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    利用CZT SPECT 進(jìn)行雙核素雙動(dòng)態(tài)心臟顯像定量分析的可行性研究

    2024-04-10 08:41:58任俊靈張宗耀王小迪汪蕾方緯
    關(guān)鍵詞:核素校正計(jì)數(shù)

    任俊靈 張宗耀 王小迪 汪蕾 方緯

    北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院,國家心血管病中心,中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科,北京 100037

    近年來,基于SPECT 的心臟動(dòng)態(tài)顯像定量分析技術(shù)已逐步成熟并開始應(yīng)用于臨床。與傳統(tǒng)的靜態(tài)顯像定性分析技術(shù)相比,定量分析技術(shù)更能滿足臨床精準(zhǔn)診斷的迫切需求,在診斷準(zhǔn)確率方面具有明顯的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的定性診斷技術(shù)相比,SPECT心肌灌注顯像心肌血流定量分析技術(shù)診斷心肌缺血的靈敏度有了顯著的提高[1-3];SPECT 心臟神經(jīng)顯像也逐步建立了能夠用于心臟疾病診斷和預(yù)后評估的定量指標(biāo)[4-7]。傳統(tǒng)的定性診斷技術(shù)與SPECT 心肌灌注顯像心肌血流定量分析技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用能夠進(jìn)一步提高對心肌損傷的診斷效能,對因冠狀動(dòng)脈痙攣引起的一過性心肌缺血、急性心肌梗死后惡性心律失常等不良預(yù)后事件的預(yù)測等都有較好的診斷價(jià)值[8-9]。

    另一方面,SPECT 顯像的性能也在不斷提高。與傳統(tǒng)SPECT 相比,碲鋅鎘(cadmium zinc telluride,CZT)心臟專用SPECT(簡稱CZT SPECT)具有更優(yōu)越的物理性能,其探測靈敏度、空間分辨率和能量分辨率均明顯提高,能夠?qū)δ芊遢^為接近的99Tcm和123I 信號(hào)進(jìn)行有效地鑒別,從而實(shí)現(xiàn)雙核素顯像,明顯提高了診斷效率[10]。已有研究人員對99Tcm-MIBI/123I-間碘芐胍(metaiodobenzylguanidine,MIBG)雙核素心肌灌注/交感神經(jīng)顯像的可行性進(jìn)行了探索,結(jié)果表明CZT SPECT 能夠較好地辨別99Tcm-MIBI 和123I-MIBG 信號(hào),有效避免雙核素間的干擾,一次檢查可以同時(shí)得到較為清晰的99Tcm-MIBI 心肌灌注顯像和123I-MIBG 心臟交感神經(jīng)圖像[11-13]。本研究在上述研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步利用CZT SPECT 進(jìn)行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)心臟顯像定量分析,探討雙核素采集對心臟定量分析指標(biāo)是否會(huì)產(chǎn)生顯著的影響,從而確定這一技術(shù)在臨床中應(yīng)用的可行性。

    1 資料與方法

    1.1 一般資料

    對2021 年10 月至2023 年6 月于中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院治療的24 例心功能不全患者進(jìn)行前瞻性研究,其中男性14 例、女性10 例,年齡(49.2±16.8)歲。納入標(biāo)準(zhǔn):心功能不全患者(射血分?jǐn)?shù)<50%);年齡18~80 歲。排除標(biāo)準(zhǔn):妊娠和哺乳期女性。所有患者均于檢查前簽署了知情同意書。本研究獲得了中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號(hào):2021-1589)。

    1.2 顯像方法

    所有患者均采用美國通用電氣公司Discovery NM 530 c 型CZT 心臟專用SPECT 進(jìn)行雙核素雙動(dòng)態(tài)心臟顯像。顯像前24 h 患者口服碘劑(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院院內(nèi)制劑)封閉甲狀腺。第1 日行99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像。動(dòng)態(tài)顯像前患者平躺于檢查床,預(yù)注射3.7×107Bq99Tcm-MIBI(北京原子高科股份有限公司)用于心臟定位,并測量靜息心率與血壓。動(dòng)態(tài)顯像采用列表模式,共采集10 min,采集開始10 s 后,立即通過靜脈“彈丸”式注射99Tcm-MIBI 7.4×108Bq。動(dòng)態(tài)采集完成后,患者移至美國通用電氣公司Optima 640 型SPECT/CT 進(jìn)行低劑量CT 掃描,用于組織衰減校正。第2 日行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像。顯像前患者同樣預(yù)注射3.7×107Bq99Tcm-MIBI 用于心臟定位,并測量靜息心率與血壓。動(dòng)態(tài)顯像采用列表模式,共采集20 min,采集開始10 s 后,通過靜脈“彈丸”式注射123I-MIBG(北京原子高科股份有限公司)3.7×108Bq,10 min后再“彈丸”式注射99Tcm-MIBI 7.4×108Bq。

    1.3 圖像處理

    1.3.1 列表模式數(shù)據(jù)重分

    99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像的列表模式數(shù)據(jù)按照10 幀×10 s+5 幀×20 s+6 幀×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雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像的列表模式數(shù)據(jù)也按照10 幀×10 s+5 幀×20 s+6 幀×60 s 的方式重分,123I-MIBG 顯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)及準(zhǔn)直器穿透能窗(169.0~188.0 keV);99Tcm-MIBI 顯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 動(dòng)態(tài)SPECT 的圖像重建和物理校正

    圖像重建采用有序子集最大期望值法,共35次迭代,2 個(gè)子集。第1 日99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像采用的物理校正包括核素衰變校正、組織衰減校正、散射校正、空間分辨率校正及圖像噪聲校正,并將像素值轉(zhuǎn)換為物理單位(Bq/ml)。99Tcm-MIBI 自身的散射校正采用99Tcm-MIBI 主峰能窗圖像減去下散射窗圖像的散射分量。第2 日99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像的圖像重建方法與第1 日相似,其中核素衰變校正、組織衰減校正、空間分辨率校正及圖像噪聲校正與第1 日方法相同,但散射校正不同。99Tcm-MIBI的散射校正包括兩部分,其中99Tcm-MIBI 自身的散射校正與第1 日相同,除此之外,還需要在心肌同時(shí)存在123I-MIBG 和99Tcm-MIBI 攝取時(shí)校正123I-MIBG對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾。校正方法為采用123I-MIBG 下散射窗預(yù)估123I-MIBG 對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾程度,由此對99Tcm-MIBI 主峰能窗圖像進(jìn)行校正。為驗(yàn)證123I-MIBG 對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾的影響,按物理校正方法不同分別對所有患者的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像的原始圖像進(jìn)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變校正、組織衰減校正、散射校正、空間分辨率校正、圖像噪聲校正、下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾校正;非完整物理校正不進(jìn)行下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾校正。

    1.3.3 SPECT 心肌血流定量

    第1 日和第2 日的99Tcm-MIBI 動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像圖像通過三維采樣生成心血池與心肌的時(shí)間-放射性活度曲線,將時(shí)間-放射性活度曲線用單組織雙腔室動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合,計(jì)算心肌攝取速率參數(shù)K1,將99Tcm-MIBI 心肌放射性計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換為心肌血流量(myocardial blood flow,MBF),并以靜息心率和血壓的乘積進(jìn)行校正。MBF 包括:整體左心室(left ventride,LV)和冠狀動(dòng)脈左前降支(left anterior descending branch,LAD)、左回旋支(left circumflex branch,LCX)、右冠狀動(dòng)脈(right coronary artery,RCA)支配區(qū)域MBF。所有動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像圖像的重建、物理校正和心肌血流的定量分析均應(yīng)用MyoFlowQ 軟件(北京百靈云生物醫(yī)學(xué)科技有限公司)完成。

    1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

    應(yīng)用IBM SPSS 21.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。不符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以M(Q1,Q3)表示,采用Wilcoxon 秩和檢驗(yàn)比較99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域MBF 的差異。采用Pearson相關(guān)性分析及 Bland-Altman 法分析兩種顯像方法得到的MBF 的相關(guān)性和一致性。P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

    2 結(jié)果

    2.1 99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正、非完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像MBF 的比較

    由表1 可知,99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域的MBF 的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)。99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行非完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域的MBF 的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。

    表1 心功能不全患者99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正、非完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的心肌血流量的比較[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 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的MBF 的相關(guān)性和一致性分析

    如圖1 所示,99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域的MBF 均有較好的相關(guān)性(均P<0.001)。如圖2 所示,2 種方法獲得的LV和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域的MBF 的平均差值為0.023、0.016、0.008、0.040 ml·min-1·g-1,95%CI分別為-0.125~0.170、-0.196~0.228、-0.181~0.196、-0.193~0.271。99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的LV 和LAD、LCX、RCA 支配區(qū)域的MBF均有較好的相關(guān)性和一致性。

    圖1 99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的心肌血流量的相關(guān)性分析 MIBI 為甲氧基異丁基異腈;SPECT 為單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù);MIBG 為間碘芐胍;LV 為左心室;MBF 為心肌血流量;LAD 為左前降支;LCX 為左回旋支;RCA 為右冠狀動(dòng)脈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

    圖2 99Tcm-MIBI 單核素動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像與進(jìn)行完整物理校正的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像獲得的心肌血流量的Bland-Altman 一致性分析 MIBI 為甲氧基異丁基異腈;SPECT 為單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù);MIBG 為間碘芐胍;LV 為左心室;MBF 為心肌血流量;LAD 為左前降支;LCX 為左回旋支;RCA 為右冠狀動(dòng)脈;SD 為標(biāo)準(zhǔn)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 討論

    在本研究中,我們發(fā)現(xiàn),使用CZT SPECT 進(jìn)行的99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像經(jīng)過散射校正后,較高能量的123I-MIBG 信號(hào)不會(huì)對99Tcm-MIBI 心肌血流定量產(chǎn)生明顯的影響。

    99Tcm和123I 的能峰分別為140 keV 和159 keV,二者非常接近,傳統(tǒng)的碘化鈉(NaI)晶體SPECT 的能量分辨率>10%,難以區(qū)分這兩種核素的能峰,因此無法實(shí)現(xiàn)99Tcm/123I 雙核素顯像。但CZT SPECT的能量分辨率顯著提高,可達(dá)到5%~6%[14],能夠?qū)?9Tcm和123I 的雙核素信號(hào)進(jìn)行有效地鑒別。以往的研究結(jié)果表明,即使不進(jìn)行物理校正,CZT SPECT采集到的心臟模型99Tcm單核素顯像和99Tcm/123I 雙核素顯像放射性計(jì)數(shù)相對分布的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,其對人體99Tcm-MIBI 單核素顯像和99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素顯像心臟圖像的半定量評分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[11]。上述研究結(jié)果均是基于放射性計(jì)數(shù)的相對分布得出的,并未進(jìn)行絕對定量分析,對于常規(guī)的心肌灌注顯像和心臟神經(jīng)顯像的定性診斷是基本可行的。但本研究對于99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素顯像MBF 和心臟交感神經(jīng)均進(jìn)行絕對定量分析,因此與以往研究不同。

    進(jìn)行心臟SPECT 絕對定量分析的前提是基于對心肌放射性計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確測量,因此在行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素顯像時(shí)還需要對高能123I 對低能99Tcm信號(hào)的影響進(jìn)行校正;低能99Tcm對高能123I 信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生明顯影響,因此不需要校正。行雙核素SPECT 心臟顯像時(shí),可以從能譜與原始投影圖觀察到心肌的123I-MIBG 攝取對99Tcm-MIBI 心肌圖像產(chǎn)生的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾,這種干擾會(huì)增加99Tcm-MIBI 主峰能窗的放射性計(jì)數(shù),進(jìn)而影響動(dòng)態(tài)SPECT 圖像重建和定量分析的準(zhǔn)確性[15-18]。因此,99Tcm-MIBI 動(dòng)態(tài)顯像的散射校正應(yīng)包括兩個(gè)部分,除99Tcm-MIBI 自身的散射校正外,還需要校正123I-MIBG 對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾。99Tcm-MIBI 自身的散射校正采用99Tcm-MIBI 主峰能窗圖像減去下散射窗放射性計(jì)數(shù)估算的主峰能窗內(nèi)的散射分量圖像;采用未注射99Tcm-MIBI 前的123I-MIBG 下散射窗放射性計(jì)數(shù)和準(zhǔn)直器穿透窗計(jì)數(shù)分別估算123I-MIBG對99Tcm-MIBI 的下散射干擾和準(zhǔn)直器穿透干擾,并在99Tcm-MIBI 主峰能窗圖像中去除。經(jīng)過上述校正后,123I-MIBG 對99Tcm-MIBI 的散射影響基本可以消除,從而保證了圖像重建和定量分析的準(zhǔn)確性。

    99Tcm-MIBI 心肌灌注顯像和123I-MIBG 心臟交感神經(jīng)顯像均是目前臨床應(yīng)用的重要的心臟功能評價(jià)技術(shù),兩者聯(lián)合應(yīng)用對心肌損傷性質(zhì)和程度的判斷、高危心肌的識(shí)別、預(yù)后評估等均具有重要的臨床意義[9,19-22]。近年來,基于動(dòng)態(tài)顯像的定量分析技術(shù)在99Tcm-MIBI 心肌灌注顯像和123I-MIBG 心臟交感神經(jīng)顯像中的研究均已開展。通過99Tcm-MIBI心肌血流定量測定的負(fù)荷MBF 和心肌血流儲(chǔ)備可進(jìn)一步提高對心肌缺血的診斷準(zhǔn)確率,123I-MIBG心臟交感神經(jīng)分布定量指標(biāo)的優(yōu)化也是目前重要的研究課題[23-25]。CZT SPECT 為99Tcm-MIBI/123I-MIBG雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像提供了可能,極大地提高了診斷效率。本研究進(jìn)一步證實(shí)了這一技術(shù)應(yīng)用的可行性,且具有重要的臨床意義。

    本研究具有一定的局限性:一是樣本量相對較少,還需要更大樣本量的研究進(jìn)一步證實(shí);二是受患者難以進(jìn)行多次重復(fù)檢查的限制,沒有行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素顯像與123I-MIBG 單核素顯像獲得的123I-MIBG 定量指標(biāo)的比較,雖然理論上99Tcm的能量較低,不會(huì)明顯影響123I 的放射性計(jì)數(shù),但仍然需要進(jìn)一步研究結(jié)果的證實(shí),我們將在后續(xù)的研究中逐步完善。

    綜上所述,我們認(rèn)為,利用CZT SPECT 同時(shí)行99Tcm-MIBI/123I-MIBG 雙核素雙動(dòng)態(tài)SPECT 心臟顯像,通過一次檢查完成MBF 和心臟交感神經(jīng)的定量分析是完全可行的。

    利益沖突 所有作者聲明無利益沖突

    作者貢獻(xiàn)聲明 任俊靈負(fù)責(zé)研究方法的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的采集、論文的撰寫;張宗耀、汪蕾負(fù)責(zé)圖像的分析、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析;王小迪負(fù)責(zé)研究方法的設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)的檢索;方緯負(fù)責(zé)命題的設(shè)計(jì)、研究的指導(dǎo)、論文的審閱

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