基于PET/MRI的人体心肌线粒体膜电位三维无创成像技术研究

本研究针对心脏疾病中线粒体功能障碍评估的临床需求，开发了一种创新的[18F]-FTPP+ PET/MRI联合成像技术。研究人员通过自由呼吸3D T1 mapping序列和线性切线空间对齐(LTSA)模型，首次实现了人体心肌膜电位三维定量图谱绘制，测得健康志愿者心肌膜电位为-144.7至-165.8 mV，为心脏疾病诊断提供了新型功能影像学工具。

　　

心脏疾病已成为全球重大健康威胁，而线粒体功能障碍是心力衰竭、室性心律失常等多种心脏疾病的关键病理机制。线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential)作为反映线粒体功能的核心生物物理参数，其准确评估对疾病诊断和治疗监测具有重要意义。然而传统体外测量方法无法实现活体应用，现有影像技术又难以在毫伏(mV)水平实现三维定量，这成为临床诊疗的重要瓶颈。

耶鲁大学医学院生物医学影像研究所(Yale Biomedical Imaging Institute, Yale University School of Medicine)的研究团队在《EJNMMI Research》发表创新成果，开发了首个可在人体实现三维心肌膜电位无创绘图的PET/MRI技术。该研究通过¹⁸F三苯基鏻([¹⁸F]-FTPP⁺)示踪剂结合自由呼吸3D T₁ mapping序列，成功测得健康志愿者心肌膜电位为-144.7±3.5 mV至-165.8±3.1 mV，为心脏疾病的功能评估开辟了新途径。

研究采用三项关键技术：1)基于LTSA模型的高帧率动态MRI重建，从稀疏采样的(k,t)空间数据恢复图像；2)多分辨率刚性配准结合B样条非刚性变换的PET运动校正；3)整合Nernst方程的动力学模型，通过细胞外容积分数(f_ECV)、示踪剂分布容积(V_T)等参数计算膜电位。

材料与方法

研究纳入3名健康志愿者，采用推注-持续输注方案给予[¹⁸F]-FTPP⁺，在3T PET/MRI系统同步采集数据。创新性地采用自由呼吸3D心脏T₁ mapping序列获取细胞外容积分数，通过随机径向星堆采样轨迹和呼吸导航信号实现动态成像。

结果

三维细胞外容积分数图谱显示良好的一致性，与参考MOLLI方法结果相当。PET运动校正显著提高了心肌壁的清晰度，动态帧间变异系数降低35%。

三维膜电位图谱显示各心室节段数值分布均匀，符合健康心肌特征。

讨论与结论

该研究突破了传统二维屏气成像的限制，首次实现自由呼吸状态下全心脏三维膜电位测绘。相比既往技术，新方法具有三大优势：1)免除屏气要求，适用于呼吸困难患者；2)1.9×1.9×4.5 mm³的空间分辨率实现精细定位；3)绝对定量能力支持跨中心比较。虽然当前样本量较小，但为心衰、化疗心脏毒性等疾病的早期诊断提供了全新视角。未来通过扩大验证队列和优化图像配准算法，该技术有望成为心脏疾病精准诊疗的重要工具。