碲锌镉探测器SPECT在心肌灌注显像中的应用

易展雄（综述）　田月琴（审校）



碲锌镉探测器SPECT在心肌灌注显像中的应用

易展雄（综述）1,2田月琴（审校）1,2

【关键词】体层摄影术，发射型计算机，单光子；碲锌镉探测器；心肌；灌注成像；综述

【作者单位】 1.北京协和医学院北京100730；2.中国医学科学院阜外医院核医学科北京100037

1939年，Gordon Liljestrand开创了心脏核医学，使其成为无创影像检查方法[1]，传统SPECT探测器所使用的是碘化钠（NaI）晶体，其用于疾病的诊断等方面发挥了重要作用，但同时也存在一些局限性。1996年，具有临床使用价值的半导体探测器碲锌镉（cadmium zinc telluride，CZT）替代NaI晶体的SPECT问世，标志着核医学仪器硬件上的新突破，目前商品化的CZT半导体探测器SPECT心脏显像设备有两种[2-4]：一种是GE公司的Healthcare Discovery NM530c，另一种是Spectrum Dynamics D-SPECT。本文主要介绍这种新型半导体探测器在心肌灌注显像方面的临床应用及其优、缺点，以提高对心脏核医学诊断的认识。

1　成像原理

CZT探测器的成像原理是直接将γ射线转化为电信号。当采集的γ射线与CZT晶体作用时，晶体内部产生电子和空穴对，其数量和入射光子的数量成正比。带负电的电子和带正电的空穴向不同的电极运动，形成的电荷脉冲经过前置放大变成电压脉冲。前置放大输出的信号经过后续电路处理，然后进行图像重建。CZT探测器在室温状态下能够处理100万光子/（s·mm2）[5]，从而保证CZT探测器对γ射线探测具有极高的系统灵敏度。

2　CZT探测器SPECT与传统SPECT比较的优势

2.1缩小体积、减轻重量与传统SPECT比较，CZT半导体材料直接取代了传统晶体、光电倍增管，从而明显缩小了探测器的体积。随着探测器体积的缩小，采用屏蔽需要的材料也相应地减少，所以明显减轻了整个SPECT设备探测头的重量。

2.2提高能量分辨率、系统灵敏度和空间分辨率与传统SPECT比较，CZT探测器SPECT依据多针孔设计及像素阵列探测器，可同时多方位采集，提高了总的灵敏度，从而提高了探测器的空间分辨率[6]，采用这种小像素电极的大体积CZT阵列探测器获得了非常好的能量分辨率。与传统SPECT相比，新的高效CZT半导体SPECT光敏感性是传统SPECT的3~5倍，能量分辨率为1.65倍，空间分辨率为1.7~2.5倍[7]。提高能量分辨率有利于提高SPECT系统的整体性能，提高系统灵敏度可以减少放射性显像剂的用量，缩短扫描时间，提高图像的对比度。同一患者采取两种显像方法时，这种显像的图像质量往往要比传统显像方法好，在大多数患者中可以看到这种显像的图像边缘更为锐利、清晰，图像质量更好，相应地提高了诊断准确性[8]。

2.3减少放射性显像剂的剂量、缩短扫描时间与传统SPECT相比，CZT探测器SPECT的计数率是前者的5倍以上，可以大大缩短采集时间及明显减少显像剂的注射剂量，并可以获得与传统SPECT心肌灌注显像方法相同甚至更好的图像质量。Herzog等[3]的研究发现，用CZT探测器SPECT负荷低剂量心肌灌注显像的采集时间为3 min，而静息高剂量的采集时间为2 min，且其图像质量与传统SPECT采集15 min所得图像相当，明显缩短了扫描时间。Tanaka等[9]将CZT探测器SPECT与传统SPECT心肌灌注图像进行比较，对150例患者分别先行15 min传统SPECT负荷及静息心肌灌注显像，然后即刻在CZT探测器SPECT上行5 min负荷和3 min静息显像。按时间列表采集的数据进行图像重建（图1[9]），结果显示CZT探测器SPECT与传统SPECT图像质量有很好的相关性。3 min、4 min CZT探测器SPECT负荷心肌灌注显像图像质量好或极好的比例分别为97%、100%，1 min、2 min静息图像质量好或极好的比例分别为94%、100%。Duvall等[10]的研究也得到同样结论，CZT探测器SPECT在缩短显像时间和减少显像剂剂量的情况下能够获得很好的图像质量。采集时间可以从传统的15~20 min缩短到3~5 min，明显提高了扫描效率和设备的利用率，由于扫描时间缩短，减少了患者的不适感及在扫描过程中可能产生的移动伪影。传统SPECT运动负荷+静息心肌灌注显像99Tcm标记化合物总的显像剂剂量为1110~1480 MBq（30~40 mCi），而CZT探测器SPECT可使剂量降低30%~70%，只需要462.5~1110.0 MBq（12.5~30.0 mCi）。总的静息/运动心肌灌注显像的辐射剂量为5.8 mSv，仅为传统SPECT静息99Tcm-370 MBq（10 mCi）+负荷1110 MBq（30 mCi）显像11.4 mSv 的49%，较双核素99Tcm+201TI显像23.9 mSv的辐射剂量约减少了76%。

图1　根据不同时间，CZT探测器SPECT采集的图像质量及平均计数率。A、C分别为负荷心肌灌注显像图像质量及平均计数率，A示3 min、4 min CZT探测器SPECT负荷心肌灌注显像图像质量好或极好的比例分别为97%、100%；B、D分别为静息心肌灌注显像图像质量及平均计数率，B示1 min、2 min静息图像质量好或极好的比例分别为94%、100%[9]

3　CZT探测器SPECT心肌灌注显像的应用

3.1对冠心病的诊断

3.1.1CZT探测器SPECT在冠心病和心肌梗死患者中的应用我国冠心病的发生率呈上升趋势，但误诊率及漏诊率较高[11]。低剂量超快显像CZT探测器SPECT在冠心病的检查中是可行的，其在降低辐射剂量的情况下，对冠心病的诊断仍具有很高的应用价值[12]。CZT探测器SPECT与传统SPECT诊断冠心病有很高的一致性和符合率。Verger等[13]的研究结果表明，无论采取何种显像剂及检查方法，201TI负荷剂量为1.5 MBq/kg，静息为0.5 MBq/kg。99Tcm低剂量为3.7 MBq/kg，高剂量为11.0 MBq/kg；CZT探测器SPECT与传统SPECT心肌灌注显像的符合率较高，201TI为92%，99Tcm标记化合物低剂量为86%，99Tcm标记化合物高剂量为98%。对检测心肌梗死范围的相关性高（r=0.80，P<0.001），对心肌缺血范围的检测相关性略低（r=0.72，P<0.001）。传统SPECT心肌灌注显像测得的心肌缺血范围更大，特别是在肥胖患者中尤为明显，可能与肥胖患者在传统SPECT的计数率低、在CZT探测器的计数率明显增高有关。Esteves等[2]也对比了CZT探测器SPECT与传统SPECT心肌灌注显像，对168例患者行一日法静息/运动CZT探测器SPECT显像，根据患者体重给予99Tcm标记化合物剂量为静息370~555 MBq（10~15 mCi），采集4 min，运动1110~1665 MBq（30~45 mCi），采集2 min，结果表明，CZT探测器SPECT与传统SPECT心肌灌注显像诊断有心肌灌注缺损的一致性为91.9%，无灌注缺损的一致性为92.5%；门控所测左心室射血分数静息显像及负荷显像两种探测器的相关性均较高（r=0.87、0.90，P<0.01）。

冠状动脉造影是诊断冠心病的“金标准”，CZT探测器SPECT对冠心病的诊断有很高的敏感度、特异度及准确度，Duvall等[14]将CZT探测器SPECT心肌显像与冠状动脉造影进行比较，结果发现，CZT探测器SPECT心肌灌注显像对冠心病诊断的敏感度为89%，特异度为66%，准确度为78%。Fiechter等[15]以冠状动脉造影为诊断标准，研究了CZT探测器SPECT/CT诊断冠心病的价值，结果表明，其诊断冠心病的敏感度为87%，特异度为67%，阳性预测值为92%，阴性预测值为50%，准确度为83%。为了评估CZT超快显像诊断的准确性，Tanaka等[9]将95例患者行201TI负荷CZT探测器SPECT心肌灌注显像，3个月内行冠状动脉造影，结果显示CZT探测器SPECT诊断各支冠状动脉狭窄的敏感度、特异度和准确度分别为左前降支90%、64%、78%，左回旋支78%、84%、84%，右冠状动脉83%、47%、60%。特异度较低是由于患者选择偏倚[16]。心肌灌注显像异常作为行冠状动脉造影的条件，故冠状动脉造影的阴性率很低。

3.1.2CZT探测器SPECT在肥胖患者中的应用随着患者体重增加，光子计数及图像质量也随之下降，van Dijk等[17]的研究通过患者的体重来个性化制订患者CZT探测器SPECT心肌灌注显像的显像剂剂量和扫描时间，以获得好的图像质量并降低辐射剂量，提高工作效率。Gimelli等[18]对148例肥胖患者进行研究，发现与标准的检查方式相比，CZT探测器SPECT在减少辐射剂量50%以上时，仍能保持良好的敏感度和特异度。

3.1.3CZT探测器SPECT对急诊胸痛的诊断缩短CZT探测器扫描时间可以明显提高急诊室胸痛患者冠心病的诊断与鉴别诊断效率，使急性冠状动脉综合征的鉴别诊断成为可能。CZT超快负荷心肌灌注显像为阴性时，可以免去静息显像，既缩短了扫描时间，又减轻了患者的经济负担，CZT探测器SPECT的应用使急诊心肌灌注显像成为更有效的检查方法[19]。

3.2心肌血流储备的测定由于传统SPECT计数率低，且不能进行动态断层显像，使其进行动态采集非常困难，而CZT探测器SPECT计数率高，可以在首过显像时快速采集序列动态图像，并可量化心肌血流量和心肌血流储备。Pazhenkottil等[20]研究了CZT探测器SPECT与PET测定绝对冠状动脉血流量和冠状动脉血流储备（coronary flow reserve，CFR）的相关性，选取26例患者采用PET测定心肌血流量和CFR，在2周内行一日法99Tcm-替曲膦腺苷负荷/静息CZT探测器SPECT心肌灌注显像，将CFR<2设定为异常，结果显示CZT探测器SPECT测定的平均CFR为2.06±0.74，而13N-氨水PET测定的值为2.19±0.67。CZT探测器SPECT与PET在冠状动脉血流量测定上有较好的相关性。PET测定冠状动脉血流量正常16例，CZT探测器SPECT检出13例正常；PET测定10例异常患者中，CZT探测器SPECT检测出8例，CZT探测器SPECT与PET检测一致率为80.7%。

为了研究CZT探测器SPECT在心肌灌注储备中的作用，Ben-Haim等[21]对95例患者行CZT探测器SPECT99Tcm-MIBI负荷/静息门控心肌灌注显像，结果显示，整体心肌灌注正常者较异常者心肌灌注储备指数高，分别为1.61和1.27。多变量回归分析表明，整体心肌灌注储备指数与左心室总的负荷灌注缺损区、年龄和吸烟有关，而局部心肌灌注储备指数除与上述变量有关外，还与局部负荷灌注缺损有关。16例患者行冠状动脉造影显示有20支血管狭窄大于50%。CZT探测器SPECT检测出狭窄冠状动脉供血区的心肌灌注储备指数为1.11，而正常者的指数为1.30，并且随着冠状动脉狭窄程度的加重，心肌灌注指数也会逐渐下降。

3.3左心室功能及衰减校正等其他方面Cochet等[22]以心脏MRI为参考，研究了CZT探测器SPECT心肌灌注显像对评价左心室整体及局部功能的准确性，及其对绝对室壁运动和室壁厚度的测定价值，结果表明，CZT探测器SPECT心肌灌注显像和定量SPECT门控分析可以很好地评估左心室射血分数，但不能很好地评估左心室容量。对室壁运动的评估要优于对室壁厚度的评估，而且往往会低估室壁厚度。节段性室壁运动和室壁厚度的绝对量化可以用于心肌瘢痕的判定。Bailliez等[23]的研究表明，CZT探测器SPECT与心脏MRI测量左心室收缩末期容积、舒张末期容积和射血分数有很高的一致性，但前者往往会低估局部室壁厚度，特别是在左心室壁增厚的情况下。

衰减校正可以改善图像质量，Herzog等[24]探讨了衰减校正在CZT探测器SPECT中的有效性，对66例患者行3 min负荷心肌灌注显像（低剂量）、2 min静息（高剂量）心肌灌注显像，结果显示，在CZT与传统SPECT均有衰减校正的情况下，低剂量显像和高剂量显像的一致性分别为96%和99%，证实了CZT探测器SPECT衰减校正的可行性。

Pazhenkottil等[25]的研究表明，与传统双探头SPECT比较，用CZT探测器SPECT对患者进行5 min的采集，可以对左心室非同步性进行准确评估，对心脏再同步化治疗的参数最优化有一定的潜在价值。

CZT探测器SPECT还可用于仰卧双体位心肌灌注显像。Goto等[26]对322例患者的研究结果显示，在诊断下外侧壁心肌缺血方面，仰俯卧位与仅俯卧位心肌灌注显像相比，提高了诊断特异度（93%比72%，P<0.001）和准确度（88%比74%，P<0.001），而不降低其敏感度（82%比68%，P>0.05）。

综上所述，CZT半导体探测器SPECT致密、小巧，系统灵敏度、能量分辨率及空间分辨率高，可明显缩短采集时间、大幅降低辐射剂量，显著提高SPECT心肌灌注图像质量，而且拓展了SPECT临床应用的范围，CZT半导体探测器SPECT心肌灌注显像未来有更为广泛的应用。

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（本文编辑张春辉）

读者•作者•编者

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【收稿日期】2015-09-26【修回日期】2015-11-21

【通讯作者】田月琴E-mail: tianyueqin2007@126.com

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.01.017

【中图分类号】R445.3