利用CZT SPECT 進(jìn)行雙核素雙動(dòng)態(tài)心臟顯像定量分析的可行性研究

任俊靈 張宗耀 王小迪 汪蕾 方緯

北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，國家心血管病中心，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，北京 100037

近年來，基于SPECT 的心臟動(dòng)態(tài)顯像定量分析技術(shù)已逐步成熟并開始應(yīng)用于臨床。與傳統(tǒng)的靜態(tài)顯像定性分析技術(shù)相比，定量分析技術(shù)更能滿足臨床精準(zhǔn)診斷的迫切需求，在診斷準(zhǔn)確率方面具有明顯的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的定性診斷技術(shù)相比，SPECT心肌灌注顯像心肌血流定量分析技術(shù)診斷心肌缺血的靈敏度有了顯著的提高[1-3]；SPECT 心臟神經(jīng)顯像也逐步建立了能夠用于心臟疾病診斷和預(yù)后評估的定量指標(biāo)[4-7]。傳統(tǒng)的定性診斷技術(shù)與SPECT 心肌灌注顯像心肌血流定量分析技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用能夠進(jìn)一步提高對心肌損傷的診斷效能，對因冠狀動(dòng)脈痙攣引起的一過性心肌缺血、急性心肌梗死后惡性心律失常等不良預(yù)后事件的預(yù)測等都有較好的診斷價(jià)值[8-9]。

另一方面，SPECT 顯像的性能也在不斷提高。與傳統(tǒng)SPECT 相比，碲鋅鎘（cadmium zinc telluride，CZT）心臟專用SPECT（簡稱CZT SPECT）具有更優(yōu)越的物理性能，其探測靈敏度、空間分辨率和能量分辨率均明顯提高，能夠?qū)δ芊遢^為接近的99Tcm和123I 信號(hào)進(jìn)行有效地鑒別，從而實(shí)現(xiàn)雙核素顯像，明顯提高了診斷效率[10]。已有研究人員對99Tcm-MIBI/123I-間碘芐胍（metaiodobenzylguanidine,MIBG）雙核素心肌灌注/交感神經(jīng)顯像的可行性進(jìn)行了探索，結(jié)果表明CZT SPECT 能夠較好地辨別99Tcm-MIBI 和123I-MIBG 信號(hào)，有效避免雙核素間的干擾，一次檢查可以同時(shí)得到較為清晰的99Tcm-MIBI 心肌灌注顯像和123I-MIBG 心臟交感神經(jīng)圖像[11-13]。本研究在上述研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用CZT SPECT 進(jìn)行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)心臟顯像定量分析，探討雙核素采集對心臟定量分析指標(biāo)是否會(huì)產(chǎn)生顯著的影響，從而確定這一技術(shù)在臨床中應(yīng)用的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

對2021 年10 月至2023 年6 月于中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院治療的24 例心功能不全患者進(jìn)行前瞻性研究，其中男性14 例、女性10 例，年齡（49.2±16.8）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：心功能不全患者（射血分?jǐn)?shù)＜50%）；年齡18～80 歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：妊娠和哺乳期女性。所有患者均于檢查前簽署了知情同意書。本研究獲得了中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)（批準(zhǔn)號(hào)：2021-1589）。

1.2 顯像方法

所有患者均采用美國通用電氣公司Discovery NM 530 c 型CZT 心臟專用SPECT 進(jìn)行雙核素雙動(dòng)態(tài)心臟顯像。顯像前24 h 患者口服碘劑（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院院內(nèi)制劑）封閉甲狀腺。第1 日行99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像。動(dòng)態(tài)顯像前患者平躺于檢查床，預(yù)注射3.7×107Bq99Tcm-MIBI（北京原子高科股份有限公司）用于心臟定位，并測量靜息心率與血壓。動(dòng)態(tài)顯像采用列表模式，共采集10 min，采集開始10 s 后，立即通過靜脈“彈丸”式注射99Tcm-MIBI 7.4×108Bq。動(dòng)態(tài)采集完成后，患者移至美國通用電氣公司Optima 640 型SPECT/CT 進(jìn)行低劑量CT 掃描，用于組織衰減校正。第2 日行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像。顯像前患者同樣預(yù)注射3.7×107Bq99Tcm-MIBI 用于心臟定位，并測量靜息心率與血壓。動(dòng)態(tài)顯像采用列表模式，共采集20 min，采集開始10 s 后，通過靜脈“彈丸”式注射123I-MIBG（北京原子高科股份有限公司）3.7×108Bq，10 min后再“彈丸”式注射99Tcm-MIBI 7.4×108Bq。

1.3 圖像處理

1.3.1 列表模式數(shù)據(jù)重分

99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像的列表模式數(shù)據(jù)按照10 幀×10 s+5 幀×20 s+6 幀×60 s 的方式重分，重分能窗包括主峰能窗（131.6～148.4 keV）和下散射窗（118.5～138.5 keV）。99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像的列表模式數(shù)據(jù)也按照10 幀×10 s+5 幀×20 s+6 幀×60 s 的方式重分，123I-MIBG 顯像重分能窗包括主峰能窗（149.5～168.5 keV）、下散射窗（131.6～148.4 keV）及準(zhǔn)直器穿透能窗（169.0～188.0 keV）；99Tcm-MIBI 顯像重分能窗包括主峰能窗（131.6～148.4 keV）和下散射窗（118.5～138.5 keV）。

1.3.299Tcm-MIBI 動(dòng)態(tài)SPECT 的圖像重建和物理校正

圖像重建采用有序子集最大期望值法，共35次迭代，2 個(gè)子集。第1 日99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像采用的物理校正包括核素衰變校正、組織衰減校正、散射校正、空間分辨率校正及圖像噪聲校正，并將像素值轉(zhuǎn)換為物理單位（Bq/ml）。99Tcm-MIBI 自身的散射校正采用99Tcm-MIBI 主峰能窗圖像減去下散射窗圖像的散射分量。第2 日99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像的圖像重建方法與第1 日相似，其中核素衰變校正、組織衰減校正、空間分辨率校正及圖像噪聲校正與第1 日方法相同，但散射校正不同。99Tcm-MIBI的散射校正包括兩部分，其中99Tcm-MIBI 自身的散射校正與第1 日相同，除此之外，還需要在心肌同時(shí)存在123I-MIBG 和99Tcm-MIBI 攝取時(shí)校正123I-MIBG對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾。校正方法為采用123I-MIBG 下散射窗預(yù)估123I-MIBG 對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾程度，由此對99Tcm-MIBI 主峰能窗圖像進(jìn)行校正。為驗(yàn)證123I-MIBG 對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾的影響，按物理校正方法不同分別對所有患者的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像的原始圖像進(jìn)行完整物理校正和非完整物理校正。完整物理校正包括核素衰變校正、組織衰減校正、散射校正、空間分辨率校正、圖像噪聲校正、下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾校正；非完整物理校正不進(jìn)行下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾校正。

1.3.3 SPECT 心肌血流定量

第1 日和第2 日的99Tcm-MIBI 動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像圖像通過三維采樣生成心血池與心肌的時(shí)間-放射性活度曲線，將時(shí)間-放射性活度曲線用單組織雙腔室動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合，計(jì)算心肌攝取速率參數(shù)K1，將99Tcm-MIBI 心肌放射性計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換為心肌血流量（myocardial blood flow，MBF），并以靜息心率和血壓的乘積進(jìn)行校正。MBF 包括：整體左心室（left ventride，LV）和冠狀動(dòng)脈左前降支（left anterior descending branch，LAD）、左回旋支（left circumflex branch，LCX）、右冠狀動(dòng)脈（right coronary artery，RCA）支配區(qū)域MBF。所有動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像圖像的重建、物理校正和心肌血流的定量分析均應(yīng)用MyoFlowQ 軟件（北京百靈云生物醫(yī)學(xué)科技有限公司）完成。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用IBM SPSS 21.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。不符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以M（Q1,Q3）表示，采用Wilcoxon 秩和檢驗(yàn)比較99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域MBF 的差異。采用Pearson相關(guān)性分析及 Bland-Altman 法分析兩種顯像方法得到的MBF 的相關(guān)性和一致性。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正、非完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像MBF 的比較

由表1 可知，99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域的MBF 的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行非完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域的MBF 的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。

表1 心功能不全患者99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正、非完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的心肌血流量的比較[ml·min-1·g-1，M(Q1, Q3)]Table 1 Comparison of myocardial blood flow between 99Tcm-methoxyisobutylisonitrile (MIBI) single-isotope dynamic cardiac imaging and 99Tcm-MIBI/123I-metaiodobenzylguanidine (MIBG) dual-isotope dual-dynamic cardiac imaging with or without complete physical correction(ml·min-1·g-1, M(Q1, Q3))

2.2 99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的MBF 的相關(guān)性和一致性分析

如圖1 所示，99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域的MBF 均有較好的相關(guān)性（均P＜0.001）。如圖2 所示，2 種方法獲得的LV和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域的MBF 的平均差值為0.023、0.016、0.008、0.040 ml·min-1·g-1，95%CI分別為-0.125～0.170、-0.196～0.228、-0.181～0.196、-0.193～0.271。99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域的MBF均有較好的相關(guān)性和一致性。

圖1 99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的心肌血流量的相關(guān)性分析 MIBI 為甲氧基異丁基異腈；SPECT 為單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)；MIBG 為間碘芐胍；LV 為左心室；MBF 為心肌血流量；LAD 為左前降支；LCX 為左回旋支；RCA 為右冠狀動(dòng)脈Figure 1 Correlation analysis of myocardial blood flow between 99Tcm-methoxyisobutylisonitrile (MIBI) single-isotope dynamic cardiac imaging and 99Tcm-MIBI/123I-metaiodobenzylguanidine (MIBG) dual-isotope dual-dynamic cardiac imaging with complete physical correction

圖2 99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的心肌血流量的Bland-Altman 一致性分析 MIBI 為甲氧基異丁基異腈；SPECT 為單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)；MIBG 為間碘芐胍；LV 為左心室；MBF 為心肌血流量；LAD 為左前降支；LCX 為左回旋支；RCA 為右冠狀動(dòng)脈；SD 為標(biāo)準(zhǔn)差Figure 2 Bland-Altman agreement analysis of myocardial blood flow between 99Tcm-methoxyisobutylisonitrile (MIBI) single-isotope dynamic cardiac imaging and 99Tcm-MIBI/123I-metaiodobenzylguanidine (MIBG) dual-isotope dual-dynamic cardiac imaging with complete physical correction

3 討論

在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)，使用CZT SPECT 進(jìn)行的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像經(jīng)過散射校正后，較高能量的123I-MIBG 信號(hào)不會(huì)對99Tcm-MIBI 心肌血流定量產(chǎn)生明顯的影響。

99Tcm和123I 的能峰分別為140 keV 和159 keV，二者非常接近，傳統(tǒng)的碘化鈉（NaI）晶體SPECT 的能量分辨率＞10%，難以區(qū)分這兩種核素的能峰，因此無法實(shí)現(xiàn)99Tcm/123I 雙核素顯像。但CZT SPECT的能量分辨率顯著提高，可達(dá)到5%～6%[14]，能夠?qū)?9Tcm和123I 的雙核素信號(hào)進(jìn)行有效地鑒別。以往的研究結(jié)果表明，即使不進(jìn)行物理校正，CZT SPECT采集到的心臟模型99Tcm單核素顯像和99Tcm/123I 雙核素顯像放射性計(jì)數(shù)相對分布的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其對人體99Tcm-MIBI 單核素顯像和99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素顯像心臟圖像的半定量評分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[11]。上述研究結(jié)果均是基于放射性計(jì)數(shù)的相對分布得出的，并未進(jìn)行絕對定量分析，對于常規(guī)的心肌灌注顯像和心臟神經(jīng)顯像的定性診斷是基本可行的。但本研究對于99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素顯像MBF 和心臟交感神經(jīng)均進(jìn)行絕對定量分析，因此與以往研究不同。

進(jìn)行心臟SPECT 絕對定量分析的前提是基于對心肌放射性計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確測量，因此在行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素顯像時(shí)還需要對高能123I 對低能99Tcm信號(hào)的影響進(jìn)行校正；低能99Tcm對高能123I 信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，因此不需要校正。行雙核素SPECT 心臟顯像時(shí)，可以從能譜與原始投影圖觀察到心肌的123I-MIBG 攝取對99Tcm-MIBI 心肌圖像產(chǎn)生的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾，這種干擾會(huì)增加99Tcm-MIBI 主峰能窗的放射性計(jì)數(shù)，進(jìn)而影響動(dòng)態(tài)SPECT 圖像重建和定量分析的準(zhǔn)確性[15-18]。因此，99Tcm-MIBI 動(dòng)態(tài)顯像的散射校正應(yīng)包括兩個(gè)部分，除99Tcm-MIBI 自身的散射校正外，還需要校正123I-MIBG 對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾。99Tcm-MIBI 自身的散射校正采用99Tcm-MIBI 主峰能窗圖像減去下散射窗放射性計(jì)數(shù)估算的主峰能窗內(nèi)的散射分量圖像；采用未注射99Tcm-MIBI 前的123I-MIBG 下散射窗放射性計(jì)數(shù)和準(zhǔn)直器穿透窗計(jì)數(shù)分別估算123I-MIBG對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾，并在99Tcm-MIBI 主峰能窗圖像中去除。經(jīng)過上述校正后，123I-MIBG 對99Tcm-MIBI 的散射影響基本可以消除，從而保證了圖像重建和定量分析的準(zhǔn)確性。

99Tcm-MIBI 心肌灌注顯像和123I-MIBG 心臟交感神經(jīng)顯像均是目前臨床應(yīng)用的重要的心臟功能評價(jià)技術(shù)，兩者聯(lián)合應(yīng)用對心肌損傷性質(zhì)和程度的判斷、高危心肌的識(shí)別、預(yù)后評估等均具有重要的臨床意義[9,19-22]。近年來，基于動(dòng)態(tài)顯像的定量分析技術(shù)在99Tcm-MIBI 心肌灌注顯像和123I-MIBG 心臟交感神經(jīng)顯像中的研究均已開展。通過99Tcm-MIBI心肌血流定量測定的負(fù)荷MBF 和心肌血流儲(chǔ)備可進(jìn)一步提高對心肌缺血的診斷準(zhǔn)確率，123I-MIBG心臟交感神經(jīng)分布定量指標(biāo)的優(yōu)化也是目前重要的研究課題[23-25]。CZT SPECT 為99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像提供了可能，極大地提高了診斷效率。本研究進(jìn)一步證實(shí)了這一技術(shù)應(yīng)用的可行性，且具有重要的臨床意義。

本研究具有一定的局限性：一是樣本量相對較少，還需要更大樣本量的研究進(jìn)一步證實(shí)；二是受患者難以進(jìn)行多次重復(fù)檢查的限制，沒有行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素顯像與123I-MIBG 單核素顯像獲得的123I-MIBG 定量指標(biāo)的比較，雖然理論上99Tcm的能量較低，不會(huì)明顯影響123I 的放射性計(jì)數(shù)，但仍然需要進(jìn)一步研究結(jié)果的證實(shí)，我們將在后續(xù)的研究中逐步完善。

綜上所述，我們認(rèn)為，利用CZT SPECT 同時(shí)行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像，通過一次檢查完成MBF 和心臟交感神經(jīng)的定量分析是完全可行的。

利益沖突 所有作者聲明無利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明 任俊靈負(fù)責(zé)研究方法的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的采集、論文的撰寫；張宗耀、汪蕾負(fù)責(zé)圖像的分析、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析；王小迪負(fù)責(zé)研究方法的設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)的檢索；方緯負(fù)責(zé)命題的設(shè)計(jì)、研究的指導(dǎo)、論文的審閱