碲鋅鎘探測(cè)器SPECT在心肌灌注顯像中的應(yīng)用

易展雄（綜述）　田月琴（審校）

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碲鋅鎘探測(cè)器SPECT在心肌灌注顯像中的應(yīng)用

易展雄（綜述）1,2田月琴（審校）1,2

【關(guān)鍵詞】體層攝影術(shù)，發(fā)射型計(jì)算機(jī)，單光子；碲鋅鎘探測(cè)器；心??；灌注成像；綜述

【作者單位】 1.北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京100730；2.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科北京100037

1939年，Gordon Liljestrand開(kāi)創(chuàng)了心臟核醫(yī)學(xué)，使其成為無(wú)創(chuàng)影像檢查方法[1]，傳統(tǒng)SPECT探測(cè)器所使用的是碘化鈉（NaI）晶體，其用于疾病的診斷等方面發(fā)揮了重要作用，但同時(shí)也存在一些局限性。1996年，具有臨床使用價(jià)值的半導(dǎo)體探測(cè)器碲鋅鎘（cadmium zinc telluride，CZT）替代NaI晶體的SPECT問(wèn)世，標(biāo)志著核醫(yī)學(xué)儀器硬件上的新突破，目前商品化的CZT半導(dǎo)體探測(cè)器SPECT心臟顯像設(shè)備有兩種[2-4]：一種是GE公司的Healthcare Discovery NM530c，另一種是Spectrum Dynamics D-SPECT。本文主要介紹這種新型半導(dǎo)體探測(cè)器在心肌灌注顯像方面的臨床應(yīng)用及其優(yōu)、缺點(diǎn)，以提高對(duì)心臟核醫(yī)學(xué)診斷的認(rèn)識(shí)。

1　成像原理

CZT探測(cè)器的成像原理是直接將γ射線轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。當(dāng)采集的γ射線與CZT晶體作用時(shí)，晶體內(nèi)部產(chǎn)生電子和空穴對(duì)，其數(shù)量和入射光子的數(shù)量成正比。帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴向不同的電極運(yùn)動(dòng)，形成的電荷脈沖經(jīng)過(guò)前置放大變成電壓脈沖。前置放大輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)后續(xù)電路處理，然后進(jìn)行圖像重建。CZT探測(cè)器在室溫狀態(tài)下能夠處理100萬(wàn)光子/（s·mm2）[5]，從而保證CZT探測(cè)器對(duì)γ射線探測(cè)具有極高的系統(tǒng)靈敏度。

2　CZT探測(cè)器SPECT與傳統(tǒng)SPECT比較的優(yōu)勢(shì)

2.1縮小體積、減輕重量與傳統(tǒng)SPECT比較，CZT半導(dǎo)體材料直接取代了傳統(tǒng)晶體、光電倍增管，從而明顯縮小了探測(cè)器的體積。隨著探測(cè)器體積的縮小，采用屏蔽需要的材料也相應(yīng)地減少，所以明顯減輕了整個(gè)SPECT設(shè)備探測(cè)頭的重量。

2.2提高能量分辨率、系統(tǒng)靈敏度和空間分辨率與傳統(tǒng)SPECT比較，CZT探測(cè)器SPECT依據(jù)多針孔設(shè)計(jì)及像素陣列探測(cè)器，可同時(shí)多方位采集，提高了總的靈敏度，從而提高了探測(cè)器的空間分辨率[6]，采用這種小像素電極的大體積CZT陣列探測(cè)器獲得了非常好的能量分辨率。與傳統(tǒng)SPECT相比，新的高效CZT半導(dǎo)體SPECT光敏感性是傳統(tǒng)SPECT的3~5倍，能量分辨率為1.65倍，空間分辨率為1.7~2.5倍[7]。提高能量分辨率有利于提高SPECT系統(tǒng)的整體性能，提高系統(tǒng)靈敏度可以減少放射性顯像劑的用量，縮短掃描時(shí)間，提高圖像的對(duì)比度。同一患者采取兩種顯像方法時(shí)，這種顯像的圖像質(zhì)量往往要比傳統(tǒng)顯像方法好，在大多數(shù)患者中可以看到這種顯像的圖像邊緣更為銳利、清晰，圖像質(zhì)量更好，相應(yīng)地提高了診斷準(zhǔn)確性[8]。

2.3減少放射性顯像劑的劑量、縮短掃描時(shí)間與傳統(tǒng)SPECT相比，CZT探測(cè)器SPECT的計(jì)數(shù)率是前者的5倍以上，可以大大縮短采集時(shí)間及明顯減少顯像劑的注射劑量，并可以獲得與傳統(tǒng)SPECT心肌灌注顯像方法相同甚至更好的圖像質(zhì)量。Herzog等[3]的研究發(fā)現(xiàn)，用CZT探測(cè)器SPECT負(fù)荷低劑量心肌灌注顯像的采集時(shí)間為3 min，而靜息高劑量的采集時(shí)間為2 min，且其圖像質(zhì)量與傳統(tǒng)SPECT采集15 min所得圖像相當(dāng)，明顯縮短了掃描時(shí)間。Tanaka等[9]將CZT探測(cè)器SPECT與傳統(tǒng)SPECT心肌灌注圖像進(jìn)行比較，對(duì)150例患者分別先行15 min傳統(tǒng)SPECT負(fù)荷及靜息心肌灌注顯像，然后即刻在CZT探測(cè)器SPECT上行5 min負(fù)荷和3 min靜息顯像。按時(shí)間列表采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建（圖1[9]），結(jié)果顯示CZT探測(cè)器SPECT與傳統(tǒng)SPECT圖像質(zhì)量有很好的相關(guān)性。3 min、4 min CZT探測(cè)器SPECT負(fù)荷心肌灌注顯像圖像質(zhì)量好或極好的比例分別為97%、100%，1 min、2 min靜息圖像質(zhì)量好或極好的比例分別為94%、100%。Duvall等[10]的研究也得到同樣結(jié)論，CZT探測(cè)器SPECT在縮短顯像時(shí)間和減少顯像劑劑量的情況下能夠獲得很好的圖像質(zhì)量。采集時(shí)間可以從傳統(tǒng)的15~20 min縮短到3~5 min，明顯提高了掃描效率和設(shè)備的利用率，由于掃描時(shí)間縮短，減少了患者的不適感及在掃描過(guò)程中可能產(chǎn)生的移動(dòng)偽影。傳統(tǒng)SPECT運(yùn)動(dòng)負(fù)荷+靜息心肌灌注顯像99Tcm標(biāo)記化合物總的顯像劑劑量為1110~1480 MBq（30~40 mCi），而CZT探測(cè)器SPECT可使劑量降低30%~70%，只需要462.5~1110.0 MBq（12.5~30.0 mCi）。總的靜息/運(yùn)動(dòng)心肌灌注顯像的輻射劑量為5.8 mSv，僅為傳統(tǒng)SPECT靜息99Tcm-370 MBq（10 mCi）+負(fù)荷1110 MBq（30 mCi）顯像11.4 mSv 的49%，較雙核素99Tcm+201TI顯像23.9 mSv的輻射劑量約減少了76%。

圖1　根據(jù)不同時(shí)間，CZT探測(cè)器SPECT采集的圖像質(zhì)量及平均計(jì)數(shù)率。A、C分別為負(fù)荷心肌灌注顯像圖像質(zhì)量及平均計(jì)數(shù)率，A示3 min、4 min CZT探測(cè)器SPECT負(fù)荷心肌灌注顯像圖像質(zhì)量好或極好的比例分別為97%、100%；B、D分別為靜息心肌灌注顯像圖像質(zhì)量及平均計(jì)數(shù)率，B示1 min、2 min靜息圖像質(zhì)量好或極好的比例分別為94%、100%[9]

3　CZT探測(cè)器SPECT心肌灌注顯像的應(yīng)用

3.1對(duì)冠心病的診斷

3.1.1CZT探測(cè)器SPECT在冠心病和心肌梗死患者中的應(yīng)用我國(guó)冠心病的發(fā)生率呈上升趨勢(shì)，但誤診率及漏診率較高[11]。低劑量超快顯像CZT探測(cè)器SPECT在冠心病的檢查中是可行的，其在降低輻射劑量的情況下，對(duì)冠心病的診斷仍具有很高的應(yīng)用價(jià)值[12]。CZT探測(cè)器SPECT與傳統(tǒng)SPECT診斷冠心病有很高的一致性和符合率。Verger等[13]的研究結(jié)果表明，無(wú)論采取何種顯像劑及檢查方法，201TI負(fù)荷劑量為1.5 MBq/kg，靜息為0.5 MBq/kg。99Tcm低劑量為3.7 MBq/kg，高劑量為11.0 MBq/kg；CZT探測(cè)器SPECT與傳統(tǒng)SPECT心肌灌注顯像的符合率較高，201TI為92%，99Tcm標(biāo)記化合物低劑量為86%，99Tcm標(biāo)記化合物高劑量為98%。對(duì)檢測(cè)心肌梗死范圍的相關(guān)性高（r=0.80，P<0.001），對(duì)心肌缺血范圍的檢測(cè)相關(guān)性略低（r=0.72，P<0.001）。傳統(tǒng)SPECT心肌灌注顯像測(cè)得的心肌缺血范圍更大，特別是在肥胖患者中尤為明顯，可能與肥胖患者在傳統(tǒng)SPECT的計(jì)數(shù)率低、在CZT探測(cè)器的計(jì)數(shù)率明顯增高有關(guān)。Esteves等[2]也對(duì)比了CZT探測(cè)器SPECT與傳統(tǒng)SPECT心肌灌注顯像，對(duì)168例患者行一日法靜息/運(yùn)動(dòng)CZT探測(cè)器SPECT顯像，根據(jù)患者體重給予99Tcm標(biāo)記化合物劑量為靜息370~555 MBq（10~15 mCi），采集4 min，運(yùn)動(dòng)1110~1665 MBq（30~45 mCi），采集2 min，結(jié)果表明，CZT探測(cè)器SPECT與傳統(tǒng)SPECT心肌灌注顯像診斷有心肌灌注缺損的一致性為91.9%，無(wú)灌注缺損的一致性為92.5%；門控所測(cè)左心室射血分?jǐn)?shù)靜息顯像及負(fù)荷顯像兩種探測(cè)器的相關(guān)性均較高（r=0.87、0.90，P<0.01）。

冠狀動(dòng)脈造影是診斷冠心病的“金標(biāo)準(zhǔn)”，CZT探測(cè)器SPECT對(duì)冠心病的診斷有很高的敏感度、特異度及準(zhǔn)確度，Duvall等[14]將CZT探測(cè)器SPECT心肌顯像與冠狀動(dòng)脈造影進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CZT探測(cè)器SPECT心肌灌注顯像對(duì)冠心病診斷的敏感度為89%，特異度為66%，準(zhǔn)確度為78%。Fiechter等[15]以冠狀動(dòng)脈造影為診斷標(biāo)準(zhǔn)，研究了CZT探測(cè)器SPECT/CT診斷冠心病的價(jià)值，結(jié)果表明，其診斷冠心病的敏感度為87%，特異度為67%，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值為92%，陰性預(yù)測(cè)值為50%，準(zhǔn)確度為83%。為了評(píng)估CZT超快顯像診斷的準(zhǔn)確性，Tanaka等[9]將95例患者行201TI負(fù)荷CZT探測(cè)器SPECT心肌灌注顯像，3個(gè)月內(nèi)行冠狀動(dòng)脈造影，結(jié)果顯示CZT探測(cè)器SPECT診斷各支冠狀動(dòng)脈狹窄的敏感度、特異度和準(zhǔn)確度分別為左前降支90%、64%、78%，左回旋支78%、84%、84%，右冠狀動(dòng)脈83%、47%、60%。特異度較低是由于患者選擇偏倚[16]。心肌灌注顯像異常作為行冠狀動(dòng)脈造影的條件，故冠狀動(dòng)脈造影的陰性率很低。

3.1.2CZT探測(cè)器SPECT在肥胖患者中的應(yīng)用隨著患者體重增加，光子計(jì)數(shù)及圖像質(zhì)量也隨之下降，van Dijk等[17]的研究通過(guò)患者的體重來(lái)個(gè)性化制訂患者CZT探測(cè)器SPECT心肌灌注顯像的顯像劑劑量和掃描時(shí)間，以獲得好的圖像質(zhì)量并降低輻射劑量，提高工作效率。Gimelli等[18]對(duì)148例肥胖患者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)的檢查方式相比，CZT探測(cè)器SPECT在減少輻射劑量50%以上時(shí)，仍能保持良好的敏感度和特異度。

3.1.3CZT探測(cè)器SPECT對(duì)急診胸痛的診斷縮短CZT探測(cè)器掃描時(shí)間可以明顯提高急診室胸痛患者冠心病的診斷與鑒別診斷效率，使急性冠狀動(dòng)脈綜合征的鑒別診斷成為可能。CZT超快負(fù)荷心肌灌注顯像為陰性時(shí)，可以免去靜息顯像，既縮短了掃描時(shí)間，又減輕了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，CZT探測(cè)器SPECT的應(yīng)用使急診心肌灌注顯像成為更有效的檢查方法[19]。

3.2心肌血流儲(chǔ)備的測(cè)定由于傳統(tǒng)SPECT計(jì)數(shù)率低，且不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)斷層顯像，使其進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集非常困難，而CZT探測(cè)器SPECT計(jì)數(shù)率高，可以在首過(guò)顯像時(shí)快速采集序列動(dòng)態(tài)圖像，并可量化心肌血流量和心肌血流儲(chǔ)備。Pazhenkottil等[20]研究了CZT探測(cè)器SPECT與PET測(cè)定絕對(duì)冠狀動(dòng)脈血流量和冠狀動(dòng)脈血流儲(chǔ)備（coronary flow reserve，CFR）的相關(guān)性，選取26例患者采用PET測(cè)定心肌血流量和CFR，在2周內(nèi)行一日法99Tcm-替曲膦腺苷負(fù)荷/靜息CZT探測(cè)器SPECT心肌灌注顯像，將CFR<2設(shè)定為異常，結(jié)果顯示CZT探測(cè)器SPECT測(cè)定的平均CFR為2.06±0.74，而13N-氨水PET測(cè)定的值為2.19±0.67。CZT探測(cè)器SPECT與PET在冠狀動(dòng)脈血流量測(cè)定上有較好的相關(guān)性。PET測(cè)定冠狀動(dòng)脈血流量正常16例，CZT探測(cè)器SPECT檢出13例正常；PET測(cè)定10例異?；颊咧校珻ZT探測(cè)器SPECT檢測(cè)出8例，CZT探測(cè)器SPECT與PET檢測(cè)一致率為80.7%。

為了研究CZT探測(cè)器SPECT在心肌灌注儲(chǔ)備中的作用，Ben-Haim等[21]對(duì)95例患者行CZT探測(cè)器SPECT99Tcm-MIBI負(fù)荷/靜息門控心肌灌注顯像，結(jié)果顯示，整體心肌灌注正常者較異常者心肌灌注儲(chǔ)備指數(shù)高，分別為1.61和1.27。多變量回歸分析表明，整體心肌灌注儲(chǔ)備指數(shù)與左心室總的負(fù)荷灌注缺損區(qū)、年齡和吸煙有關(guān)，而局部心肌灌注儲(chǔ)備指數(shù)除與上述變量有關(guān)外，還與局部負(fù)荷灌注缺損有關(guān)。16例患者行冠狀動(dòng)脈造影顯示有20支血管狹窄大于50%。CZT探測(cè)器SPECT檢測(cè)出狹窄冠狀動(dòng)脈供血區(qū)的心肌灌注儲(chǔ)備指數(shù)為1.11，而正常者的指數(shù)為1.30，并且隨著冠狀動(dòng)脈狹窄程度的加重，心肌灌注指數(shù)也會(huì)逐漸下降。

3.3左心室功能及衰減校正等其他方面Cochet等[22]以心臟MRI為參考，研究了CZT探測(cè)器SPECT心肌灌注顯像對(duì)評(píng)價(jià)左心室整體及局部功能的準(zhǔn)確性，及其對(duì)絕對(duì)室壁運(yùn)動(dòng)和室壁厚度的測(cè)定價(jià)值，結(jié)果表明，CZT探測(cè)器SPECT心肌灌注顯像和定量SPECT門控分析可以很好地評(píng)估左心室射血分?jǐn)?shù)，但不能很好地評(píng)估左心室容量。對(duì)室壁運(yùn)動(dòng)的評(píng)估要優(yōu)于對(duì)室壁厚度的評(píng)估，而且往往會(huì)低估室壁厚度。節(jié)段性室壁運(yùn)動(dòng)和室壁厚度的絕對(duì)量化可以用于心肌瘢痕的判定。Bailliez等[23]的研究表明，CZT探測(cè)器SPECT與心臟MRI測(cè)量左心室收縮末期容積、舒張末期容積和射血分?jǐn)?shù)有很高的一致性，但前者往往會(huì)低估局部室壁厚度，特別是在左心室壁增厚的情況下。

衰減校正可以改善圖像質(zhì)量，Herzog等[24]探討了衰減校正在CZT探測(cè)器SPECT中的有效性，對(duì)66例患者行3 min負(fù)荷心肌灌注顯像（低劑量）、2 min靜息（高劑量）心肌灌注顯像，結(jié)果顯示，在CZT與傳統(tǒng)SPECT均有衰減校正的情況下，低劑量顯像和高劑量顯像的一致性分別為96%和99%，證實(shí)了CZT探測(cè)器SPECT衰減校正的可行性。

Pazhenkottil等[25]的研究表明，與傳統(tǒng)雙探頭SPECT比較，用CZT探測(cè)器SPECT對(duì)患者進(jìn)行5 min的采集，可以對(duì)左心室非同步性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，對(duì)心臟再同步化治療的參數(shù)最優(yōu)化有一定的潛在價(jià)值。

CZT探測(cè)器SPECT還可用于仰臥雙體位心肌灌注顯像。Goto等[26]對(duì)322例患者的研究結(jié)果顯示，在診斷下外側(cè)壁心肌缺血方面，仰俯臥位與僅俯臥位心肌灌注顯像相比，提高了診斷特異度（93%比72%，P<0.001）和準(zhǔn)確度（88%比74%，P<0.001），而不降低其敏感度（82%比68%，P>0.05）。

綜上所述，CZT半導(dǎo)體探測(cè)器SPECT致密、小巧，系統(tǒng)靈敏度、能量分辨率及空間分辨率高，可明顯縮短采集時(shí)間、大幅降低輻射劑量，顯著提高SPECT心肌灌注圖像質(zhì)量，而且拓展了SPECT臨床應(yīng)用的范圍，CZT半導(dǎo)體探測(cè)器SPECT心肌灌注顯像未來(lái)有更為廣泛的應(yīng)用。

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（本文編輯張春輝）

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醫(yī)學(xué)科技論文摘要撰寫要求：摘要應(yīng)具有獨(dú)立性和自含性，即不閱讀論文全文就能獲得必要的信息。結(jié)構(gòu)式摘要由目的、資料與方法、結(jié)果、結(jié)論4個(gè)要素組成。目的中需簡(jiǎn)要交代研究的前提（問(wèn)題的提出）、研究目的及其重要性；資料與方法中需簡(jiǎn)述研究類型（如回顧性研究、前瞻性研究）、人口學(xué)（研究對(duì)象）或材料、分組、采用的研究方法及觀察指標(biāo)，摘要方法中不需要指明具體使用的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法；結(jié)果中針對(duì)研究方法及觀察指標(biāo)簡(jiǎn)要列出主要的、有意義的或新發(fā)現(xiàn)的研究結(jié)果，指出臨床與統(tǒng)計(jì)學(xué)的意義和價(jià)值；結(jié)論是針對(duì)結(jié)果的分析、評(píng)價(jià)和應(yīng)用，肯定經(jīng)過(guò)科學(xué)分析的研究結(jié)果及其獲得的某些結(jié)論，但不能超出研究結(jié)果的范圍而過(guò)度推論，同時(shí)指出這些結(jié)論的理論或?qū)嵱脙r(jià)值。摘要中不列圖表，不引用參考文獻(xiàn)，英文縮略語(yǔ)首次出現(xiàn)需注明中文全稱。中文摘要以350字左右為宜，英文摘要需與中文摘要對(duì)應(yīng)。

【收稿日期】2015-09-26【修回日期】2015-11-21

【通訊作者】田月琴E-mail: tianyueqin2007@126.com

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.01.017

【中圖分類號(hào)】R445.3