核素心肌显像技术的研究进展*

袁婷婷 王荣福②*

核素心肌显像技术的研究进展*

袁婷婷①王荣福①②*

核素心肌显像时，恰当地选用图像采集方式和处理技术能够保证心肌显像图像的可读性。探讨核医学心肌显像中如何避免显像过程可能对图像造成的影响及鉴别方法，其中包括心肌图像伪影的鉴别、图像重建算法以及软件处理的多种方法的异同点。分析发现，对患者图像采集时相应的情况应选用合适的方法鉴别心肌图像伪影，而心肌显像图像重建算法和多种软件处理方法的优劣尚缺乏定论。心肌显像如何更恰当地选用图像采集方式、图像重建和软件处理方法仍有待进一步研究。

心肌灌注显像；伪影；矫正；重建；心功能参数

袁婷婷,女,(1991- ),硕士研究生，医师。北京大学国际医院核医学科，从事核医学影像诊断及甲亢治疗工作。

心肌灌注显像(myocardial perfusion imaging，MPI)是核医学常用的心肌显像方法，目前，临床应用最广泛的心肌灌注显像剂是99Tcm-甲氧基异丁基异腈(99Tcm-methoxyisobutylisonitrile，99Tcm-MIBI)，MPI常规利用单光子计算机断层(single-photon emission computed tomography，SPECT)对患者进行检查。研究表明，99Tcm-MIBI MPI无创、安全且有效，可用于心肌缺血或心肌梗死患者治疗方案的决策、预后判断和动态监测[1-4]。然而，显像前的准备、采集过程、处理方法及图像分析等系列流程均有可能影响显像结果的判读。

1 99Tcm-MIBI显像前准备与采集方法

在正常情况下99Tcm-MIBI除聚集于心脏外，主要通过肝胆系统和胃肠道排泄，故显像前口服脂餐是为减少肝胆系统和胃肠道对心脏显像的干扰，此项显像前的注意事项已成为临床共识。

核医学采集方法对于MPI图像的影响有多方面的因素，即运动伪影、组织衰减伪影以及因矩阵和采集时间不合理而造成图像噪声增大等。矩阵和采集时间不合理在临床较容易观察，但运动伪影和组织衰减伪影在临床中需要利用多种方法来帮助鉴别。

1.1 运动伪影

常规心肌灌注显像采集的时间较长，采集过程中受检者身体移动、呼吸及内脏运动等因素都会造成心脏的移动，患者运动产生的伪影对SPECT MPI结果的影响表现为图像逐渐出现放射性稀疏、缺损以及变形，并出现“拖尾”、“伴影”等伪影特征，不同方向及不同幅度的位移对左心室各节段的影响具有不同特征，临床医生在对MPI图像解读的过程中需要予以鉴别，避免得出假阳性结果[5]。研究表明，MPI新的采集方法以心脏作为旋转采集中心的IQ·SPECT技术比传统的SPECT心肌显像利用低能量高分辨率(low energy high resolution，LEHR)准直器的LEHR·SPECT技术具有更高的采集效率，且图像质量更高[6-8]。

1.2 组织衰减伪影

心脏周围组织器官对γ射线的衰减，亦可造成左心室各节段出现不同程度的衰减伪影。减少SPECT心肌显像衰减伪影的主要方法有透射衰减校正、改变显像体位及采集角度等，其中改变显像体位是最为简单经济的方法。有学者指出，对于女性患者采用右侧卧位或俯卧位能有效减少和鉴别成年女性左心室前壁的衰减伪影[9-10]；俯卧位比仰卧位更有助于左室下壁病变的观察[10-11]。部分学者提出“H”模式360°采集可以有效地减少乳房组织衰减引起的伪影，而且图像质量优于“L”模式180°采集，但其局限在于采集时间增加1倍[12]。向上固定乳腺这种鉴别乳腺衰减伪影的方法由于其可操作性差，目前在临床较少应用。CT衰减校正(computed tomography attenuation correction，CTAC)或X射线衰减校正可明显改善左心室下后壁、间壁和侧壁的放射性分布，但对心尖部的补偿相对不足，CTAC是目前临床常用的鉴别心肌显像衰减伪影的方法，CT与SPECT图像配准不良可使MPI CTAC图像出现不同程度的伪影，在临床显像中应注意观察CT和SPECT图像的配准情况，明确配准不良的幅度和方向，必要时对两者进行重新配准[10，13-16]。

1.3 心脏核医学显像的新设备

心脏专用碲化镉锌(cadmium zinc telluride，CZT)晶体相机在扫描过程中，探头和准直器不移动，多个CZT探测器同时进行图像采集。CZT晶体使140 keV光子的能量，其分辨率由5﹪提高至10﹪；且与采用滤波反投影重建算法的传统SPECT相比，空间分辨率显著提高。CZT晶体相机与传统SPECT心肌成像比较，可显著缩短MPI扫描时间，提升患者舒适度并因此减少运动伪影，大幅降低辐射剂量，高速相机可提供与标准SPECT相当的图像质量，且有相同的诊断效能[17-20]。Lima等[21-22]研究报道，心脏专用CTZ相机对心脏事件的预后价值也与传统的SPECT心肌显像相似。目前具备该设备的医院较少。

2 MPI图像的处理

2.1 MPI图像断层的重建

对MPI图像的处理步骤之一是MPI图像断层的重建，其算法主要包括解析法和迭代法，解析法以滤波反投影(filtered back projection，FBP)法应用最为广泛，后者以有序子集最大期望值(ordered subset expectation maximization，OSEM)法为代表。有学者认为，FBP和OSEM两种软件的分析结果较为接近，也有学者指出OSEM重建方法比FBP重建方法对定量参数如左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)、舒张末期容积(end-diastolic，EDV)和收缩末期容积(end-systolic，ESV)的评估更准确，并建议OSEM选择2次迭代和分成10个子集来重建[23-24]。de Barros等[25]在对OSEM重建方法的研究中发现MPI图像的重建采用6次迭代和分成4个子集来重建出的图像效果相对较好。OSEM选择一个合适的迭代次数和子集数对MPI图像质量非常重要，在运算时间不变的情况，子集划分个数增加，迭代收敛速度增加，迭代次数减少，子集的划分和图像重建质量之间存在均衡关系，在临床应用中如何在保证重建图像质量且兼顾运算速度的情况下选择最佳迭代次数和子集目前尚缺乏定论。

2.2 定量分析门控MPI图像

MPI图像的处理步骤之二是应用各种定量分析门控MPI图像的左心室容积和射血分数的软件，常用的自动测量方法有定量门控心肌断层显像(quantitative gated SPECT，QGS)、爱莫瑞心脏工具箱(Emory cardiac toolbox，ECToolbox)和四维模型心肌断层显像(four-dimensional model SPECT，4D-MSPECT)，多项研究发现，无论是比较这3种定量分析软件所测的LVEF、EDV和ESV数值与左心室造影所测的结果，还是仅将QGS定量分析的结果与组织多普勒超声测定的结果及心血池显像结果进行比较，均可观察到相互比较的结果之间具有较好的相关性[26-28]。同时有学者指出，ECToolbox的左室峰相位的带宽和标准差与QGS分析值之间可能存在差异，提示这种软件分析的左室峰相位的带宽和标准差应有各自的临界值标准，不能混用，而相位分析技术对测量左心室收缩同步性具有高度的准确性和可重复性[28-30]。李河北等[31]学者提出，门控MPI图像处理利用ECToolbox软件测定LVEF值的准确性与EDV有关，处理过程中，当EDV＜100 ml时应使用R1值，EDV≥100 ml时应使用R0值，表明处理过程中计算公式的选择会影响LVEF的准确性。既往研究提示，各种自动测量心功能参数的软件所测的LVEF、EDV及ESV数据具有较好的相关性，但是对于其他更为细致的数据分析仍存在差异，这种差异是否有意义在临床工作中需予以关注，避免对心肌显像结果的错误解读。对飞利浦和西门子MPI处理结果的研究提示不同的机器测定的心功能参数可能存在差异，同一患者的随访复查及心肌顿抑的评价仍应在同种工作站进行[32]。

在核医学心肌显像方法相关的系列流程中，采集过程和图像处理方法仍存在尚需解决的问题：①在现有设备的情况下如何更好的实现以心脏为中心的采集对提高采集效率和图像质量尤为重要；②对于图像的衰减矫正，改变体位采集方法和CT或X射线矫正如何恰当选择缺乏定论；③MPI图像多种重建方法和定量分析软件之间一致性尚可，但部分结果仍存在差异，同一患者及同一批患者心功能的随访或比较可在同一工作站选择同样的重建参数和定量分析软件来处理。

3 展望

99Tcm-MIBI MPI广泛用于心肌缺血和心肌梗死的诊断及疗效观察，在临床上已得到公认[1]。但传统的SPECT采集方式存在采集时间长、因组织不均匀衰减等因素所造成运动伪影、图像过度矫正等情况可能影响部分检查结果的准确性，目前关于MPI采集的研究都为了达到更高的采集效率以缩短时间和鉴别伪影，随着对新的采集方法的逐渐认识以及心肌采集新设备的普及，MPI的采集将会得到进一步优化。对MPI图像如何选择最佳重建方法和处理参数仍有待大数据进一步研究和规范。

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Research advance on technology of radionuclide myocardial imaging/

YUAN Ting-ting, WANG Rong-fu//
China Medical Equipment,2017,14(4):17-20.

To explore the effectiveness of positron emission tomography (PET) respiratory gating based on time and amplitude to improve the reconstructed image artifacts. It is necessary to appropriately select acquisition and processing methods which ensure the readability of myocardial imaging images in radionuclide medicine myocardial imaging. This summary mainly discusses the identification method and how to avoid adverse effect for images from myocardial imaging process, and includes similarities and differences of varieties methods: identification for image artifacts of myocardial imaging, image reconstruction algorithms and software processing and so on. It should be significant to choose the appropriate method to identify myocardial imaging artifacts in image collection. The pros and cons of myocardial imaging image reconstruction algorithm and various software processing methods still remain unknown. How to choose better appropriate acquisition, image reconstruction and software processing methods for myocardial imaging need further study.

Myocardial perfusion imaging; Artifact; Correction; Reconstruction; Cardiac functional parameter

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.04.003

1672-8270(2017)04-0017-04

R817.4

A

2016-12-20

国家重大科学仪器设备开发专项(2011YQ03011409)“基于多模态分子影像技术的新型肿瘤新生血管靶向显像剂及治疗药物研究”；国家“十二五”支撑项目(2014BAA03B03)“99Tcm-RRL新型靶向肿瘤新生血管放射性药物的实验研究”

①北京大学国际医院核医学科 北京 102206

②北京大学第一医院核医学科 北京 100034

*通讯作者：rongfu_wang@163.com

[First-author’s address] Department of Nuclear Medicine, Peking University International Hospital, Beijing 102206, China.