利用CZT SPECT 進行雙核素雙動態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

北京協和醫學院，國家心血管病中心，中國醫學科學院阜外醫院核醫學科，北京 100037

近年來，基于SPECT 的心臟動態顯像定量分析技術已逐步成熟并開始應用于臨床。與傳統的靜態顯像定性分析技術相比，定量分析技術更能滿足臨床精準診斷的迫切需求，在診斷準確率方面具有明顯的優勢。與傳統的定性診斷技術相比，SPECT心肌灌注顯像心肌血流定量分析技術診斷心肌缺血的靈敏度有了顯著的提高[1-3]；SPECT 心臟神經顯像也逐步建立了能夠用于心臟疾病診斷和預后評估的定量指標[4-7]。傳統的定性診斷技術與SPECT 心肌灌注顯像心肌血流定量分析技術聯合應用能夠進一步提高對心肌損傷的診斷效能，對因冠狀動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后事件的預測等都有較好的診斷價值[8-9]。

另一方面，SPECT 顯像的性能也在不斷提高。與傳統SPECT 相比，碲鋅鎘（cadmium zinc telluride，CZT）心臟專用SPECT（簡稱CZT SPECT）具有更優越的物理性能，其探測靈敏度、空間分辨率和能量分辨率均明顯提高，能夠對能峰較為接近的99Tcm和123I 信號進行有效地鑒別，從而實現雙核素顯像，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/交感神經顯像的可行性進行了探索，結果表明CZT SPECT 能夠較好地辨別99Tcm-MIBI 和123I-MIBG 信號，有效避免雙核素間的干擾，一次檢查可以同時得到較為清晰的99Tcm-MIBI 心肌灌注顯像和123I-MIBG 心臟交感神經圖像[11-13]。本研究在上述研究的基礎上，進一步利用CZT SPECT 進行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動態心臟顯像定量分析，探討雙核素采集對心臟定量分析指標是否會產生顯著的影響，從而確定這一技術在臨床中應用的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

對2021 年10 月至2023 年6 月于中國醫學科學院阜外醫院治療的24 例心功能不全患者進行前瞻性研究，其中男性14 例、女性10 例，年齡（49.2±16.8）歲。納入標準：心功能不全患者（射血分數＜50%）；年齡18～80 歲。排除標準：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學科學院阜外醫院倫理委員會的批準（批準號：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 進行雙核素雙動態心臟顯像。顯像前24 h 患者口服碘劑（中國醫學科學院阜外醫院院內制劑）封閉甲狀腺。第1 日行99Tcm-MIBI 單核素動態SPECT 心臟顯像。動態顯像前患者平躺于檢查床，預注射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。動態顯像采用列表模式，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。動態采集完成后，患者移至美國通用電氣公司Optima 640 型SPECT/CT 進行低劑量CT 掃描，用于組織衰減校正。第2 日行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動態SPECT 心臟顯像。顯像前患者同樣預注射3.7×107Bq99Tcm-MIBI 用于心臟定位，并測量靜息心率與血壓。動態顯像采用列表模式，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 列表模式數據重分

99Tcm-MIBI 單核素動態SPECT 心臟顯像的列表模式數據按照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雙核素雙動態SPECT 心臟顯像的列表模式數據也按照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 動態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 個子集。第1 日99Tcm-MIBI 單核素動態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 雙核素雙動態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，還需要在心肌同時存在123I-MIBG 和99Tcm-MIBI 攝取時校正123I-MIBG對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準直器穿透干擾。校正方法為采用123I-MIBG 下散射窗預估123I-MIBG 對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準直器穿透干擾程度，由此對99Tcm-MIBI 主峰能窗圖像進行校正。為驗證123I-MIBG 對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準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 雙核素雙動態SPECT 心臟顯像的原始圖像進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、下散射干擾和準直器穿透干擾校正；非完整物理校正不進行下散射干擾和準直器穿透干擾校正。

1.3.3 SPECT 心肌血流定量

第1 日和第2 日的99Tcm-MIBI 動態SPECT 心臟顯像圖像通過三維采樣生成心血池與心肌的時間-放射性活度曲線，將時間-放射性活度曲線用單組織雙腔室動力學模型進行擬合，計算心肌攝取速率參數K1，將99Tcm-MIBI 心肌放射性計數轉換為心肌血流量（myocardial blood flow，MBF），并以靜息心率和血壓的乘積進行校正。MBF 包括：整體左心室（left ventride，LV）和冠狀動脈左前降支（left anterior descending branch，LAD）、左回旋支（left circumflex branch，LCX）、右冠狀動脈（right coronary artery，RCA）支配區域MBF。所有動態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用MyoFlowQ 軟件（北京百靈云生物醫學科技有限公司）完成。

1.4 統計學方法

應用IBM SPSS 21.0 軟件對數據進行統計學分析。不符合正態分布的計量資料以M（Q1,Q3）表示，采用Wilcoxon 秩和檢驗比較99Tcm-MIBI 單核素動態SPECT 心臟顯像與99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動態SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區域MBF 的差異。采用Pearson相關性分析及 Bland-Altman 法分析兩種顯像方法得到的MBF 的相關性和一致性。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

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

由表1 可知，99Tcm-MIBI 單核素動態SPECT 心臟顯像與進行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動態SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區域的MBF 的差異均無統計學意義（均P＞0.05）。99Tcm-MIBI 單核素動態SPECT 心臟顯像與進行非完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動態SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區域的MBF 的差異均有統計學意義（均P＜0.05）。

表1 心功能不全患者99Tcm-MIBI 單核素動態SPECT 心臟顯像與進行完整物理校正、非完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動態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 單核素動態SPECT 心臟顯像與進行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動態SPECT 心臟顯像獲得的MBF 的相關性和一致性分析

如圖1 所示，99Tcm-MIBI 單核素動態SPECT 心臟顯像與進行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動態SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區域的MBF 均有較好的相關性（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 單核素動態SPECT 心臟顯像與進行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動態SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區域的MBF均有較好的相關性和一致性。

圖1 99Tcm-MIBI 單核素動態SPECT 心臟顯像與進行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動態SPECT 心臟顯像獲得的心肌血流量的相關性分析 MIBI 為甲氧基異丁基異腈；SPECT 為單光子發射計算機體層攝影術；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 單核素動態SPECT 心臟顯像與進行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動態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 為單光子發射計算機體層攝影術；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 為右冠狀動脈；SD 為標準差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，我們發現，使用CZT SPECT 進行的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動態SPECT 心臟顯像經過散射校正后，較高能量的123I-MIBG 信號不會對99Tcm-MIBI 心肌血流定量產生明顯的影響。

99Tcm和123I 的能峰分別為140 keV 和159 keV，二者非常接近，傳統的碘化鈉（NaI）晶體SPECT 的能量分辨率＞10%，難以區分這兩種核素的能峰，因此無法實現99Tcm/123I 雙核素顯像。但CZT SPECT的能量分辨率顯著提高，可達到5%～6%[14]，能夠對99Tcm和123I 的雙核素信號進行有效地鑒別。以往的研究結果表明，即使不進行物理校正，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數相對分布的差異無統計學意義，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計學意義[11]。上述研究結果均是基于放射性計數的相對分布得出的，并未進行絕對定量分析，對于常規的心肌灌注顯像和心臟神經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 和心臟交感神經均進行絕對定量分析，因此與以往研究不同。

進行心臟SPECT 絕對定量分析的前提是基于對心肌放射性計數的準確測量，因此在行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素顯像時還需要對高能123I 對低能99Tcm信號的影響進行校正；低能99Tcm對高能123I 信號不會產生明顯影響，因此不需要校正。行雙核素SPECT 心臟顯像時，可以從能譜與原始投影圖觀察到心肌的123I-MIBG 攝取對99Tcm-MIBI 心肌圖像產生的下散射干擾和準直器穿透干擾，這種干擾會增加99Tcm-MIBI 主峰能窗的放射性計數，進而影響動態SPECT 圖像重建和定量分析的準確性[15-18]。因此，99Tcm-MIBI 動態顯像的散射校正應包括兩個部分，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數估算的主峰能窗內的散射分量圖像；采用未注射99Tcm-MIBI 前的123I-MIBG 下散射窗放射性計數和準直器穿透窗計數分別估算123I-MIBG對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準直器穿透干擾，并在99Tcm-MIBI 主峰能窗圖像中去除。經過上述校正后，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確性。

99Tcm-MIBI 心肌灌注顯像和123I-MIBG 心臟交感神經顯像均是目前臨床應用的重要的心臟功能評價技術，兩者聯合應用對心肌損傷性質和程度的判斷、高危心肌的識別、預后評估等均具有重要的臨床意義[9,19-22]。近年來，基于動態顯像的定量分析技術在99Tcm-MIBI 心肌灌注顯像和123I-MIBG 心臟交感神經顯像中的研究均已開展。通過99Tcm-MIBI心肌血流定量測定的負荷MBF 和心肌血流儲備可進一步提高對心肌缺血的診斷準確率，123I-MIBG心臟交感神經分布定量指標的優化也是目前重要的研究課題[23-25]。CZT SPECT 為99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動態SPECT 心臟顯像提供了可能，極大地提高了診斷效率。本研究進一步證實了這一技術應用的可行性，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一步證實；二是受患者難以進行多次重復檢查的限制，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 定量指標的比較，雖然理論上99Tcm的能量較低，不會明顯影響123I 的放射性計數，但仍然需要進一步研究結果的證實，我們將在后續的研究中逐步完善。

綜上所述，我們認為，利用CZT SPECT 同時行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動態SPECT 心臟顯像，通過一次檢查完成MBF 和心臟交感神經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

作者貢獻聲明 任俊靈負責研究方法的設計、數據的采集、論文的撰寫；張宗耀、汪蕾負責圖像的分析、數據的統計與分析；王小迪負責研究方法的設計、文獻的檢索；方緯負責命題的設計、研究的指導、論文的審閱