SPECT定量心肌血流及冠狀動脈血流儲備的研究進展

薛冰冰 李劍明

泰達國際心血管病醫(yī)院，天津醫(yī)科大學心血管病臨床學院核醫(yī)學科 300457

冠狀動脈血流儲備（coronary flow reserve，CFR）是反映冠狀動脈（以下簡稱冠脈）潛在最大供血能力的指標，它是最大充血與靜息狀態(tài)下心肌血流量（myocardial blood flow，MBF）的比值。PET為國際公認的無創(chuàng)性定量MBF及CFR的“金標準”[1]，對冠心?。╟oronary artery diseases，CAD）的早期診斷和準確評估均具有重要意義。但由于PET檢查價格昂貴、醫(yī)院配置率低[2]和需要配備加速器或正電子核素發(fā)生器等原因，其廣泛應(yīng)用于臨床受到一定制約。相比較而言，SPECT安裝普遍，所應(yīng)用的顯像劑價格相對便宜且易隨時獲得，應(yīng)用SPECT測定MBF和CFR更具現(xiàn)實意義、高性價比和推廣價值。本文旨在對SPECT測定MBF和CFR的不同方法、初步應(yīng)用結(jié)果及臨床意義作一綜述。

1 SPECT定量MBF 及CFR的方法

1.1 基本原理

心肌對SPECT心肌血流灌注顯像劑的攝取量與局部MBF呈正相關(guān)，顯像劑進入體內(nèi)后遵循一定的血流動力學原理，在細胞、生理腔室、器官或整個機體層面上逐步被運輸、交換、代謝及排泄，通過體外SPECT設(shè)備連續(xù)記錄其在體內(nèi)隨時間的變化的總過程，之后選擇合適的動力學模型（腔室模型或微球模型），依據(jù)獲得的動力學參數(shù)（動脈輸入函數(shù)等）計算獲得MBF，進而得出CFR。查閱以往文獻，筆者總結(jié)主要有以下兩種定量方法。

1.2 動態(tài)平面采集與靜態(tài) SPECT 采集結(jié)合法

多項研究使用此方法對SPECT定量MBF及CFR進行了分析[3-8]。此法基于“微球”模型，在負荷或靜息狀態(tài)下經(jīng)靜脈“彈丸”式注射顯像劑后即刻行動態(tài)平面顯像，并對動脈血流進行首過分析（first-pass analysis），通過勾畫 ROI（心臟大血管結(jié)構(gòu)、左心室和主肺動脈等）分析獲得區(qū)域時間放射性曲線（time activity curve，TAC）作為動脈輸入函數(shù)，局部心肌放射性計數(shù)由靜態(tài)SPECT心肌灌注顯像（myocardial perfusion imaging，MPI）結(jié)果獲得，根據(jù)測得的局部心肌計數(shù)及動脈輸入函數(shù)代入相應(yīng)數(shù)學公式獲得MBF及CFR[3]。此法的假設(shè)條件是心肌對顯像劑的攝取量取決于首次通過，且顯像劑被攝取后滯留于心肌組織無再循環(huán)[9]。雖然99Tcm標記的顯像劑 [99Tcm-MIBI、99Tcm-替曲磷（99Tcm-tetrofosmin）等]的示蹤動力學與微球模型并不完全相符，而且由于所用顯像劑的首過心肌攝取分數(shù)較低，尤其在負荷狀態(tài)冠脈血流量較高的情況下首過心肌攝取分數(shù)并非呈線性增加，因此，SPECT-CFR會顯著低于PET及介入多普勒導(dǎo)絲測量結(jié)果，部分相關(guān)研究結(jié)果[3-7,9-10]見表1。

1.3 動態(tài) SPECT 采集法

負荷及靜息狀態(tài)下經(jīng)靜脈“彈丸”式注射顯像劑后即刻行動態(tài)斷層數(shù)據(jù)（dynamic SPECT）采集，獲得心室腔及局部心肌節(jié)段的TAC，并根據(jù)合適的房室模型計算出 MBF 及CFR[11-12]。

使用傳統(tǒng)SPECT進行動態(tài)斷層采集，理論上需要探頭的快速旋轉(zhuǎn)以獲取示蹤劑在體內(nèi)的快速變化信息，但從設(shè)備固有的構(gòu)造、旋轉(zhuǎn)速度及患者安全的角度考慮，具體實現(xiàn)有一定難度，并且降低了采集圖像的空間、時間分辨率，使得使用傳統(tǒng)SPECT這種方式難以獲得足夠的計數(shù)量以精準定量血流量[13]。

近年來上市的配備新型的碲鋅鎘（cadmium zinc telluride，CZT）固態(tài)半導(dǎo)體探測器的心臟專用SPECT（CZT SPECT）能量分辨率為傳統(tǒng) SPECT的1.65倍，光子靈敏度是傳統(tǒng)SPECT 的3～5倍，空間分辨率為傳統(tǒng)SPECT的1.7～2.5倍[14]，極大地縮短了成像時間及降低了顯像劑的使用劑量[15-16]，以及明顯提高了成像的時間分辨率，使得快速動態(tài)斷層采集成為現(xiàn)實。目前市面上該類設(shè)備有兩個生產(chǎn)廠家：美國 GE 公司（Discovery NM530c/570c）及以色列 Spectrum Dynamics Medical公司（D-SPECT），這兩種設(shè)備的幾何構(gòu)型均采取半環(huán)形結(jié)構(gòu)，且成像時所有探測器全部聚焦于心臟且在成像過程中均保持探頭靜止，使用該型設(shè)備可精確定量CFR及MBF。CZT SPECT 可使用列表模式（list mode）[17]對心肌進行動態(tài)斷層數(shù)據(jù)采集，精確記錄顯像劑進入血液及被血液輸送，被器官和組織吸收，然后被細胞或細胞表面吸收，或者釋放回血液的動態(tài)過程，該模式下的重建圖像具有更高的對比度[18]。多項研究對該類型設(shè)備絕對定量MBF及CFR的可行性進行分析，并將定量結(jié)果直接與使用13N-氨水和15O-水的PET定量結(jié)果進行了對比[19-22]，相關(guān)研究結(jié)果見表2。

表1 使用動態(tài)平面采集與靜態(tài)SPECT采集結(jié)合法測定CFR的部分研究結(jié)果Table1 Partial results of the coronary flow reserve determination using dynamic planar acquisition combined with static SPECT acquisition

Ben-Haim等[13]使用D-SPECT進行了定量整體及局部CFR的可行性研究，使用因子分析獲得時間活性曲線并作為二室模型的血流動力學函數(shù)，分別計算負荷及靜息時的K1（顯像劑的攝?。┲?，并將K2（顯像劑脫洗）值設(shè)置為0。CFR為負荷與靜息時的K1值之比；對靜態(tài)MPI圖像進行半定量評價，總灌注缺損（total perfusion defect，TPD）大于5%定義為異常，結(jié)果發(fā)現(xiàn)灌注異常及經(jīng)冠脈造影證實冠脈顯著狹窄區(qū)域的CFR顯著較正常區(qū)域低；同時作者認為由于MBF與心肌對顯像劑的攝取直接呈非線性相關(guān)關(guān)系，該種方法在高血流量時有低估CFR的可能。Nkoulou等[19]使用NM 570c SPECT/CT（SPECT部分同 NM530c）對 MBF及CFR進行絕對定量研究并將結(jié)果與PET所測得的結(jié)果（顯像劑為13N-氨水）進行對比，負荷/靜息采用列表模式采集，對左右心腔及左室壁勾畫ROI，獲取相應(yīng)區(qū)域時間活性曲線作為一室模型的輸入函數(shù)，結(jié)果表明靜息MBF與PET測量結(jié)果無明顯差異，但是由于負荷的MBF顯著低于PET測量值，導(dǎo)致所測CFR較PET所測顯著低；將PET-CFR作為標準，SPECT-CFR截斷值設(shè)定為1.26時，PETCFR分別為2、＞2及＜2時，SPECT-CFR的靈敏度分別為 78%、70%及 75%。Agostini等[20]將 CZT SPECT定量結(jié)果與PET（顯像劑為15O-H2O）及多普勒導(dǎo)絲測得血流儲備分數(shù)進行對比，其使用凈滯留動力學模型評估整體心肌攝取值，并對顯像劑攝取分數(shù)進行校正，得出MBF，結(jié)果靜息及負荷時整體及左冠脈前降支、回旋支支配區(qū)MBF顯著高于PET測量值（校正攝取分數(shù)所致），但是CFR差異并無統(tǒng)計學意義，探測血流儲備分數(shù)＜0.8的病變區(qū)域，CZT設(shè)備的靈敏度、特異度、準確率、陽性預(yù)測值及陰性預(yù)測值分別為58.3%、84.6%、81.1%、36.8%及93%。為了縮短檢查時間、充分發(fā)揮CZT設(shè)備的性能優(yōu)勢，F(xiàn)ang等[23]設(shè)計了一個單次采集共計24 min定量負荷MBF的方案：靜息狀態(tài)下注射顯像劑1 h后，采用列表模式連續(xù)動態(tài)采集，先采集5 min，后藥物負荷高峰注射顯像劑（注射總時間 4 min），延遲 5 min 后行 10 min 動態(tài)采集，第二次采集數(shù)據(jù)獲取負荷TAC及輸入函數(shù)時均減去靜息殘余活性數(shù)據(jù)，結(jié)果測得的負荷MBF與磁共振MBF呈強相關(guān)，與磁共振CFR呈中等相關(guān)，以磁共振結(jié)果作為參照（CFR＜1.3），該法探測冠脈狹窄的靈敏度、特異度和準確率為94%、90%和93%?？紤]到運動負荷試驗更具有生理學意義，可以評估心功能、運動誘發(fā)性心律失常和心率恢復(fù)等信息，Daquarti等[22]使用D-SPECT測定CFR，負荷由運動試驗誘導(dǎo)，結(jié)果無CAD危險因素的受檢者CFR中位數(shù)為2.38，靜息及負荷MBF中位數(shù)分別為1.26、3.59，1例有糖尿病及抽煙史的患者CFR為1.37，不過該研究僅有10例患者。

表2 CZT SPECT使用動態(tài)SPECT采集法測定CFR的部分研究結(jié)果Table2 Partial results of the coronary flow reserve determination using dynamic SPECT acquisition with cadmium zinc telluride SPECT

2 定量MBF及CFR的臨床意義

2.1 提高 CAD 的診斷準確率

SPECT-MPI作為一種無創(chuàng)的影像學檢查技術(shù)，已被廣泛地應(yīng)用于CAD的診斷、危險分層、預(yù)后評估和療效評價等方面[13]。目前廣泛使用的對MPI圖像的視覺及半定量分析[24]主要是通過顯示心肌相對灌注差異識別病變，而這造成了其固有的缺陷而低估病變程度及范圍[25-26]：如對冠脈左主干及三支均衡性病變所致的供血區(qū)域血流均衡性減低而導(dǎo)致對病變的漏診，或者對于多支非均衡型病變僅能顯示灌注減低最明顯處的一支和（或）雙支灌注區(qū)域而低估其他支病變的嚴重程度，導(dǎo)致傳統(tǒng)目測判斷或半定量分析MPI僅有1/3多支病變能被檢測到。定量MBF和CFR的測定有望克服上述缺陷，提升對多支病變的檢出率[25,27]。文獻結(jié)果表明，與負荷總評分相比，CFR是最強的三支病變預(yù)測因子之一[26]；有研究數(shù)據(jù)顯示通過定量MBF，可將傳統(tǒng)MPI探測三支病變的準確率由46%提升至93%[28]。

2.2 對 CAD 患者再分層及評估預(yù)后

目前主要通過評價左室功能、冠脈狹窄、心肌缺血程度及范圍對CAD患者進行危險分層，但是這些指標并不能完全（特別是在高危亞組）預(yù)測心臟惡性事件。Murthy等[29]的研究表明，CFR＜1.5時，心臟死亡事件發(fā)生的概率增加了5.6倍，并且通過測定CFR使得15%、48%及12%的低、中、高?；颊咴俜謱樱梢愿_評估患者預(yù)后風險，降低的CFR能鑒別出灌注及射血分數(shù)正常人群中的高?；颊摺?/p>

2.3 為 冠 脈 微 血 管 疾 病 （coronary microvascular diseases,CMVD）的診斷提供客觀依據(jù)

CMVD近些年逐漸受到臨床重視，它也是CAD患者重要的獨立的預(yù)后因子，但如何能無創(chuàng)、早期診斷該病一直受到挑戰(zhàn)。雖然PET和MRI在該病診斷和評價方面有一定進展，但是從全世界范圍來看，SPECT-MPI開展更為廣泛，每年約進行1500萬～2000萬例次的檢查。CFR測定為CMVD的診斷提供了思路，CFR是由冠脈心外膜大血管和心肌內(nèi)微血管共同決定的，但是在排除冠脈大血管梗阻性狹窄后，CFR的減低基本是由CMVD造成，這也是CFR測定診斷CMVD的基礎(chǔ)[30-31]。SPECT-CFR測定為其廣泛推廣使用奠定了基礎(chǔ)。

3 小結(jié)

綜上所述，通過SPECT、單光子示蹤劑和示蹤動力學技術(shù)來定量MBF及CFR是可行的，并且所測得的CFR與PET及冠脈內(nèi)多普勒結(jié)果之間有相對較好的一致性。但應(yīng)注意這種方法在心肌高血流量情況下會低估負荷MBF而導(dǎo)致低估CFR。CZT SPECT能夠?qū)崿F(xiàn)快速動態(tài)斷層MPI，極大提高了時間及空間分辨率，可以更精確獲得顯像劑在體內(nèi)動態(tài)分布的信息，用這些圖像信息所勾畫的左心室時間活性曲線（輸入函數(shù)）和心肌組織在負荷及靜息時的心肌計數(shù)（輸出功能）更能準確快速定量MBF及CFR。通過定量MBF及CFR能提高診斷CAD的準確率、對CAD患者危險程度再分層及進一步預(yù)后評估，并為CMVD的診斷提供客觀依據(jù)。但是使用SPECT定量MBF和CFR還有一些問題需要進一步研究和解決，如合適的顯像劑的血流動力學模型構(gòu)建和校正、衰減及散射校正、部分容積效應(yīng)的去除和補償，這些尚需進一步完善[32]，并且目前尚無直接針對其定量結(jié)果的可重復(fù)性及預(yù)后價值的研究見諸發(fā)表，結(jié)果的正常范圍尚未被確定。