不同準(zhǔn)直器的SPECT設(shè)備在心肌成像中的應(yīng)用及進(jìn)展

王國玉，王雪梅

（1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特010059；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，內(nèi)蒙古自治區(qū)分子成像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，）

目前，單光子發(fā)射型計算機(jī)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(yù)后等方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用[2]。SPECT是基于對分布在患者體內(nèi)的放射性示蹤劑發(fā)出的γ射線進(jìn)行檢測而實(shí)現(xiàn)成像的。在這一過程中，通過使用準(zhǔn)直器來確定γ光子在探測器上的入射角是至關(guān)重要的[3]。準(zhǔn)直器是SPECT成像系統(tǒng)的核心部件，SPECT機(jī)的性能主要是由準(zhǔn)直器的性能來決定的，其設(shè)計的重點(diǎn)主要是在于對準(zhǔn)直器的設(shè)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(tǒng)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(tǒng)，導(dǎo)致了SPECT系統(tǒng)的開發(fā)[5～7]。目前，在臨床上應(yīng)用最廣泛的是平行孔準(zhǔn)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(yīng)用于臨床，然而由于CZT-SPECT系統(tǒng)的成本太高，不利于在臨床上普及，所以現(xiàn)在針對多針孔準(zhǔn)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(zhǔn)直器來展開論述。

1 平行孔準(zhǔn)直器-SPECT

在臨床上，用于SPECT顯像中的最常見的一款準(zhǔn)直器就是平行孔準(zhǔn)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(jìn)行平面顯像。平行孔準(zhǔn)直器所成圖像具有與物體等大、同向的特點(diǎn)。不同參數(shù)的平行孔準(zhǔn)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(zhǔn)直器一般根據(jù)所適應(yīng)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(zhǔn)直器等[4]，其中低能高分辨率準(zhǔn)直器在臨床上多用于心肌顯像。

傳統(tǒng)的平行孔準(zhǔn)直器-SPECT在采集的過程中通過旋轉(zhuǎn)雙探頭以達(dá)到斷層成像。在采集的過程中，為了避免采集到的計數(shù)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(shù)，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?yàn)樯眢w移動、呼吸、內(nèi)臟運(yùn)動等因素導(dǎo)致心臟發(fā)生移動，使得重建出來的圖像中出現(xiàn)移動偽影，從而大幅度降低重建圖像的質(zhì)量[9]。

2 IQ-SPECT

IQ-SPECT心肌成像技術(shù)是2010年后新開發(fā)的技術(shù)，應(yīng)用心臟專用的匯聚型準(zhǔn)直器即SMARTZOOM準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)確率均高于平行孔準(zhǔn)直器-SPECT心肌成像，研究結(jié)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(tǒng)的平行孔準(zhǔn)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(zhǔn)，需要嚴(yán)格的驗(yàn)收測試，以確保足夠的性能。與未校正的平行孔準(zhǔn)直器-SPECT圖像相比，非校正IQSPECT圖像的偽影位置和嚴(yán)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(dǎo)體晶體SPECT技術(shù)也得到了發(fā)展[14]。該設(shè)備采用固態(tài)碲-鋅-鎘（CZT）晶體作為探測器，與傳統(tǒng)的平行孔準(zhǔn)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(shù)、空間分辨率以及能量分辨率依次分別是平行孔準(zhǔn)直器-SPECT的5倍、2倍以及1.65倍[15]，可得到較傳統(tǒng)平行孔準(zhǔn)直器-SPECT更高的圖像質(zhì)量。在實(shí)際臨床應(yīng)用中，在保持診斷準(zhǔn)確性的前提下，由于CZT-SPECT無需旋轉(zhuǎn)探測器即可實(shí)現(xiàn)快速動態(tài)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(tǒng)的平行孔準(zhǔn)直器-SPECT相比較可以顯示出更多的缺損節(jié)段，且診斷結(jié)果明顯優(yōu)于后者[11，20]。以冠狀動脈造影中顯示狹窄＞50%冠狀動脈為標(biāo)準(zhǔn)，利用2種SPECT來進(jìn)行心肌灌注顯像，研究結(jié)果表明[21]，CZT-SPECT的靈敏度、特異性和準(zhǔn)確性均優(yōu)于傳統(tǒng)平行孔準(zhǔn)直器-SPECT，在評價心功能、雙核素顯像、心肌血流定量及神經(jīng)受體顯像等方面都有良好的應(yīng)用前景。

無論與傳統(tǒng)平行孔準(zhǔn)直器-SPECT相比較，還是以冠狀動脈造影為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行驗(yàn)證，利用心臟專用CZT-SPECT機(jī)進(jìn)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(zhì)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(yīng)用。首先，商業(yè)化的心臟專用SPECT系統(tǒng)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(tài)SPECT的能力，但價格昂貴，難以在臨床上普及。其次，當(dāng)被檢者為心臟明顯擴(kuò)大或者是病態(tài)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(dǎo)致出現(xiàn)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(jī)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(cè)壁出現(xiàn)缺損假象，因此CZT-SPECT系統(tǒng)依然需要進(jìn)行CT衰減校正[25]。

4 多針孔準(zhǔn)直器-SPECT

針孔準(zhǔn)直器的基本成像原理是小孔成像。心臟專用多針孔準(zhǔn)直器是多針孔準(zhǔn)直器-SPECT（MPH-SPECT）成像系統(tǒng)的核心部件。為了能夠最大化的利用準(zhǔn)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(dāng)?shù)尼樋追糯蟊稊?shù)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(tǒng)，他們在標(biāo)準(zhǔn)γ相機(jī)（飛利浦Argus）上安裝了一個9針孔準(zhǔn)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(qū)。與使用平行孔準(zhǔn)直器的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)SPECT系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)可以在保持相同圖像質(zhì)量的情況下將靈敏度提高5倍。Si等人為臨床SPECT掃描儀設(shè)計了一種14針孔心臟準(zhǔn)直器，目標(biāo)分辨率為1 cm，視野為20 cm，采用H型旋轉(zhuǎn)采集法，最大限度地提高了靈敏度。

一款新型的國產(chǎn)24針孔準(zhǔn)直器[9]，安裝在可變角雙探頭SPECT上，不需要旋轉(zhuǎn)雙探頭就可以進(jìn)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(yōu)于常規(guī)平行孔準(zhǔn)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(zhǔn)確性，從而減少誤診的發(fā)生。MPH-SPECT成像系統(tǒng)對于心肌血流灌注模型上冷區(qū)的分辨率以及對志愿者靜息心肌灌注重建圖像質(zhì)量與CZT-SPECT相當(dāng)[9]，但在達(dá)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(jī)上而無需使用心臟專用的SPECT機(jī)，在臨床應(yīng)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(yīng)用于臨床。

5 總結(jié)

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(fā)展勢在必行。這種日益增長的需求導(dǎo)致了市場上越來越多的開發(fā)心臟專用SPECT掃描儀。MPH的使用在改善當(dāng)前SPECT性能方面發(fā)揮了重要作用，并且在未來新SPECT成像系統(tǒng)的開發(fā)方面仍將是研究人員以及商業(yè)上感興趣的主題。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突