不同的重建參數(shù)I QSPECT與CMR對心功能的研究分析＊

羅之雄 王碧云 衛(wèi) 華＊

山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科(山西 太原 030001)

近年來，人口老齡化問題日漸凸顯，飲食結(jié)構(gòu)也在發(fā)生著變化，致使心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)病也越來越年輕化，其發(fā)病率及死亡率的增長速度亦不可忽視[1]，因此提高對可疑心血管疾病患者的檢出率顯得尤為重要。心臟磁共振檢測技術(shù)(Cardiac magnetic resonance，CMR)具有較高的分辨率，能對心臟進(jìn)行多方位的掃描，被視為檢查心功能的金標(biāo)準(zhǔn)。單光子發(fā)射型電子計算機(jī)斷層掃描(single-photon emission computed tomography,SPECT)用于門控心肌灌注成像時能夠得到有效的EDV、ESV、EF值，并可觀察左室心肌血流灌注有無缺損、室壁增厚程度及其運(yùn)動能力，可以對心功能及心肌缺血的程度進(jìn)一步評估，在臨床應(yīng)用方面有著不可替代的作用[2]。IQ-SPECT配有可變焦準(zhǔn)直器(SMARTZOOM)和三維有序子集最大期望值法(3D-Ordered subsets expectation maximization，3D-OSEM)的重建技術(shù)，對心臟的掃描更有針對性，檢查時間更短、圖像質(zhì)量更高。研究發(fā)現(xiàn)不同的子集和迭代次數(shù)重建下的心功能結(jié)果并不相同，目前對于最佳的重建參數(shù)還存在爭議，因此本研究期望通過對IQ-SPECT進(jìn)行不同參數(shù)的重建，并與CMR測得的心功能進(jìn)行分析，得出最佳的重建參數(shù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料篩選2020年10月至2021年1月期間，在我院核醫(yī)學(xué)科行IQ-SPECT心肌灌注顯像，且心腔大小在正常范圍內(nèi)(EDV：60～120mL)的受檢者20例，并于一周內(nèi)完善CMR檢查。其中女性6例，男性14例，年齡24～78歲，平均44.20±16.40歲，身高169.10±6.64cm，體重71.30±13.94Kg，體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)24.91±4.53kg/m2。

排除標(biāo)準(zhǔn)：存在嚴(yán)重心律不齊、具有CMR禁忌的病人。

1.2 圖像采集與處理

1.2.1 IQ-SPECT心肌灌注顯像 圖像采集：SPECT心肌成像采用心臟專用SMARTZOOM準(zhǔn)直器，能峰140keV，矩陣128×128，放大倍數(shù)1.0。患者躺平，雙臂交叉后抱頭并保持不動，探頭識別心臟后，以其為準(zhǔn)心，順時針方向由右前38°掃向左后66°，共208°。以25秒/幀，掃34幀，掃描時長接近8min。

圖像處理：圖像重建的程序選用西門子公司的Flash 3D-OSEM，用子集3、迭代10，子集5、迭代12，子集5、迭代15，子集8、迭代12，子集8、迭代15，子集8、迭代18，這6種組合多次重建，得到心肌的原始斷層圖(圖1～圖2)；接著根據(jù)西門子Cedars軟件的QGS處理得到EDV、ESV、EF。

圖1～圖2 為同一患者不同重建參數(shù)的斷層圖，圖1 為3子集10次迭代，圖像較為圓鈍；圖2 為8子集18次迭代，圖像清晰銳利。圖3 為手動勾畫心內(nèi)膜、心外膜后的左室短軸圖像，經(jīng)軟件自動計算后即可得到圖4所示的一系列心功能參數(shù)。

1.2.2 心臟磁共振檢查 圖像采集：研究采用西門子1.5T磁共振設(shè)備配合心電門控技術(shù)，患者平躺后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定位線，分別定位心臟的左兩腔、短軸位、四腔心、各方位的左室流出道、左肺動脈等。根據(jù)不同的序列，對心臟各個層面分別掃描。成像期間應(yīng)在左室舒張及收縮末期及時提示受檢者吸氣末憋氣，成像結(jié)束后根據(jù)后期軟件處理獲得心功能指標(biāo)。矩陣512×512，耗時約15min。

圖像處理：Leonardo Argus軟件可進(jìn)行心肌內(nèi)、外膜的自動勾畫，如果出現(xiàn)心內(nèi)、外膜的實際邊界與機(jī)器勾畫的不匹配時，需要人工干預(yù)[由心尖至左室流出道逐層勾畫出血池容積最小及最大時相的心內(nèi)、外膜，紅線代表心內(nèi)膜，綠線代表心外膜(圖3)]，進(jìn)而得出LV舒張、收縮末期容積及射血分?jǐn)?shù)(圖4)，一般心外膜對心功能的測量無太大影響。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法統(tǒng)計分析采用SPSS21.0軟件，將6種不同子集及迭代重建的IQ和CMR組的心功能參數(shù)分別以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(X±SD)呈現(xiàn)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差齊性檢驗，符合方差齊性的數(shù)據(jù)使用獨(dú)立樣本t檢驗法，P＜0.05提示差異存在統(tǒng)計含義；使用medcalc軟件進(jìn)行Bland-Altman法分析，判斷CMR與多種重建參數(shù)下得到的IQ-SPECT的EF值之間的偏倚情況。

表1 受檢者一般資料(n=20)

2 結(jié)果

2.1 多種重建參數(shù)下IQ-SPECT與CMR組心功能參數(shù)的對比如表2所示，IQ-SPECT經(jīng)6種不同子集及迭代次數(shù)處理后得到的心功能參數(shù)（EDV、ESV、EF）與CMR組的數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計分析，組間差異均有統(tǒng)計價值(P＜0.05)；除3-10法、5-12法之外，其余的方法組所得的EF值均與CMR組相當(dāng)，組內(nèi)差異具有一定統(tǒng)計價值(P＜0.05)。根據(jù)圖5可得出，隨著子集及迭代次數(shù)的增加，IQSPECT的EDV及ESV也相應(yīng)增高，而EF值反而出現(xiàn)了下降趨勢。

圖5 不同重建參數(shù)下的EDV、ESV、EF，圖5A：代表IQ-SPECT在各種重建參數(shù)下的EDV值的走形；圖5B：代表各種重建參數(shù)下ESV值的走形趨勢；圖5C：代表各種重建參數(shù)下EF值的走形。圖6 最中間的線代表兩組研究數(shù)據(jù)差的均數(shù)(Mean)；頂部及底部虛線代表兩組數(shù)據(jù)差的均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(Xd±1.96Sd)，處于其內(nèi)部為95%一致性界限(LOA)。

表2 多種重建參數(shù)下IQ-SPECT與CMR組心功能參數(shù)的對比

2.2 多種重建參數(shù)下IQ-SPECT與CMR組EF的偏倚情況IQSPECT在子集3迭代次數(shù)10 時測得的EF與CMR組之間的差值在一致性界限（LOA）內(nèi)可達(dá)95%，而剩余幾組的結(jié)果與CMR組差值的LOA均不足95%，這表明CMR與3-10法得到的EF值的一致性較好。圖6示子集3迭代10重建下的EF更趨近于CMR的結(jié)果，偏倚2.6%；當(dāng)子集及迭代次數(shù)逐漸增加時，偏倚隨之增加，子集8迭代18時偏倚高達(dá)8.1%。

3 討論

隨著心血管疾病發(fā)病率的升高及其年輕化的趨勢，心功能參數(shù)的測定為病情嚴(yán)重程度及預(yù)后評估提供了重要參考價值。多種影像學(xué)檢查技術(shù)均可測得心功能參數(shù)，不過不同的檢查方式導(dǎo)致的結(jié)果存在一定的差異。CT檢查的輻射損害及對比劑的腎毒性作用限制其進(jìn)一步應(yīng)用；心臟超聲檢查臨床最為常用，但其分辨率較低且易高估心功能；心臟磁共振掃描在檢測心臟功能及其解剖結(jié)構(gòu)方面被視為“金標(biāo)準(zhǔn)”，能對心臟進(jìn)行多角度及層面的掃描，分辨率更高、視野更廣，并且沒有輻射危害[3]；與之相比，IQ-SPECT除了可以檢測心功能參數(shù)外，還能觀察心肌血流灌注是否異常，對可疑冠心病的人群做到早篩查、早治療[4-5]。此次研究以CMR的檢測結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，同IQ-SPECT在多種重建參數(shù)下的結(jié)果相比較分析，證實CMR測得的EDV、ESV、EF均高于IQ-SPECT測得的結(jié)果。此外，IQ-SPECT在不同的子集及迭代次數(shù)下測得的心功能結(jié)果有所差異，這與Hippel?inen等[6-7]人的觀點(diǎn)基本一致。

IQ-SPECT所用準(zhǔn)直器為SMARTZOOM，重建算法為OSEM，是2011年西門子公司剛投入使用的先進(jìn)設(shè)備。新型針孔準(zhǔn)直器除了高靈敏度外，亦具備高計數(shù)率，可達(dá)平行孔準(zhǔn)直器的4倍。同時該準(zhǔn)直器可隨著距離隨時調(diào)整心臟的位置，使心臟維持在準(zhǔn)直器的中心位置上，并有效防止邊緣截斷[8]。OSEM法可以減少圖像采集時間，并提供更好的圖像重建[9]。CMR被視為檢測心功能及心室結(jié)構(gòu)的金標(biāo)準(zhǔn)，其較為準(zhǔn)確的心功能參數(shù)取決于該設(shè)備出色的空間及時間分辨率。此次研究提示CMR測得的數(shù)據(jù)結(jié)果均高于IQSPECT，不排除QGS對左室容積測定值偏低的可能性[10-11]。QGS軟件測量心功能參數(shù)是根據(jù)心肌劃分定位及明確心肌界限進(jìn)行的，在測量時長軸水平的瓣膜偏向室間隔會導(dǎo)致接近室間隔的部分左室容積被忽視，使得左室容積的結(jié)果出現(xiàn)誤差[10]。但是本文通過本次研究認(rèn)為，CMR雖然被視為金標(biāo)準(zhǔn)，但其檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，很大程度上取決于受檢者的配合程度，檢查過程中如果不能配合屏氣或無法忍受長時間的檢查，均有可能導(dǎo)致后期圖像的異常，使最終檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差。

IQ-SPECT目前多見的重建方式即OSEM重建。在迭代時，將一個或多個方向的投影圖像劃分為幾個子集，這些子集的圖像所具有的輻射力參數(shù)均相同后，利用這些子集對重構(gòu)圖像的各象素點(diǎn)都加以了修正，隨后對重構(gòu)的圖像也進(jìn)行重置，每個子集都重新計算后，為上一個迭代所進(jìn)行，而下一個的迭代會通過上一個迭代所進(jìn)行重構(gòu)。使用OSEM進(jìn)行重建時，迭代次數(shù)越大分辨率越高，但是噪聲會隨之增加，由此可見適當(dāng)?shù)闹亟▍?shù)可以提高圖像的質(zhì)量[12、13]。不過關(guān)于最佳重建參數(shù)的具體子集及迭代次數(shù)尚無定論。有研究[14]提出最適合的重建參數(shù)為子集8，迭代10；張燁虹[7]等的研究中，則視子集15，迭代5為最適合的重建參數(shù)。本研究發(fā)現(xiàn)，IQ-SPECT重建參數(shù)為子集3迭代10、子集5迭代12時測得的EF值同CMR組結(jié)果之間無統(tǒng)計意義，重建參數(shù)為子集3迭代10時同CMR組的結(jié)果之間的偏倚程度最小，僅為2.6%，這表明在本研究中子集3迭代10為最佳重建參數(shù)。

綜上所述，CMR檢測的心室結(jié)構(gòu)及心功能指數(shù)雖被視為金標(biāo)準(zhǔn)，但是掃描時對受檢者的配合能力要求較高，否則會對圖像質(zhì)量及后期的數(shù)據(jù)測定造成影響；IQ-SPECT的準(zhǔn)直器及算法更為先進(jìn)，對受檢者要求不及CMR嚴(yán)苛，對心功能的測得也有極好的參考價值，測得的EF值也更接近CMR的結(jié)果，其中3-10法得到的EF與CMR一致性最高。鑒于此次參與研究人員較少，還需擴(kuò)大并劃分入組范圍及人數(shù)再次分析。