Micro PET结合PMOD在心脏定量中的分析应用

一、        背景简述

心肌组织是动物体内组织中消耗氧和葡萄糖较多的组织，用PET检测正电子显影剂在心肌的氧代谢或葡萄糖代谢可以评价心肌存活情况和供血情况，常用于血灌注、代谢和心肌存活度的研究。

目前已有广泛的示踪剂可用于心脏研究。实际应用时，研究者可根据采用的示踪剂和研究流程，结合小动物PET/CT提供的动态采集功能，通过示踪剂摄取、以及对组织灌注和葡萄糖消耗，可实现量化的分析，获得心脏组织的综合信息。

二、        心脏定量分析方法简介

目前，心肌核素断层显像Z常用的定量分析方法是极坐标靶心图法（polar map），该方法建立在圆周剖面分析法（circumference profile analysis）的基础上，可以增加分析的客观性和标准化。

极坐标靶心图基于短轴断层图像、水平长轴断层图像和垂直长轴断层图像三个方向的断层图像，经过角度取向校正和拟合绘制等步骤获得，可直观地显示病变心肌的位置、范围。

极坐标靶心图法在PET动态心肌血流（MBF）、心肌葡萄糖代谢率（MTGlu）等参数的定量分析上有很大的价值。通过Super Nova® PET/CT选配的PMOD软件可实现极坐标靶心图的获取和分析。

       三、            心脏实例分析

1.      心肌缺血再灌注

（利用Super Nova® PET/CT进行心肌缺血再灌注研究的发表论文实例[1]）

LXRα是针对缺血性心脏疾病的一个内源性保护受体，在心肌梗塞后发生的缺血性心脏疾病中，利用PET/CT成像技术，可以分析LXRα这一受体在心肌葡萄糖代谢中的作用。

研究者对敲除了LXRα基因的小鼠和正常小鼠分别进行左心室的结扎和缺血再灌注，来建立心梗造模（MI）；同时设置Sham组进行假手术，以进行对比分析。缺血再灌注形成的心梗模型建立4天后，对对照组（WI）和实验组（LXRα-/-）小鼠注射FDG，并在2小时后在Super Nova® PET/CT（平生YL）上进行扫描，监测存活心肌情况以及SUV值。

实验结果显示，所有LXRα基因敲除小鼠相对于对照组小鼠表现了更大的心梗范围；利用SUV分析在两组小鼠在心梗部分心肌中的葡萄糖摄取情况，发现LXRα基因敲除小鼠的左心室心肌对葡萄糖的摄取率，明显低于对照组小鼠；比较LXRα基因敲除小鼠和对照组小鼠自身的心梗区和非心梗区，也显示了同样的SUV结果。这表明LXRα基因将极大的影响葡萄糖在缺血性心肌中的获取。

四、           

图2、 LXRα基因对心肌缺血修复的影响（Sham组无明显变化，MI心梗组正常小鼠葡萄糖代谢在手术后显著增加，MI组基因敲除小鼠葡萄糖代谢在手术后显著降低）

[注]：存活心肌是指那些因严重缺血而尚失了收缩、传导功能，但没有发生不可逆坏死性改变的心肌。

2、 静态PET扫描心脏定量分析

在PMOD中，利用极坐标靶心图，可以对心脏的各区域进行定位，得到心脏组织各区域的核素分布图。以下是一只正常大鼠在注射FDG一小时后用Super Nova® PET/CT（平生YL）静态扫描10分钟得到的图像。通过PMOD中的极坐标靶心图分析，可获得各心脏区域的定量结果。

3、动态PET扫描心脏分析

结合动态采集功能，可获得更多心肌功能的定量信息，比如MBF、MRGlu等。以下实验，是对一正常小鼠注射FDG后，立即采用Super Nova® PET/CT设备进行时长一小时的动态PET采集，对结果图像进行坐标取正、坐标变换等操作后，可在极坐标靶心图中将心脏划分为若干区域，每个区域代表心脏不同的部位，通过对PET动态时间序列中的图像进行time curve分析，可得到心肌血流量MBF、心肌葡萄糖代谢率MRGlu等定量分析结果。

四、        小结

近年来开展的动物心脏成像研究越来越多，作为心脏功能性研究的“金标准”，小动物PET/CT有着无可替代的作用。可用于对小动物心脏局部缺血和梗塞模型的糖代谢和心肌血流的研究，评价小动物心肌梗塞模型的病变范围、心肌发育和代谢；在心肌灌注显像中评价冠状动脉血供的研究；在小动物心脏做功减少时的血流保护研究；以及小动物在局部缺血前保护性介入的LX研究或针对局部缺血进行的介入ZL（如通过基因或蛋白质转移进行的血管再生）；利用一些神经类受体示踪迹，还可进行心神经受体显像、显示心脏交感神经功能状况，等等。随着一些新的示踪剂以及显像技术如11C-乙酸、乏氧显像、神经受体显像等正逐渐应用于心脏显像，PET正在心脏分析领域发挥其日益重要的作用。 

五、        续

结合小动物PET/CT配备的心跳门控（Cardiac Gating），小动物PET/CT还可以评估心脏收缩规律，对更多心肌参数进行评测，比如左心室容量-时间曲线（LV volume/time curve），舒张末期容量（ED(end-diastolic) volume），收缩末期容量（ES(end systolic) volume），心博出量（SV(stroke volume)），射血分数（EF(ejection fraction)），节段性摄取（segmental uptake）等等，从而获得对于心肌状态和功能的更全面评价。

关于心跳门控在心脏分析中的应用将在今后文章中再做详细介绍，敬请关注！

注释[1]：

QingqiJi, Yichao Zhao, Ancai Yuan, Jun Pu, Ben He.Deficiency of liver-X-receptor-a reduces glucose uptake and worsenspost-myocardial infarction remodeling[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications,488,(2017): 489-495;