利用CZT SPECT 进行双核素双动态心脏显像定量分析的可行性研究

任俊灵 张宗耀 王小迪 汪蕾 方纬

北京协和医学院，国家心血管病中心，中国医学科学院阜外医院核医学科，北京 100037

近年来，基于SPECT 的心脏动态显像定量分析技术已逐步成熟并开始应用于临床。与传统的静态显像定性分析技术相比，定量分析技术更能满足临床精准诊断的迫切需求，在诊断准确率方面具有明显的优势。与传统的定性诊断技术相比，SPECT心肌灌注显像心肌血流定量分析技术诊断心肌缺血的灵敏度有了显著的提高[1-3]；SPECT 心脏神经显像也逐步建立了能够用于心脏疾病诊断和预后评估的定量指标[4-7]。传统的定性诊断技术与SPECT 心肌灌注显像心肌血流定量分析技术联合应用能够进一步提高对心肌损伤的诊断效能，对因冠状动脉痉挛引起的一过性心肌缺血、急性心肌梗死后恶性心律失常等不良预后事件的预测等都有较好的诊断价值[8-9]。

另一方面，SPECT 显像的性能也在不断提高。与传统SPECT 相比，碲锌镉（cadmium zinc telluride，CZT）心脏专用SPECT（简称CZT SPECT）具有更优越的物理性能，其探测灵敏度、空间分辨率和能量分辨率均明显提高，能够对能峰较为接近的99Tcm和123I 信号进行有效地鉴别，从而实现双核素显像，明显提高了诊断效率[10]。已有研究人员对99Tcm-MIBI/123I-间碘苄胍（metaiodobenzylguanidine,MIBG）双核素心肌灌注/交感神经显像的可行性进行了探索，结果表明CZT SPECT 能够较好地辨别99Tcm-MIBI 和123I-MIBG 信号，有效避免双核素间的干扰，一次检查可以同时得到较为清晰的99Tcm-MIBI 心肌灌注显像和123I-MIBG 心脏交感神经图像[11-13]。本研究在上述研究的基础上，进一步利用CZT SPECT 进行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态心脏显像定量分析，探讨双核素采集对心脏定量分析指标是否会产生显著的影响，从而确定这一技术在临床中应用的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

对2021 年10 月至2023 年6 月于中国医学科学院阜外医院治疗的24 例心功能不全患者进行前瞻性研究，其中男性14 例、女性10 例，年龄（49.2±16.8）岁。纳入标准：心功能不全患者（射血分数＜50%）；年龄18～80 岁。排除标准：妊娠和哺乳期女性。所有患者均于检查前签署了知情同意书。本研究获得了中国医学科学院阜外医院伦理委员会的批准（批准号：2021-1589）。

1.2 显像方法

所有患者均采用美国通用电气公司Discovery NM 530 c 型CZT 心脏专用SPECT 进行双核素双动态心脏显像。显像前24 h 患者口服碘剂（中国医学科学院阜外医院院内制剂）封闭甲状腺。第1 日行99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像。动态显像前患者平躺于检查床，预注射3.7×107Bq99Tcm-MIBI（北京原子高科股份有限公司）用于心脏定位，并测量静息心率与血压。动态显像采用列表模式，共采集10 min，采集开始10 s 后，立即通过静脉“弹丸”式注射99Tcm-MIBI 7.4×108Bq。动态采集完成后，患者移至美国通用电气公司Optima 640 型SPECT/CT 进行低剂量CT 扫描，用于组织衰减校正。第2 日行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态SPECT 心脏显像。显像前患者同样预注射3.7×107Bq99Tcm-MIBI 用于心脏定位，并测量静息心率与血压。动态显像采用列表模式，共采集20 min，采集开始10 s 后，通过静脉“弹丸”式注射123I-MIBG（北京原子高科股份有限公司）3.7×108Bq，10 min后再“弹丸”式注射99Tcm-MIBI 7.4×108Bq。

1.3 图像处理

1.3.1 列表模式数据重分

99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像的列表模式数据按照10 帧×10 s+5 帧×20 s+6 帧×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双核素双动态SPECT 心脏显像的列表模式数据也按照10 帧×10 s+5 帧×20 s+6 帧×60 s 的方式重分，123I-MIBG 显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）及准直器穿透能窗（169.0～188.0 keV）；99Tcm-MIBI 显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 动态SPECT 的图像重建和物理校正

图像重建采用有序子集最大期望值法，共35次迭代，2 个子集。第1 日99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像采用的物理校正包括核素衰变校正、组织衰减校正、散射校正、空间分辨率校正及图像噪声校正，并将像素值转换为物理单位（Bq/ml）。99Tcm-MIBI 自身的散射校正采用99Tcm-MIBI 主峰能窗图像减去下散射窗图像的散射分量。第2 日99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态SPECT 心脏显像的图像重建方法与第1 日相似，其中核素衰变校正、组织衰减校正、空间分辨率校正及图像噪声校正与第1 日方法相同，但散射校正不同。99Tcm-MIBI的散射校正包括两部分，其中99Tcm-MIBI 自身的散射校正与第1 日相同，除此之外，还需要在心肌同时存在123I-MIBG 和99Tcm-MIBI 摄取时校正123I-MIBG对99Tcm-MIBI 的下散射干扰和准直器穿透干扰。校正方法为采用123I-MIBG 下散射窗预估123I-MIBG 对99Tcm-MIBI 的下散射干扰和准直器穿透干扰程度，由此对99Tcm-MIBI 主峰能窗图像进行校正。为验证123I-MIBG 对99Tcm-MIBI 的下散射干扰和准直器穿透干扰的影响，按物理校正方法不同分别对所有患者的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态SPECT 心脏显像的原始图像进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变校正、组织衰减校正、散射校正、空间分辨率校正、图像噪声校正、下散射干扰和准直器穿透干扰校正；非完整物理校正不进行下散射干扰和准直器穿透干扰校正。

1.3.3 SPECT 心肌血流定量

第1 日和第2 日的99Tcm-MIBI 动态SPECT 心脏显像图像通过三维采样生成心血池与心肌的时间-放射性活度曲线，将时间-放射性活度曲线用单组织双腔室动力学模型进行拟合，计算心肌摄取速率参数K1，将99Tcm-MIBI 心肌放射性计数转换为心肌血流量（myocardial blood flow，MBF），并以静息心率和血压的乘积进行校正。MBF 包括：整体左心室（left ventride，LV）和冠状动脉左前降支（left anterior descending branch，LAD）、左回旋支（left circumflex branch，LCX）、右冠状动脉（right coronary artery，RCA）支配区域MBF。所有动态SPECT 心脏显像图像的重建、物理校正和心肌血流的定量分析均应用MyoFlowQ 软件（北京百灵云生物医学科技有限公司）完成。

1.4 统计学方法

应用IBM SPSS 21.0 软件对数据进行统计学分析。不符合正态分布的计量资料以M（Q1,Q3）表示，采用Wilcoxon 秩和检验比较99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像与99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态SPECT 心脏显像获得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配区域MBF 的差异。采用Pearson相关性分析及 Bland-Altman 法分析两种显像方法得到的MBF 的相关性和一致性。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像与进行完整物理校正、非完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态SPECT 心脏显像MBF 的比较

由表1 可知，99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像与进行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG双核素双动态SPECT 心脏显像获得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配区域的MBF 的差异均无统计学意义（均P＞0.05）。99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像与进行非完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG双核素双动态SPECT 心脏显像获得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配区域的MBF 的差异均有统计学意义（均P＜0.05）。

表1 心功能不全患者99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像与进行完整物理校正、非完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态SPECT 心脏显像获得的心肌血流量的比较[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 单核素动态SPECT 心脏显像与进行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态SPECT 心脏显像获得的MBF 的相关性和一致性分析

如图1 所示，99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像与进行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG双核素双动态SPECT 心脏显像获得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配区域的MBF 均有较好的相关性（均P＜0.001）。如图2 所示，2 种方法获得的LV和LAD、LCX、RCA 支配区域的MBF 的平均差值为0.023、0.016、0.008、0.040 ml·min-1·g-1，95%CI分别为-0.125～0.170、-0.196～0.228、-0.181～0.196、-0.193～0.271。99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像与进行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG双核素双动态SPECT 心脏显像获得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配区域的MBF均有较好的相关性和一致性。

图1 99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像与进行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态SPECT 心脏显像获得的心肌血流量的相关性分析 MIBI 为甲氧基异丁基异腈；SPECT 为单光子发射计算机体层摄影术；MIBG 为间碘苄胍；LV 为左心室；MBF 为心肌血流量；LAD 为左前降支；LCX 为左回旋支；RCA 为右冠状动脉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

图2 99Tcm-MIBI 单核素动态SPECT 心脏显像与进行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态SPECT 心脏显像获得的心肌血流量的Bland-Altman 一致性分析 MIBI 为甲氧基异丁基异腈；SPECT 为单光子发射计算机体层摄影术；MIBG 为间碘苄胍；LV 为左心室；MBF 为心肌血流量；LAD 为左前降支；LCX 为左回旋支；RCA 为右冠状动脉；SD 为标准差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 讨论

在本研究中，我们发现，使用CZT SPECT 进行的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态SPECT 心脏显像经过散射校正后，较高能量的123I-MIBG 信号不会对99Tcm-MIBI 心肌血流定量产生明显的影响。

99Tcm和123I 的能峰分别为140 keV 和159 keV，二者非常接近，传统的碘化钠（NaI）晶体SPECT 的能量分辨率＞10%，难以区分这两种核素的能峰，因此无法实现99Tcm/123I 双核素显像。但CZT SPECT的能量分辨率显著提高，可达到5%～6%[14]，能够对99Tcm和123I 的双核素信号进行有效地鉴别。以往的研究结果表明，即使不进行物理校正，CZT SPECT采集到的心脏模型99Tcm单核素显像和99Tcm/123I 双核素显像放射性计数相对分布的差异无统计学意义，其对人体99Tcm-MIBI 单核素显像和99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素显像心脏图像的半定量评分差异无统计学意义[11]。上述研究结果均是基于放射性计数的相对分布得出的，并未进行绝对定量分析，对于常规的心肌灌注显像和心脏神经显像的定性诊断是基本可行的。但本研究对于99Tcm-MIBI/123I-MIBG双核素显像MBF 和心脏交感神经均进行绝对定量分析，因此与以往研究不同。

进行心脏SPECT 绝对定量分析的前提是基于对心肌放射性计数的准确测量，因此在行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素显像时还需要对高能123I 对低能99Tcm信号的影响进行校正；低能99Tcm对高能123I 信号不会产生明显影响，因此不需要校正。行双核素SPECT 心脏显像时，可以从能谱与原始投影图观察到心肌的123I-MIBG 摄取对99Tcm-MIBI 心肌图像产生的下散射干扰和准直器穿透干扰，这种干扰会增加99Tcm-MIBI 主峰能窗的放射性计数，进而影响动态SPECT 图像重建和定量分析的准确性[15-18]。因此，99Tcm-MIBI 动态显像的散射校正应包括两个部分，除99Tcm-MIBI 自身的散射校正外，还需要校正123I-MIBG 对99Tcm-MIBI 的下散射干扰和准直器穿透干扰。99Tcm-MIBI 自身的散射校正采用99Tcm-MIBI 主峰能窗图像减去下散射窗放射性计数估算的主峰能窗内的散射分量图像；采用未注射99Tcm-MIBI 前的123I-MIBG 下散射窗放射性计数和准直器穿透窗计数分别估算123I-MIBG对99Tcm-MIBI 的下散射干扰和准直器穿透干扰，并在99Tcm-MIBI 主峰能窗图像中去除。经过上述校正后，123I-MIBG 对99Tcm-MIBI 的散射影响基本可以消除，从而保证了图像重建和定量分析的准确性。

99Tcm-MIBI 心肌灌注显像和123I-MIBG 心脏交感神经显像均是目前临床应用的重要的心脏功能评价技术，两者联合应用对心肌损伤性质和程度的判断、高危心肌的识别、预后评估等均具有重要的临床意义[9,19-22]。近年来，基于动态显像的定量分析技术在99Tcm-MIBI 心肌灌注显像和123I-MIBG 心脏交感神经显像中的研究均已开展。通过99Tcm-MIBI心肌血流定量测定的负荷MBF 和心肌血流储备可进一步提高对心肌缺血的诊断准确率，123I-MIBG心脏交感神经分布定量指标的优化也是目前重要的研究课题[23-25]。CZT SPECT 为99Tcm-MIBI/123I-MIBG双核素双动态SPECT 心脏显像提供了可能，极大地提高了诊断效率。本研究进一步证实了这一技术应用的可行性，且具有重要的临床意义。

本研究具有一定的局限性：一是样本量相对较少，还需要更大样本量的研究进一步证实；二是受患者难以进行多次重复检查的限制，没有行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素显像与123I-MIBG 单核素显像获得的123I-MIBG 定量指标的比较，虽然理论上99Tcm的能量较低，不会明显影响123I 的放射性计数，但仍然需要进一步研究结果的证实，我们将在后续的研究中逐步完善。

综上所述，我们认为，利用CZT SPECT 同时行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 双核素双动态SPECT 心脏显像，通过一次检查完成MBF 和心脏交感神经的定量分析是完全可行的。

利益冲突 所有作者声明无利益冲突

作者贡献声明 任俊灵负责研究方法的设计、数据的采集、论文的撰写；张宗耀、汪蕾负责图像的分析、数据的统计与分析；王小迪负责研究方法的设计、文献的检索；方纬负责命题的设计、研究的指导、论文的审阅