碲鋅鎘心臟專用SPECT的特性及其臨床應(yīng)用進展

陳瑤，劉小吉，蔡敏，李思進

1.山西醫(yī)科大學(xué) a.醫(yī)學(xué)影像學(xué)院；b.法醫(yī)學(xué)院，山西 太原 030001；2.山西省人民醫(yī)院/山西醫(yī)科大學(xué)第五臨床醫(yī)學(xué)院核醫(yī)學(xué)科，山西 太原 030012；3.山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，山西 太原 030001

引言

傳統(tǒng)單光子發(fā)射計算機斷層成像（Singlephoton Emission Computed Tomography，SPECT）存在能量分辨率、空間分辨率較低、顯像劑劑量較大、顯像時間較長、對微小病灶探測能力有限以及無法對心肌血流定量檢測等不足。自心臟專用碲鋅鎘（Cadmium-Zinc-Telluride，CZT）-SPECT 出現(xiàn)以來，越來越多的研究不斷探索和積累其臨床應(yīng)用情況，例如，心肌血流測定、心功能評估、轉(zhuǎn)甲狀腺素心肌淀粉樣變（Amyloid Transthyretin-Related Cardiac Amyloidosis，ATTR-CA）的診斷助益以及雙核素顯像、神經(jīng)受體顯像等，但同時CZT-SPECT存在采集視野小、衰減偽影、設(shè)備價格昂貴等缺點[1]。本文旨在總結(jié)CZT-SPECT 性能及其在心臟疾病診斷中的應(yīng)用，以期在未來的研究和實踐中可繼續(xù)優(yōu)化各項測量方案，為后續(xù)CZT-SPECT 在核醫(yī)學(xué)實際工作中的應(yīng)用及發(fā)展提供參考和啟發(fā)。

1 CZT-SPECT概述

1.1 CZT-SPECT的設(shè)備特性

CZT 是一種直接轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體材料，其探測原理與傳統(tǒng)NaI 晶體不同，取消了傳統(tǒng)晶體和光電倍增管，將γ 射線直接轉(zhuǎn)化為電信號，相比于NaI 晶體具有更加優(yōu)異的線性阻截性能。CZT-SPECT 縮小了探測器的體積，探頭可設(shè)計成圍繞身體輪廓的任意形狀，心臟掃描時可提高定位準(zhǔn)確度與患者擺位的舒適度。CZT-SPECT 目前有兩種商用型號：D-SPECT（Spectrum Dynamics，以色列）、Discovery 530c/570c（GE Healthcare，美國）[2-3]。

1.2 能量分辨率與空間分辨率

由于優(yōu)異的能量分辨率，CZT 探測器大約可以探測到30000 個電子-空穴對，遠遠高于傳統(tǒng)NaI 探測器。CZT 的能量分辨率能夠達到6.3%，而傳統(tǒng)NaI 晶體探測器只能達到10%左右，CZT-SPECT 的計數(shù)敏感度是傳統(tǒng)SPECT 的8 倍[2]。CZT-SPECT 成像時散射光子顯著減少，且空間分辨率不受核素能量的影響，恒定為2.46 mm；準(zhǔn)直器敏感度高，有序子集期望最大化（Ordered Subsets Expectation Maximization，OSEM）的迭代算法可減少圖像噪聲[4]。此外，CZT 優(yōu)異的能量分辨率在行雙核素顯像時可區(qū)分不同能峰的核素，尤其是能峰相近的核素，如99mTc、123I。

1.3 數(shù)據(jù)處理

有研究表明，OSEM 算法在35 次迭代范圍內(nèi)時，迭代次數(shù)對于絕對定量及對微小病灶的分辨能力有較大影響，子集數(shù)對絕對定量的影響不明顯[5]。D-SPECT 專有頻譜動力學(xué)算法，使用心臟濾波器，將心臟形狀模型融入重建過程，相比于OSEM 算法進一步提高了空間分辨率[6]。移動校正可以在一定程度上減少心臟“爬升效應(yīng)”，物理校正能提高數(shù)據(jù)-模型的一致性，降低左心室血池的溢出效應(yīng)，提高CZT-SPECT 用于心肌血流絕對定量的準(zhǔn)確度[7-8]。

1.4 顯像劑劑量和顯像時長

隨著CZT-SPECT 探測器計數(shù)率的大幅提高，檢查時可以顯著減少顯像劑劑量，縮短檢查時間。以心肌灌注顯像（Myocardial Perfusion Imaging，MPI）為例，當(dāng)采集時間為15 min 時，顯像劑劑量可較傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)劑量降低80%[9]；當(dāng)根據(jù)體重指數(shù)計算采集時間時，平均劑量可低至133.94 MBq[10]。以2.5 MBq/Kg 的標(biāo)準(zhǔn)給予顯像劑時，靜息MPI 時間可縮短為5 min，負(fù)荷MPI 時間可縮短為8 min[11]；當(dāng)采用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)劑量注射顯像劑時，靜息和負(fù)荷MPI 的采集時間則分別可縮短為2 min 和3 min[12]。以上優(yōu)勢可在很大程度上減少患者所受的輻射劑量，減少運動偽影產(chǎn)生的風(fēng)險，提高臨床工作效率以及患者在檢查過程中的舒適度。

1.5 病灶檢出率

探測晶體的電阻率越高，信號噪聲就越小，檢查結(jié)果的對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）就越高，越有利于發(fā)現(xiàn)微小病灶。CNR 是兩種組織信號強度差值與背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差之比，是衡量病灶探測能力非常重要的參數(shù)。CNR 越高，對于提高病灶的檢出率越有益。CZT 晶體的電阻率可達1011/(Ω·cm)，CZT-SPECT 的CNR 較傳統(tǒng)SPECT 高2～6 倍[13]，因此，病灶檢出率較傳統(tǒng)SPECT 更具優(yōu)勢。

2 CZT-SPECT的臨床應(yīng)用

2.1 冠心病診斷及預(yù)后價值

目前，核素MPI 無創(chuàng)性診斷冠心?。–oronary Artery Disease，CAD）的價值已得到相關(guān)領(lǐng)域的認(rèn)可[14]。以冠狀動脈造影（Coronary Angiography，CAG）為“金標(biāo)準(zhǔn)”，CZT-SPECT 對CAD 的診斷具有較高的敏感度、特異性及準(zhǔn)確度[15]。由于CZT-SPECT 的高敏感度和空間分辨率，在減少顯像劑劑量、縮短檢查時間的條件下，圖像質(zhì)量更好，診斷準(zhǔn)確度更高。相對于傳統(tǒng)SPECT，CZT-SPECT 評價CAD 患者心肌缺血嚴(yán)重程度的敏感度更高，其中負(fù)荷總積分顯著高于傳統(tǒng)SPECT[（10.1±4.4）vs.（6.4±2.9），P=0.002]；另外，對于易受組織衰減影響區(qū)域（如右冠狀動脈、左回旋支供血區(qū)）的缺血情況，CZT-SPECT 的診斷準(zhǔn)確度更高[16]。Panjer 等[17]研究也得出同樣結(jié)論，即CZTSPECT 診斷CAD 的效能高于傳統(tǒng)SPECT，且其分辨率、對比度和圖像質(zhì)量均高于傳統(tǒng)SPECT。

CZT-SPECT 對CAD 患者的預(yù)后評估亦有重要價值。據(jù)報道[18]，CZT-SPECT 負(fù)荷MPI 正常者的年不良心臟事件發(fā)生率為1.5%，其中嚴(yán)重心臟事件（心肌梗死/心源性猝死）發(fā)生率為0.28%；傳統(tǒng)SPECT 負(fù)荷MPI 正常者的年不良心臟事件發(fā)生率為2.0%，嚴(yán)重心臟事件發(fā)生率為0.45%。Nakazato 等[19]研究顯示，CZT-SPECT MPI總體灌注不足率（Total Perfusion Deficit，TPD）＞10%是CAD 患者死亡的獨立預(yù)測因子，其風(fēng)險比為3.03；而心臟事件發(fā)生風(fēng)險也與CZT-SPECT 缺血程度顯著相關(guān)[20]。對于肥胖患者而言，CZT-SPECT 可以解決患者體內(nèi)光子數(shù)隨著體重增加而減少的問題，同時可以與俯臥位或仰俯臥位結(jié)合顯像以減少膈肌對左室下壁的衰減[21]。

2.2 心肌血流測定

CZT-SPECT MPI 最大的優(yōu)勢在于可以測定心肌血流量（Myocardial Blood Flow，MBF）和心肌血流儲備（Myocardial Flow Reserve，MFR），實現(xiàn)心肌血流的絕對定量分析，在診斷3 支血管病變及微血管病變方面具有重要作用[22]。研究證實CZT-SPECT MPI 測得的MBF、MFR 與血流儲備分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)[23]，與心肌TPD 呈負(fù)相關(guān)，其中MFR 是CAD 的獨立預(yù)測因子，可顯著提高MPI 對于CAD 診斷的敏感度和準(zhǔn)確度[24]。CZT-SPECT 提供的MBF、MFR 與15O-H2O PET 的測量數(shù)值存在顯著相關(guān)性：MBF（靜息：0.95 mL/min/gvs.1.05 mL/min/g，P=0.07 ；負(fù)荷：2.62 mL/min/gvs.2.68 mL/min/g，P=0.17），MBF（r=0.91，P＜0.001），MFR（2.65vs.2.75，P=0.86），MFR（r=0.81，P＜0.001）[25]。

CZT-SPECT 的定量血流測定也有助于提高對高危CAD 患者的診斷效能[26]。CZT-SPECT 測定MFR 可以為CAG 陰性的胸痛患者提供新的無創(chuàng)影像學(xué)檢測方法，對冠狀動脈微血管功能障礙進行診斷和評估[27]。

此外，目前鮮有研究利用MPI 評價右心室MBF。國內(nèi)學(xué)者王歆惠[28]創(chuàng)立了CZT-SPECT 測定肺動脈高壓患者右心室MBF 的方法，證實右心室MBF 與平均肺動脈壓、肺血管阻力均呈正相關(guān)。CZT-SPECT 定量檢測MBF 具有重要的診斷和預(yù)后價值，這將是其未來主要的探索方向之一。

2.3 心功能評估

心臟磁共振（Cardiac MR，CMR）是評估心臟結(jié)構(gòu)與功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”，同時門控MPI 也可評價左室收縮與舒張功能。有研究顯示，CZT-SPECT MPI 與CMR檢測左室舒張末期容積（Left Ventricular End Diastolic Volume，LVEDV）、左室收縮末期容積（Left Ventricular End Systolic Volume，LVESV）、左室射血分?jǐn)?shù)（Left Ventricular Ejection Fraction，LVEF）的相關(guān)性較高（r2分別為0.77，0.88，0.93）[29]。Gimelli 等[30]研究顯示，冠狀動脈粥樣硬化患者CZT-SPECT 負(fù)荷MPI 的高峰充盈率（Peak Filling Rate，PFR）受損程度高于冠脈正常者（2.9±0.8vs.2.5±0.9，P=0.004），提示心肌血流灌注和左室舒張功能可以聯(lián)合診斷早期CAD。有學(xué)者通過CZT-SPECT 分析指出，對于LVEF 正常而左室舒張功能受損的CAD 患者，PFR 減低是其遠期發(fā)生心力衰竭的危險因素[31]。

平衡放射性核素核血管造影（Equilibrium Radionuclide Nuclear Angiography，ERNA）可以無創(chuàng)性評價左右心室容積及心功能參數(shù)。CZT-SPECT ERNA 因測量結(jié)果的低變異性，已成為評估左右心室功能的新模式[32]。Chen 等[33]比較CZT-SPECT ERNA 斷層顯像與傳統(tǒng)SPECT 平面顯像的結(jié)果，兩者的LVEDV、LVESV及LVEF 相關(guān)性較好（r分別為0.86，0.87，0.93；P值均＜0.001），右室舒張末期容積（Right Ventricular End Diastolic Volume，RVEDV）、右室收縮末期容積（Right Ventricular End Systolic Volume，RVESV）相關(guān)性略差，但在合理范圍內(nèi)（r分別為0.39，0.61；P值均＜0.05）；兩者右室射血分?jǐn)?shù)（Right Ventricular Ejection Fraction，RVEF）存在一些邊緣性差異，但整體相關(guān)性較好（r=0.76，P＜0.001）。一項研究[34]通過CZT-SPECT ERNA 評估右心室功能顯示RVEDV、RVESV 和RVEF 與CMR測量值一致性較高（r分別為0.93，0.96，0.81；P值均＜0.001），且測量重復(fù)性較高；除了心室容積和射血分?jǐn)?shù)外，該高重復(fù)性還擴展到其他變量，如左右心室的峰值排空率、峰值充盈率等[35]。CZT-SPECT ERNA 已成為一種可以替代CMR 的準(zhǔn)確、可重復(fù)的右心功能評估方法。

2.4 雙核素顯像

CZT 晶體能量分辨率高，可實現(xiàn)同時采集不同能量的放射性核素，成像時間短，避免采集過程中患者運動引起的偽影，可提供可靠的圖像配準(zhǔn)，提高診斷的準(zhǔn)確度[36]。雙核素顯像（如99mTc/201Tl、99mTc/123I 以及201Tl/123I 等），對于急性心肌梗死后的心肌損傷、左心室功能障礙、心力衰竭及室性心律失常的評估各有一定價值。但由于201Tl 目前已較少用于臨床，本文重點關(guān)注99mTc/123I 雙核素顯像。

Yamada 等[37]對急性心肌梗死后行經(jīng)皮冠脈介入治療的患者行CZT-SPECT99mTc-替曲膦（99mTc-tetrofosmin，99mTc-TF）/123I-β-甲基-碘苯基十五烷酸雙核素顯像，在采集時間縮短的同時，其對血流灌注、脂肪酸代謝、心功能的檢測亦與單核素顯像具有高度一致性。此外，99mTc-甲氧基異丁基異腈（99mTc-methoxyisobutylisonitrile，99mTc-MIBI）/123I-間碘芐胍（123I-metaiodobenzylguanidine，123I-MIBG）雙核素顯像可以提高心肌損傷的診斷率，兩種核素顯像結(jié)果“不匹配”是左心室功能異常、惡性心律失常等不良事件的獨立預(yù)測因子；99mTc-MIBI 顯像還可以輔助123I-MIBG 顯像為嚴(yán)重心率衰竭、心律失常等患者提供準(zhǔn)確的心臟定位[38]。

2.5 123I-MIBG心臟交感神經(jīng)受體顯像

心臟自主神經(jīng)活動異常是心力衰竭、缺血性心肌病等心血管疾病的重要發(fā)病機制，心臟攝取123I-MIBG 的情況可反映心肌交感神經(jīng)分布情況，是心力衰竭獨立的預(yù)后因素[39]。有報道指出，心力衰竭患者在123I-MIBG傳統(tǒng)平面顯像的心臟-縱隔比（Heart to Mediastinum Ratio，HMR）＞1.6 時，心力衰竭進展、室性心律失常以及心源性猝死的風(fēng)險顯著增高，而123I-MIBG CZTSPECT 顯像HMR 數(shù)值與傳統(tǒng)平面顯像高度一致[40]。BLAIRE[41]等比較傳統(tǒng)SPECT 和CZT-SPECT 心臟和縱隔的每分鐘放射性計數(shù)，結(jié)果顯示兩種方法的心臟和縱隔計數(shù)相關(guān)性非常好，且CZT-SPECT 的計數(shù)和圖像對比度高于傳統(tǒng)SPECT，這更有利于HMR 的測量，為心力衰竭患者的預(yù)后提供更大價值。

99mTc-TF、99mTc-MIBI 和123I-MIBG 雙核素CZTSPECT 顯像可以顯示血流灌注和神經(jīng)分布不匹配，也可以進行心室收縮的同步性評價[42]。Gimelli 等[43]通過CZT-SPECT 行99mTc-TF/123I-MIBG 顯像評估心肌血流灌注、心臟交感神經(jīng)支配與心功能之間的關(guān)系，顯示早期123I-MIBG 缺損總評分即可確定心肌缺血和心功能受損嚴(yán)重的患者，且該指標(biāo)是心肌交感神經(jīng)受損的獨立預(yù)測因子。值得注意的是，行CZT-SPECT123I-MIBG/99mTc 顯像時，HMR 指標(biāo)需要增加大樣本的研究進一步實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

2.6 對ATTR-CA的診斷助益

99mTc-焦磷酸鹽（99mTc-pyrophosphate，99mTc-PYP）顯像可于早期高效診斷ATTR-CA。心肌99mTc-PYP 異常攝取是淀粉樣蛋白心臟受累的首發(fā)表現(xiàn)，可先于超聲心動圖、心臟生物標(biāo)志物或臨床癥狀出現(xiàn)[44]。研究證明，CZT-SPECT 與傳統(tǒng)平面成像在診斷ATTRCA 方面均具有較高的敏感度和特異性[45]，二者高達100%[46]。2021 年，Dorbala 等[47]首次通過CZTSPECT 對ATTR-CA 患者心肌99mTc-PYP 最大標(biāo)準(zhǔn)攝取值（Standard Uptake Value，SUVmax）、平均標(biāo)準(zhǔn)攝取值（SUVmean）、心臟淀粉樣蛋白活性{SUVmean×感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）體積}以及注射劑量百分比（ROI 內(nèi)99mTc-PYP 絕對濃度×ROI 體積/注射劑量）等指標(biāo)進行測量，發(fā)現(xiàn)以上指標(biāo)與傳統(tǒng)標(biāo)志物中強度相關(guān)，且SUVmax、心臟淀粉樣蛋白活性、注射劑量百分比具有高度可重復(fù)性。另外，Bellevre 等[48]研究顯示，CZT-SPECT 利用骨顯像劑99mTc-羥基亞甲基二磷酸鹽SUVmax也可評估ATTR 患者心肌的絕對攝取。

3 總結(jié)與展望

與傳統(tǒng)SPECT 相比，CZT-SPECT 的衰減偽影從下外側(cè)壁逆時針偏移到側(cè)壁，因此讀片醫(yī)生必須了解兩種設(shè)備探測器衰減模式的差異，避免產(chǎn)生假陽性或假陰性結(jié)果[49]。對于心臟增大和體質(zhì)指數(shù)＞40 kg/m2的肥胖患者而言，CZT-SPECT 可能會因心臟位置失焦而出現(xiàn)左心室截斷偽影[50]。另外，如何更加準(zhǔn)確測定MBF也是目前需要解決的問題[7]。CZT-SPECT 測得的MBF值常低于PET，無衰減校正可能是其原因之一。除Discovery NM/CT570c 外，大多數(shù)心臟專用CZT-SPECT尚未配備CT，目前所有帶衰減校正的CZT-SPECT 均通過Alcyone 技術(shù)進行[3]。因此優(yōu)化衰減校正是必要的，其有助于減少周圍組織、器官對于心肌攝取顯像劑真實分布情況的影響，排除偽影，提高圖像質(zhì)量及診斷率。

CZT-SPECT 改善了傳統(tǒng)SPECT 探測器敏感度低、分辨率有限、顯像劑劑量大、成像時間長、對微小病灶識別相對困難等缺點，在一定程度上拓展了核素心肌顯像的臨床應(yīng)用范圍。隨著CZT 晶體研發(fā)和制備工藝的不斷提升，未來CZT 探測器有望拓展到高能顯像及PET 顯像領(lǐng)域，從而進一步開拓CZT-SPECT 的應(yīng)用范圍，期待其為核心臟病學(xué)的發(fā)展帶來新的機遇和更高的臨床價值。