PET/MR在心脏疾病研究中的临床价值与科研进展
一体化多模态成像助力心脑关联机制探索及精准诊疗
PET/MR融合PET分子代谢成像与MRI高分辨率结构和功能成像优势，可在单次扫描中同步获取心肌形态、功能、血流动力及代谢等多维度信息，在心肌纤维化、心力衰竭、心脏淀粉样变性、肥厚性心肌病等疾病的诊断与科研中展现出重要价值。同时，通过神经、内分泌、循环等通路形成的心脑轴交互机制日益受到关注，PET/MR为深入探究心脏与脑部疾病的双向关联提供了强有力的影像学工具。
首都医科大学宣武医院卢洁教授团队利用一体化PET/MR系统开展多项针对心力衰竭（HF）的影像学研究。研究发现，HF患者在额叶、顶叶、颞叶、扣带皮层、海马、小脑等多个脑区的表观弥散系数（ADC）显著升高，提示脑内微结构改变；其中右海马、右杏仁核和双侧脑岛的ADC值与MoCA评分呈负相关，表明特定脑区微结构变化与认知功能障碍相关。此外，左枕下回和小脑半球第Ⅵ小叶的ADC值与晚期钆增强（LGE）体积呈正相关，提示心肌纤维化可能与脑部慢性微结构损伤存在关联。
进一步研究显示，缺血性心脏病所致HF患者多个脑区脑血流量（CBF）下降，且CBF与心肌血流量（MBF）呈正相关，与MMSE评分呈负相关，提示MBF减少引发的慢性脑低灌注可能是认知障碍的重要机制。另一项基于皮层厚度分析的研究发现，HF患者在多个认知相关脑区存在皮层变薄现象，且皮层厚度减少与左心室心肌应变降低及认知评分下降显著相关，提示其在心功能障碍与认知损害之间可能起中介作用。
图1. ADC值变化与CMR参数之间的相关性分析。（A）热图显示ADC值与LGE体积的相关性；（B）散点图显示下枕叶和小脑半球VI小叶的LGE体积与ADC值显著相关。
图2. 组间皮层厚度比较结果。（A）健康对照组与患者组间存在显著差异的体素簇分布；（B）三组（健康对照、认知+、认知-）在特定簇中的皮层厚度对比。
上海市东方医院赵军教授团队在心脏淀粉样变性（CA）研究中建立了一种无需血液采样的定量PET/MR分析方法。采用18F-Florbetapir动态PET/MR扫描，以肾脏为参考组织，结合伪简化参考组织模型（pSRTM2）和伪Logan图法计算分布体积比（DVR）和相对运输速率常数（R1）。结果显示，CA患者的DVR显著升高，R1显著降低；早期（SUVREP, 0.5–5 min）与晚期（SUVRLP, 50–60 min）摄取均与DVR呈正相关，提示双时间窗扫描可用于临床评估。该研究表明，基于pSRTM2的空间约束算法可生成高质量DVR参数图，具备无创量化心肌淀粉样沉积的潜力。
图3. CA患者与健康对照者的代表性DVR参数图像，采用pSRTM2结合空间约束线性回归（LRSC）生成。
图4. 两种输入函数条件下2TCM动力学建模拟合效果较差，提示代谢物校正未能提升定量准确性。
在肥厚性心肌病（HCM）研究中，该团队首次应用[68Ga]Ga-FAPI-04 PET/CMR一体化成像技术，同步评估心肌成纤维活性与组织特征。结果显示，95% HCM患者存在左心室FAPI摄取增高，累及48.8%节段，而LGE仅见于80%患者、29.7%节段，表明PET能检出更多隐匿性病变。FAPI+LGE+节段表现出最明显的心肌增厚、T1/T2延长、ECV增大及应变能力下降。FAPI摄取程度与CMR参数显著相关，并与突发性心脏死亡（SCD）和房颤（AF）风险评分呈正相关，提示联合PET/CMR有助于实现更精准的风险分层与早期干预。
图5. [⁶⁸Ga]Ga-FAPI-04 PET/CMR融合图像示例，涵盖短轴、四腔、二腔视图及16节段心肌厚度与应变分析。
PET/MR凭借其时空同步、多参数融合的优势，已成为神经系统、肿瘤及心血管疾病研究的重要平台。国内首台一体化TOF PET/MR已广泛应用于多家顶级医疗机构，在神经科学、肿瘤学、心脏病学及人工智能等领域推动了一系列高水平科研成果产出。未来，随着定量成像技术和分析模型的持续优化，PET/MR将在心脑轴机制探索、疾病早期识别与个体化治疗中发挥更大作用。