不同準直器的SPECT設備在心肌成像中的應用及進展

王國玉，王雪梅

（1.內蒙古醫科大學，內蒙古 呼和浩特010059；2.內蒙古醫科大學附屬醫院核醫學科，內蒙古自治區分子成像重點實驗室，）

目前，單光子發射型計算機斷層掃描（singlephoton emission computed tomography，SPECT）是臨床上用于心肌成像的重要儀器[1]，能夠評估心臟血流灌注情況和左心室的功能，在冠心病的早期診斷、危險程度分級、臨床治療方案的選擇和判斷預后等方面發揮著關鍵的作用[2]。SPECT是基于對分布在患者體內的放射性示蹤劑發出的γ射線進行檢測而實現成像的。在這一過程中，通過使用準直器來確定γ光子在探測器上的入射角是至關重要的[3]。準直器是SPECT成像系統的核心部件，SPECT機的性能主要是由準直器的性能來決定的，其設計的重點主要是在于對準直器的設計，這就需要考慮分辨率、靈敏度和成像視野大小等多方面的影響[4]，例如孔的大小、材料、整體幾何形狀等，決定了SPECT系統的空間分辨率和靈敏度。臨床上越來越需要高性能的心臟成像專用診斷系統，導致了SPECT系統的開發[5～7]。目前，在臨床上應用最廣泛的是平行孔準直器，新型心臟專用的基于碲-鋅-鎘（cadmiumzinc-telluride，CZT）晶體的探測器也逐漸應用于臨床，然而由于CZT-SPECT系統的成本太高，不利于在臨床上普及，所以現在針對多針孔準直器（multipinhole，MPH）的研究也越來越多。接下來將對上述所提到的幾種準直器來展開論述。

1 平行孔準直器-SPECT

在臨床上，用于SPECT顯像中的最常見的一款準直器就是平行孔準直器。它起初是在1964年由Anger所提出來的[8]，通過對單光子放射性核素的分布來進行平面顯像。平行孔準直器所成圖像具有與物體等大、同向的特點。不同參數的平行孔準直器往往具有不同的分辨率和靈敏度組合。臨床上的平行孔準直器一般根據所適應的γ光子能量和性能劃分為低能高靈敏度、低能高分辨率、低能通用型、中能通用型以及長孔平行束等多種類型的準直器等[4]，其中低能高分辨率準直器在臨床上多用于心肌顯像。

傳統的平行孔準直器-SPECT在采集的過程中通過旋轉雙探頭以達到斷層成像。在采集的過程中，為了避免采集到的計數過低、重建圖像的量子噪聲過大，保持一定的分辨率，臨床上采用延長采集時間的方法來增加圖像的采集計數，約從十幾分鐘到幾十分鐘。由于采集時間太長致使受檢者在整個采集過程中因為身體移動、呼吸、內臟運動等因素導致心臟發生移動，使得重建出來的圖像中出現移動偽影，從而大幅度降低重建圖像的質量[9]。

2 IQ-SPECT

IQ-SPECT心肌成像技術是2010年后新開發的技術，應用心臟專用的匯聚型準直器即SMARTZOOM準直器，使得在采集的過程中做到以心臟為中心。IQ-SPECT心肌成像的采集時間為6 min，而平行孔準直器-SPECT心肌成像則需要22 min，可見IQ-SPECT明顯縮短了采集時間，從而提高了采集效率[10，11]。IQ-SPECT心肌成像對冠心病診斷的靈敏度和準確率均高于平行孔準直器-SPECT心肌成像，研究結果顯示二者對冠心病的診斷價值具有較好的一致性[2]。研究表明，與傳統的平行孔準直器-SPECT相比，IQ-SPECT在室壁基底部更容易造成組織衰減[12]。同時，IQ-SPECT高度依賴于探測器的校準，需要嚴格的驗收測試，以確保足夠的性能。與未校正的平行孔準直器-SPECT圖像相比，非校正IQSPECT圖像的偽影位置和嚴重性存在顯著差異[13]。

3 基于碲-鋅-鎘晶體的SPECT

近年來，新型心臟專用半導體晶體SPECT技術也得到了發展[14]。該設備采用固態碲-鋅-鎘（CZT）晶體作為探測器，與傳統的平行孔準直器-SPECT相比，γ光子的探測靈敏度明顯提高，在相同注射劑量下所采集得到的心肌放射性計數、空間分辨率以及能量分辨率依次分別是平行孔準直器-SPECT的5倍、2倍以及1.65倍[15]，可得到較傳統平行孔準直器-SPECT更高的圖像質量。在實際臨床應用中，在保持診斷準確性的前提下，由于CZT-SPECT無需旋轉探測器即可實現快速動態掃描，顯著提高了時間分辨率，為心肌血流量的定量測量提供了方便，提高工作效率[16，17]，同時還減少顯像藥物的單次使用劑量，從而降低了患者的輻射劑量[18，19]。CZTSPECT心肌灌注顯像診斷冠狀動脈疾病所需要的放射性核素用量更低，與傳統的平行孔準直器-SPECT相比較可以顯示出更多的缺損節段，且診斷結果明顯優于后者[11，20]。以冠狀動脈造影中顯示狹窄＞50%冠狀動脈為標準，利用2種SPECT來進行心肌灌注顯像，研究結果表明[21]，CZT-SPECT的靈敏度、特異性和準確性均優于傳統平行孔準直器-SPECT，在評價心功能、雙核素顯像、心肌血流定量及神經受體顯像等方面都有良好的應用前景。

無論與傳統平行孔準直器-SPECT相比較，還是以冠狀動脈造影為標準來進行驗證，利用心臟專用CZT-SPECT機進行采集時盡管可以有效提高患者的舒適度、降低劑量以及減少偽影，獲得高質量的重建圖像[22，23]，但是仍有一些不足之處會影響其在臨床中的應用。首先，商業化的心臟專用SPECT系統通過使用昂貴的探測器（CZT），雖然大大提高了靈敏度，具備了動態SPECT的能力，但價格昂貴，難以在臨床上普及。其次，當被檢者為心臟明顯擴大或者是病態肥胖時，由于CZT-SPECT的采集視野小，使得心臟很有可能會超出視野，導致出現削切偽影[24]。最后，CZT-SPECT容易受心臟以外濃聚的顯像劑干擾而且有些機型尚無CT衰減校正。由于射線衰減，使得容易被其他臟器所遮擋的左心室下壁及下側壁出現缺損假象，因此CZT-SPECT系統依然需要進行CT衰減校正[25]。

4 多針孔準直器-SPECT

針孔準直器的基本成像原理是小孔成像。心臟專用多針孔準直器是多針孔準直器-SPECT（MPH-SPECT）成像系統的核心部件。為了能夠最大化的利用準直器的視野，需要通過多個針孔來對心臟投影，同時選擇適當的針孔放大倍數和孔徑，既可以保證不降低空間分辨率又可以提高靈敏度，從而提高探測效率，有效縮短成像時間，減少重建偽影和注射劑量。

Funk等人提出了一種用于心肌灌注顯像的MPH-SPECT系統，他們在標準γ相機（飛利浦Argus）上安裝了一個9針孔準直器，并將9個同時投射的心肌投影到探測器的50 cm×38 cm的活動區。與使用平行孔準直器的傳統旋轉SPECT系統相比，該系統可以在保持相同圖像質量的情況下將靈敏度提高5倍。Si等人為臨床SPECT掃描儀設計了一種14針孔心臟準直器，目標分辨率為1 cm，視野為20 cm，采用H型旋轉采集法，最大限度地提高了靈敏度。

一款新型的國產24針孔準直器[9]，安裝在可變角雙探頭SPECT上，不需要旋轉雙探頭就可以進行斷層顯像。研究表明，MPH-SPECT的靈敏度和空間分辨率均明顯優于常規平行孔準直器-SPECT，且顯著縮短了采集時間，從而減少了受檢者注射顯像劑的劑量，改善了患者的舒適度，能夠更加清楚地顯示缺血心肌的部位，顯著地提高診斷的準確性，從而減少誤診的發生。MPH-SPECT成像系統對于心肌血流灌注模型上冷區的分辨率以及對志愿者靜息心肌灌注重建圖像質量與CZT-SPECT相當[9]，但在達到心臟專用CZT-SPECT性能的同時可以降低成本，除此之外MPH還可以搭載在普通的SPECT機上而無需使用心臟專用的SPECT機，在臨床應用上可作為后者的低成本替代品，有助于心肌灌注顯像在臨床上的普及。但目前MPH-SPECT尚處于研究階段，期待早日應用于臨床。

5 總結

SPECT是評估心肌灌注的成像儀器。為了便于早期診斷和治療，高分辨率心臟SPECT掃描儀的發展勢在必行。這種日益增長的需求導致了市場上越來越多的開發心臟專用SPECT掃描儀。MPH的使用在改善當前SPECT性能方面發揮了重要作用，并且在未來新SPECT成像系統的開發方面仍將是研究人員以及商業上感興趣的主題。

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