文摘
18F-sodium氟化物(18F-NaF)正电子发射断层扫描(PET)已经成为一种很有前途的非侵入性成像工具活动钙化过程的评估冠状动脉疾病。18F-NaF吸收colocalizes高风险和动脉粥样硬化斑块破裂。最近,18F-NaF冠状吸收被证实是一个健壮的和独立的预测晚期患者的心肌梗死冠状动脉疾病。在本文中,我们概述的冠状动脉18F-NaF成像。特别是,我们讨论了最近开发和验证运动校正技术解决心脏收缩,潮汐呼吸,和病人重新定位在长时间的宠物收购。此外,我们讨论一个新的量化方法冠状动脉钙化灶活动(已受广泛使用方法在肿瘤总活跃的肿瘤体积测量)。这个新方法提供了一个包含数量18F-NaF活动在整个冠状脉管系统而不是单一的最强烈的区域示踪剂吸收信息。
1。介绍
(18F-NaF)是一种建立了正电子发射断层扫描(PET)骨示踪与羟磷灰石结合,一个晶体结构的一个关键组成部分的骨头也存在于动脉粥样硬化斑块(1,2]。除了一个标志的疾病,血管钙化可以量化,用于描述疾病负担的程度(3,4]。除了标准化评估的量化程度和钙化的动脉粥样硬化斑块体积传达预后信息,通常用于风险分层(5- - - - - -7]。而血管macrocalcifications识别在计算机断层扫描(CT)图像代表一个晚期病情稳定冠状动脉斑块的发展和成熟,活跃的钙化过程(钙化灶)与动脉粥样硬化斑块进展,可能变成脆弱的斑块(不稳定的疾病)8,9]或macrocalcifications可以可视化的无创性计算机断层扫描成像(10- - - - - -13]。
2。最初的18F-NaF心血管成像
18F-sodium氟化物被用于肿瘤的评估骨癌和转移近5年来1,14]。在十年前,患者的回顾性研究评估肿瘤的目的使用18F-NaF宠物也发现许多病人18F-NaF吸收在心血管系统(15- - - - - -18]。缩醛树脂等人发现18F-NaF患者主动脉内吸收,没有视觉识别在主动脉壁钙化的CT图像。类似的结果随后报道其他团体(16- - - - - -18]。这些初步的研究引发了兴趣18F-NaF心血管成像假设18F-NaF吸收可能前macrocalcifications早期动脉粥样硬化的标志。德维克等人表明,虽然之间有很强的相关性18F-NaF吸收和冠状动脉钙评分(直接测量冠状动脉疾病负担的),超过40%的患者异常高的冠状动脉钙评分(> 1000)没有宠物示踪剂摄取[19]。这项研究表明,18F-NaF冠状吸收提供了互补的信息相比,措施的冠状动脉macrocalcification与主要不良心血管事件之前,病人的症状,和风险评分。同一组显示18F-NaF PET / CT是第一个非侵入性成像方法来识别和定位和高危冠状动脉斑块破裂(图1)[20.]。在组织学检查,18F-NaF活动中观察到的区域斑块破裂的证据增加炎症,钙化活动,坏死,细胞死亡。这些有前途的结果导致大型观察性研究的开始,旨在探索的预后影响18F-NaF冠状PET成像和介入研究评估潜在的成像模式(重复事件的预测和指导治疗18F-Fluoride (PREFFIR)NCT02278211双重抗血小板治疗,减少心肌损伤(钻石)NCT02110303,Evolocumab对冠状动脉斑块数量和成分的影响和CCTA的钙化灶18F-NaF宠物(进化)NCT03689946(21- - - - - -23])。
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3所示。目前的测量方法18F-NaF吸收及其局限性
两个不同的量化冠状动脉的技术18F-NaF提出了吸收,一个评估全心吸收(全球冠状动脉方法)和另一个专注于冠状动脉内的吸收(coronary-specific方法)。全球冠状动脉方法采用全心分割,人工心脏轮廓的描述连续轴向片(PET / CT图像融合24]。这种冠状分析方法首次被Beheshti说等人肿瘤患者的回顾性研究25]。全球18F-NaF活动可以计算使用volume-corrected求和的意思是标准摄入值(SUVmean)感兴趣的每个区域的连续图像。一种不同的方法评估个人冠状动脉斑块的吸收(coronary-specific方法)被德维克等人提出的,后来精制Joshi et al。19,20.]。这个技术依赖于冠状动脉病变与焦的识别18F-NaF吸收,采用冠状动脉CT血管造影术视觉识别动脉粥样硬化斑块。不管方法用于18F-NaF评估、放射性示踪剂检测活动的动脉粥样硬化斑块的影响血池活动(2,26]。来抵消这一现象而不是报告原油最大标准摄入值(SUVmax),研究人员调整的血池18F-NaF活动,提供一个最大target-to-background (TBRmax)输出(TBRmax =最大的SUV病变/意味着SUV在后台获得血池)。TBRmax计算,然而,背景的变化影响血池活动已被证明改变在2小时内从1小时接受到3小时接受而冠状动脉病变吸收保持一致(27]。为injection-to-scan延迟的变化正确,拉森等人提出了使用背景血池校正因子改善两次试验法的再现性的措施为患者群体中injection-to-scan延迟的微小变化是可能的(28]。
全球和coronary-specific方法都有其局限性。尽管全球冠状吸引人是因为它的简单方法,该方法的特异性是有限的。这主要是由于小冠状动脉病变的大小(导致低血小板活动),这是由于心肌容易产生假阳性结果,瓣膜或心包吸收以及背景噪声(29日]。全球心脏吸收方法依赖于假设任何心脏18F-NaF活动检测到高于血池源于冠状脉管系统。然而,有越来越多的证据表明,心脏瓣膜和大血管绑定18F-NaF,从而影响定量评估的准确性在使用全球心脏评估技术(30.- - - - - -35]。此外,心肌摄取增加18F-NaF通常观察到心肌梗塞,心肌瘢痕组织,和心脏淀粉样变36- - - - - -38]。所有这些可能错误地提高全球18F-NaF阅读导致冠状动脉的高估18F-NaF活动(24]。这些警告plaque-specific方法并不容易;然而,它有一定的局限性有关劳动密集型的主观评估。plaque-specific技术需要手工品的病变,读者必须阅读的冠状动脉树来识别潜在的病变。这里,部分体积效应和宠物之间的不整合吸收和增加冠状动脉CT血管造影术所花费的时间分析和介绍某种程度的读者依赖虽然最近的研究表明高interreader协议(39]。此外,根据Joshi et al .,差异18F-NaF最高为罪魁祸首而nonculprit斑块是只有34%几倍低于PET示踪剂摄取报道肿瘤设置(20.]。最后,通过报告只有一个为最高价值,整个冠状活动不能充分重视;因此在个体与多个病灶吸收的冠状脉管系统,这种方法可能会误导人。
精确和可再生的18F-NaF冠状吸收评估,必须充分利用先进的图像重建方法(40]。正如前面演示的,迭代的数量和使用过滤,以及应用点扩散函数和采用飞行时间信息和决议恢复技术,对吸收值(都有深远的影响41]。在最近的一项研究中,桃瑞丝等人表明严重的信噪比和重建图像质量取决于特定的设置42]。根据他们的研究,而更多的迭代和无预滤器导致更高的吸收值,这样的图像过于嘈杂的和难以解释。因此重要的多中心研究协调成像协议。毫无疑问,重建参数的标准化传播的重要一步18F-NaF宠物,因为它将使制造中心/供应商之间的直接比较,促进建立大型注册数据集(43]。
4所示。扫描过程中运动的影响18F-NaF心血管成像
心血管系统的成像与重要的相关运动在冗长的成像与收购时期延长30分钟20.,34,44]。长期收购带来的风险病人重新定位事件除了心脏收缩和呼吸(心肺运动)45]。一项研究评估频率和病人的影响重新定位显示,重新定位事件可能占16毫米的动作在扫描(46),间接减少量化措施(创业)。之前的研究表明,心脏收缩可能占翻译在右冠状动脉26毫米45),主动脉瓣可能举动12毫米(47]。呼吸道可能占20 - 40毫米的翻译(翻译48),结合心脏收缩和病人重新定位事件引入复杂的运动模式(28]。同时纠正的三种运动模式已表现出改善冠状动脉斑块的两次试验法的再现性研究中,除了确保一致的评估冠状动脉斑块相比常用舒张重建协议(28]。此外,对主动脉瓣狭窄的研究初步结果显示显著增加为评估,以及显著减少图像的噪声(49]。而显著改善创业和两次试验法的再现性措施已报告采用复杂的三重运动校正技术时,心脏运动校正仅提高了图像质量和图像显著降低了噪音28]。这已被证明在冠状动脉斑块的研究使用的PET图像重建50]或通过注册图像重建中使用弹性发射数据注册(51)在主动脉瓣的研究(30.]。
5。冠状动脉疾病的理解:从易损斑脆弱的病人和转移的作用18F-NaF宠物
由于冠状动脉18F-NaF成像技术被认为是一个潜在的非侵入性成像和识别高危冠状动脉疾病的工具,吸收量化方法最终应该符合我们目前对冠状动脉粥样硬化性疾病的理解。尽管几十年来医生和研究人员追求的追求来识别脆弱的动脉粥样硬化斑块,尽管成像技术的主要进步允许可视化rupture-prone斑块,这种方法并没有转化为一种改进的预测不良事件(52]。已经表明,冠状动脉狭窄程度不预测心肌梗死在一些多中心试验。承诺(前瞻性多中心成像研究评价的胸痛)试验中,绝大多数(77%)的心血管死亡和心肌梗死发生在患者在基线腔狭窄< 50% (53]。同样,在标志性的计算机断层扫描发现的冠状动脉综合征(事件)的研究中,大多数急性冠脉综合征被发现从影像学上出现病变(54]。进一步的证据质疑每个斑块的方法的基本原理来自前景试验(冠状动脉粥样硬化的潜在自然历史研究),调查是否检测thin-capped fibroatheroma虚拟组织学血管内超声预测临床不良事件(55]。在这项研究中,595年thin-capped fibroatheromas(这被认为是容易破裂,因此负责急性心肌梗塞)被确定在697例;然而,在平均3.4年的随访中,只有6损伤破裂,间接心肌梗死。鉴于上述研究,评估和管理过渡的冠心病患者(42]。冠心病患者的综合方法是更换lesion-focused策略56]。表现不佳的原因的措施斑块形态、狭窄等级和风险得分基于临床特点的预测不良事件可能是由于这样的事实:这些方法忽略了冠状动脉疾病活动的重要性(57]。最近认为斑块进展(这是一个健壮的不良预后的标志)应该用于患者危险分层(58,59]。重要的是,如图所示,多丽丝等,而不是局限于串行成像为了预测斑块进展,基线冠状18可以利用F-NaF吸收(60]。
6。冠状动脉钙化灶活动
针对从每个病灶转移到更多的全球每个病人的方法,这是显而易见的18F-NaF冠状动脉成像,报告只值对于一个给定的最大创业病人可能是次优的。调整18F-NaF冠状吸收量化新每个病人每个斑块(而不是)范例,我们最近提出了一个新颖的半自动的图像分析方法(61年]。冠状动脉钙化灶活动(CMA)特征18F-NaF吸收在整个使用CT冠状血管angiography-derived中心线来构建三维管状卷感兴趣的每个主要的心外膜冠状动脉周围。从coronary-specific方法,允许评估冠状动脉冠状动脉钙化灶活动方法18F-NaF活动在每个容器,每个病人的基础上,提供更多的全球评估冠状动脉疾病的活动比每病变的方法。
冠状18F-NaF吸收测量像Agatston方法量化冠状动脉CT钙分数和基于宠物量化技术广泛用于肿瘤和心脏结节病(62年- - - - - -64年]。曲折的3 d的利益包含所有主要心外膜冠状血管和他们的直接环境(4毫米半径)自动提取CT血管造影数据集(图2)。在这样的兴趣,冠状动脉钙化灶活动(CMA)代表整个血管疾病活动和基于体积和强度18F-NaF宠物活动可以作为综合计算活动在SUV单位超过背景血池 标准偏差。因此,在患者和血管与多个病灶吸收,CMA提供了一个测量冠状动脉血管疾病活动的。
7所示。CMA与建立CT Angiography-Derived斑块易损性的标志
冠状动脉钙化灶的初始验证活动进行的50人接受了18F-NaF宠物3周内急性心肌梗死。先前的研究表明,18F-NaF相关活动的存在和与体积CT-derived斑块易损性的标志(65年,66年]。鉴于这些协会、低衰减斑块(< 30 Hounsfield单位在冠状动脉病变)是用于验证CMA (67年,68年]。在分析,CMA优于单一病灶(热点)TBRmax低衰减斑块的检测方法(61年]。同样,有更强的相关性低衰减比低衰减之间的牙菌斑和牙菌斑和CMA的常规测量18F-NaF活动有更好的分类(图分离3)。鉴于低衰减斑块一再被证明是与不良结果相关,差异之间的相关性和诊断准确性CMA / SUV和创业支持的观点描述疾病严重程度、CMA优于传统吸收措施(67年,68年]。
8。CMA是一种可再生的和高度可重复的18F-NaF吸收测量
对成像生物标志物临床实用程序,它应该展示精确和可再生的性能分析(69年,70年]。多个研究演示了如何测量与量化方法,结合了视觉歧视创业支持可靠的特征18F-NaF本地化的冠状动脉斑块的观察员和高水平的协议在串行扫描(19,28,70年]。正如上面所讨论的,重现性和可重复性的SUV-based受益于运动校正吸收测量技术(28,50]。我们最近评估内部和interobserver重复性和内扫描再现性的冠状动脉钙化灶活动39]。通过利用20个病人的成像数据18F-NaF宠物两周内两次,我们能够表明,创业和CMA评估是可重复的和可再生的,尽管CMA优越的重复性和再现性。此外,在我们的研究中,没有诊断为CMA观察员和扫描之间的冲突,对于创业的事情并不总是如此。事实上,的存在18F-NaF活动( )或缺乏活动( )在冠状动脉树中,有100%的协议分类之间的观察员和扫描。这是临床相关特别是人口没有已知的冠状动脉疾病18F-NaF作为筛查工具,很少或根本没有活动预计。在这样一个人口,这一事实 之间是完全可再生的观察员和扫描是极端重要的,因为它确实能够告知医生根据患者的冠状动脉钙化灶活动在一个给定的。
9。CMA预测结果建立了冠状动脉疾病患者
识别能力的罪魁祸首斑块在急性心肌梗死患者和不良病变形态科学有吸引力直到最近,我们缺乏有意义的临床应用18F-NaF冠状的宠物。鉴于建立CAD患者组的预测不良事件已被证明具有挑战性的(与当前方法基于临床风险分数,解剖的评估冠状动脉钙化和阻塞性冠状动脉狭窄的严重程度),我们评估是否18F-NaF可以预测心肌梗死在这个人口(71年]。在事后观察性队列研究收集的数据的分析,我们发现18F-NaF宠物提供了一个强大的独立预测致命或非致死性心肌梗死。293年研究参与者与动脉粥样硬化高负担(65%的人有多血管阻塞性冠状动脉疾病,CT钙得分中值为334(76 - 804),和81%的历史前血管再生),我们观察到在近4年的随访20心肌梗死。接受者操作特征曲线分析,冠状动脉钙化灶活动显示更大的预测曲线下的面积比冠状动脉钙评分和心肌梗死临床风险分数。生成不同的临床风险组,我们一分为二人口根据他们的冠状动脉18F-NaF吸收。CMA的阈值为1.56(来自Youden接受者操作特征曲线的指数)的特异性和灵敏度为66%和80%,分别为主要终点。因此,在单变量Cox比例回归, 成为一个预测致命或非致死性心肌梗死(风险比:7.30,95%置信区间2.44 - -21.84; )。重要的是,这些协会坚持多变量分析性,调整后并发症,部分参与评分,冠状动脉支架的数量,多支冠状动脉疾病,冠状动脉钙评分,得分和风险(调整风险比为7.1 (95% CI 2.2 - 25.1; )主要终点;图4)。
10。结论和未来的发展方向
到目前为止,冠状动脉18F-NaF宠物已经成为一个健壮的活跃的钙化过程的评估的工具。它被证明能可靠地识别罪魁祸首斑块,病变形态、不良和预测不良事件。重要的是图像采集的方法,图像重建和分析调查和大大提高了在过去的十年。在不久的将来,结果的影响18F-NaF冠状宠物将进一步阐明复发事件的预测18F-Fluoride (PREFFIR)研究前瞻性调查的能力18F-NaF冠状宠物预测复发事件多血管疾病患者和最近的心肌梗死。在冠状动脉疾病方面,未来的研究应该评估的潜在作用18F-NaF风险分层和指导治疗决策的学科先进的动脉粥样硬化(23,72年]。虽然到目前为止18F-NaF冠状宠物研究主要集中在主题与现有的疾病,这种成像方式也显示识别活跃整个频谱的患者亚临床动脉粥样硬化疾病,怀疑,冠状动脉疾病。而在晚期动脉粥样硬化患者18F-NaF宠物明显优于临床特点和风险分层的分数,还有待研究是否能添加到已经非常强大风险预测患者疑似病(73年]。类似于冠状动脉PET成像,活跃在瓣膜钙化过程,好,周围血管疾病也可能会受益于先进的运动校正技术和新颖的吸收措施。在未来,研究人员探索的潜力18F-NaF跨多个血管床和进一步提高PET成像方法进行数据采集和分析。
信息披露
内容是完全的责任作者,不一定代表美国国立卫生研究院的官方观点。
的利益冲突
作者宣称他们没有相关或物质经济利益与本文描述的研究。
确认
这项研究的部分支持由格兰特R01HL135557国家心脏,肺和血液研究所/国家卫生研究院(NHLBI / NIH)。