧岛叶、左侧基底节区异常信号影,上述部位灌注较对侧显著增高,MRS胆碱峰显著增高,葡萄糖(A)及甲硫氨酸代谢(B)局限异常增高,考虑为恶性病变残留/复发。余左侧额顶颞叶大片水肿,灌注较对侧减低,葡萄糖代谢较对侧减低,甲硫氨酸代谢未见异常,考虑为水肿继发性改变
图12-5 脑胶质瘤术后PET/MR多参数显像
男,53岁,右顶枕叶胶质母细胞瘤(WHO Ⅳ级)术后近1年,放化疗后半年余。MRI示右顶叶结节状混杂信号影,甲硫氨酸代谢局限增高,病变中心为著,MRI灌注增高,波谱分析胆碱峰显著增高,右顶枕颞叶片状水肿,提示残留/复发
(十三)儿科肿瘤
由于考虑到辐射问题,全身PET/MR多模态显像被公认是儿科肿瘤重要的应用。初步的研究已显示出PET/MR在儿科肿瘤临床应用的可行性以及与PET/CT相比可能的优势。PET/MR显像除了大约可以降低50%~75%的辐射剂量之外,全身PET/MR多模态显像可提供病理生理过程的多参数特征的诊断优势,并有助于减少必要的显像研究数量。然而,迄今为止只有很少的关于儿科PET/MR研究数据报道。为了充分理解这一新显像方法的临床效能,还需要进一步深入临床研究,包括儿科肿瘤PET/MR显像的适应证等。可以预料,PET/MR多模态显像将是小儿肿瘤学领域一种很有前景的成像方式,可以大大降低儿科患者的诊断性辐射照射剂量,减少必要的影像学检查次数。
二、神经科学领域的应用
与全身成像相反,PET/MR脑成像明显更容易,因为在扫描过程中被检查的器官(大脑)可以在一个床位完成显像,从而缩短扫描时间导致数据量减少。PET/MR脑显像通常由使用或不用造影剂、MR血管造影、DWI、灌注加权成像(DPI)、MR波谱(MRS)和扩散张量成像(DTI)等不同的MRI序列的T1和T2依赖图像组成。MRI扫描对于大多数神经系统疾病的评估是必不可少的,而且PET扫描在许多临床情况下又可提供补充信息,因此PET与MRI的组合具有重要的意义。由于分子成像在痴呆的诊断中有较高的价值,一些新的PET显像剂的应用已被纳入神经退行性疾病评估指南;PET显像也为脑肿瘤、癫痫和脑卒中患者提供补充信息,两种成像技术的结合,将成为可以提供中枢神经系统病理学附加信息的合理解决方案。
(一)认知障碍疾病
在成年认知障碍患者使用PET/MR脑β-淀粉样蛋白沉积物显像可以区分诸如阿尔茨海默病(AD)、路易体痴呆、帕金森病过程中的痴呆之类的情况,目前最常用的显像剂有11C标记的匹兹堡复合物B(11C-Pittsburgh compound B,11C-PIB)。在认知障碍病因诊断中,11C-PIB显像阳性提示AD的可能性大(图12-6),而阴性结果表明淀粉样蛋白斑块沉积很少,其发生AD的概率很低。
在脑神经受体显像中,多巴胺受体和多巴胺转运体PET/MR显像具有较高的诊断和鉴别诊断价值,目前应用的显像剂也比较多,常用的有多巴胺能神经递质显像剂18F-DOPA、11C-NMSP和突触前膜多巴胺转运体显像剂11C或18F-FP-CIT、11C-CFT、99mTc-TRODAT-1等,这些新的神经受体显像剂结合MRI,对于认知功能障碍疾病以及神经退行性疾病的诊断与鉴别诊断是非常理想的组合,图12-7为一例帕金森病患者的11C-CFT显像,双侧基底神经节分布稀疏。Kwon等在15例疑为PD的患者比较了18F-FP-CIT PET/MR与PET/CT对脑DAT功能的评价。所有患者都显示相对于腹侧壳核(VP)保留而言,后壳核(PP)DAT结合明显减低,PET/MR和PET/CT两种模式测定的双侧纹状体区域结合率(BR)有较好一致性,但是MRI比CT提供了更多脑病变的解剖学变化信息。
(二)脑血管病
MRI还可评估急性脑卒中的原因是血管破裂还是血管阻塞,以及缺血性病变的大小、部位甚至可逆性。此外,MRI扫描有助于选择缺血性脑卒中患者,缺血事件发生后4.5小时内将从溶栓治疗中受益的患者。近些年来,脑血流量(CBF)可逆性减低的临界值确定已从最初的15O PET成像转向MR成像,15O PET脑血流显像虽然准确性好,被认为是脑血流或者心肌血流绝对定量测定的“金标准”,但是15O的半衰期仅2分钟,使用条件要求高难以临床推广,而近年发展起来的MR显像评估脑灌注发展非常快,应用动脉自旋标记(arterial spin labeling,ASL)技术可以获得局部脑血流量情况。Zhang等使用PET/MR一体机磁共振ASL技术和H2O PET同时测量并评估了10名健康受试者的脑灌注[15O],结果显示,与PET相比ASL法显示出中度的高估了CBF,两种方法测定的全脑CBF分别为43.3ml/(100 g·min)± 6.1ml/(100g·min)(PET)和51.9ml/(100 g·min)± 7.1 ml/(100g·min)(ASL),灰质/白质CBF比值分别为3.0(PET)和3.4(ASL),两者之间均具有很好相关性。提示PET/MR一体机可以用不同的方法同时测定CBF,避免不同时间测定带来的生理和功能变化差异。尽管目前还没有关于脑卒中诊断的PET/MR研究报告,但似乎PET/MR融合将是检查脑卒中患者的理想工具,结合弥散加权MR成像(DWI)和定量CBF是评估脑卒中的重要参数。
图12-6 AD患者11C-PIB显像,见大脑皮质明显的淀粉蛋白沉积,符合AD表现
图12-7 11C-CFT多巴胺转运体PET/CT与PET/MR显像
A.正常人11C-CFT多巴胺转运体(DAT)PET/CT显像;B、C.PD患者PET/MR影像,可见双侧基底神经节分布稀疏,提示多巴胺转运体功能明显受损,MR影像未见明显异常信号(B);18F-FDG PET/MR显像基底节葡萄糖代谢大致正常(C)
(三)癫痫定位
为了在术前确定致癫痫病灶,MR成像是首选。然而,在大约20%的颞叶癫痫(TLE)患者MRI无诊断价值,或者MRI和EEG结果不一致。在这种情况下,应该使用另外的非侵入性检查方法来评估不正确的脑功能结果,例如脑磁图(MEG)、SPECT和PET。使用18F-FDG PET显像在发作间期显示癫痫灶为代谢减低,是颞叶癫痫计划治疗前的首选成像方法。MRI与18F-FDG PET显像结合在术前评估癫痫灶已经得到人们的普遍认同和应用。
(四)脑功能研究
在复杂的大脑活动显像方面,PET和MRI同步显像也是非常有益的,可以多尺度快速监测大脑的信号波动。PET/MR一体功能同时、同步评估有关认知过程的各种神经化学和功能参数,例如观察尼古丁受体和平行的BOLD功能磁共振成像评估血氧水平依赖MRI信号强度。PET/MR对于神经科学研究,特别是思维、行为科学和不同刺激反应研究将具有重要意义。
三、心血管疾病
PET/MR融合显像不仅用于肿瘤和神经影像系统疾病评价,对心脏显像的应用也有很高价值,但是心脏的PET/MR显像在技术上更复杂,涉及衰减校正、门控技术和更复杂的工作流程,与PET/CT显像或独立MR成像相比要求更精细的图像分析。PET/MR成像可用于心肌炎性疾病(例如结节病)的评估,也可对PET与MR显像数据进行交叉验证(例如心肌灌注成像),以及帮助验证各种疾病状态的新型生物标志物,例如心肌梗死后炎症等。
同时采集PET/MR成像将心脏MR成像的解剖优势与PET和MR成像的定量优势能力相结合,不仅具有评估心脏肿瘤的潜力,而且能够评估心肌缺血、梗死以及心脏结节病等心肌病的功能和特征性改变,PET代谢显像还可评估心肌存活,指导缺血性心肌疾病的治疗。
心源性死亡是结节病(sarcoidosis)患者死亡的主要原因,因为心脏受累往往未被发现。心血管磁共振成像(CMRI)和18F-FDG PET已用于心脏结节病的诊断,但还未见两种技术的同时应用。为了研究心脏PET/MR同步成像诊断和预后效用,Wicks等对51例疑似心脏结节病患者同时进行PET/MR显像,并按照美国心脏协会16节段法行FDG摄取和晚期钆增强盲法图像分析,评估PET/MR诊断心脏结节病的敏感性和特异性,主要终点包括死亡、心源性猝死、持续性室性心律失常、完全心脏传导阻滞和失代偿性心力衰竭。结果显示,PET和心脏MRI单独诊断心脏结节病的敏感性分别为85%和82%,而PET/MR一体机检测的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为94%、44%、76%和80%。在心脏异常的定位方面不同模式间差异很大(K = 0.02),在中位随访2.2年时有18例(35%)发生不良事件。心脏RV PET异常和LGE的表现是不良事件的独立预测因子,PET和磁共振成像出现异常是主要不良心脏事件的最强的预测因子。本研究表明,同时PET/MR是诊断心脏结节病的准确方法,18F-FDG PET和心脏MRI结合可提供疾病的病理生理学补充信息。在PET/MR上出现LGE和FDG摄取异常预示不良事件风险较高。因此,PET和心脏MRI应作为心脏结节病诊断、分期和预后评估的方法。
动脉粥样硬化斑块成像一直是影像领域具有挑战性的工作,目前应用CT、超声显像以及侵入性血管造影等检查仍然是评估冠脉的主干为主,这些方法对预测由斑块易损性引起的未来血栓栓塞事件的有效性较差。过去人们利用PET和MR成像单独用于斑块表征的成像较多,MR成像能显示斑块组成成分,PET显像也具有使斑块活动可视化的能力,而PET与MRI的结合对斑块易损性的综合评估无疑将更为可靠。
小 结
PET/MR在临床应用的时间不长,对于其优势的评价还缺乏大数据研究,在显像技术和影像分析与定量方法等方面还需要进一步探索和完善,包括可能影响PET/MR成像中PET定量方法的物理与技术方面,特别是衰减校正方面仍在进一步研究和开发之中。从目前的数据来看,PET/MR在临床上的应用价值,特别是在肿瘤学和神经科学领域的应用是很有希望的,其潜力远远胜过单独使用这些成像方法。此外,如果考虑到低辐射剂量需求,如儿童患者的检查和需要多次显像者,PET/MR集成系统可以替代PET/CT显像。然而,为了测试PET/MR的诊断准确性,进一步的前瞻性研究是非常必要的,同时还需要制订临床应用指南和技术规范。目前的主流观点认为,PET/MR和PET/CT将在不同的临床情况下可以起到互补作用。
(张永学)
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