袁婷婷 王榮福②*

核素心肌顯像技術(shù)的研究進(jìn)展*

袁婷婷①王榮福①②*

核素心肌顯像時(shí)，恰當(dāng)?shù)剡x用圖像采集方式和處理技術(shù)能夠保證心肌顯像圖像的可讀性。探討核醫(yī)學(xué)心肌顯像中如何避免顯像過(guò)程可能對(duì)圖像造成的影響及鑒別方法，其中包括心肌圖像偽影的鑒別、圖像重建算法以及軟件處理的多種方法的異同點(diǎn)。分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)患者圖像采集時(shí)相應(yīng)的情況應(yīng)選用合適的方法鑒別心肌圖像偽影，而心肌顯像圖像重建算法和多種軟件處理方法的優(yōu)劣尚缺乏定論。心肌顯像如何更恰當(dāng)?shù)剡x用圖像采集方式、圖像重建和軟件處理方法仍有待進(jìn)一步研究。

心肌灌注顯像；偽影；矯正；重建；心功能參數(shù)

袁婷婷,女,(1991- ),碩士研究生，醫(yī)師。北京大學(xué)國(guó)際醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，從事核醫(yī)學(xué)影像診斷及甲亢治療工作。

心肌灌注顯像(myocardial perfusion imaging，MPI)是核醫(yī)學(xué)常用的心肌顯像方法，目前，臨床應(yīng)用最廣泛的心肌灌注顯像劑是99Tcm-甲氧基異丁基異腈(99Tcm-methoxyisobutylisonitrile，99Tcm-MIBI)，MPI常規(guī)利用單光子計(jì)算機(jī)斷層(single-photon emission computed tomography，SPECT)對(duì)患者進(jìn)行檢查。研究表明，99Tcm-MIBI MPI無(wú)創(chuàng)、安全且有效，可用于心肌缺血或心肌梗死患者治療方案的決策、預(yù)后判斷和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[1-4]。然而，顯像前的準(zhǔn)備、采集過(guò)程、處理方法及圖像分析等系列流程均有可能影響顯像結(jié)果的判讀。

1 99Tcm-MIBI顯像前準(zhǔn)備與采集方法

在正常情況下99Tcm-MIBI除聚集于心臟外，主要通過(guò)肝膽系統(tǒng)和胃腸道排泄，故顯像前口服脂餐是為減少肝膽系統(tǒng)和胃腸道對(duì)心臟顯像的干擾，此項(xiàng)顯像前的注意事項(xiàng)已成為臨床共識(shí)。

核醫(yī)學(xué)采集方法對(duì)于MPI圖像的影響有多方面的因素，即運(yùn)動(dòng)偽影、組織衰減偽影以及因矩陣和采集時(shí)間不合理而造成圖像噪聲增大等。矩陣和采集時(shí)間不合理在臨床較容易觀察，但運(yùn)動(dòng)偽影和組織衰減偽影在臨床中需要利用多種方法來(lái)幫助鑒別。

1.1 運(yùn)動(dòng)偽影

常規(guī)心肌灌注顯像采集的時(shí)間較長(zhǎng)，采集過(guò)程中受檢者身體移動(dòng)、呼吸及內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)等因素都會(huì)造成心臟的移動(dòng)，患者運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的偽影對(duì)SPECT MPI結(jié)果的影響表現(xiàn)為圖像逐漸出現(xiàn)放射性稀疏、缺損以及變形，并出現(xiàn)“拖尾”、“伴影”等偽影特征，不同方向及不同幅度的位移對(duì)左心室各節(jié)段的影響具有不同特征，臨床醫(yī)生在對(duì)MPI圖像解讀的過(guò)程中需要予以鑒別，避免得出假陽(yáng)性結(jié)果[5]。研究表明，MPI新的采集方法以心臟作為旋轉(zhuǎn)采集中心的IQ·SPECT技術(shù)比傳統(tǒng)的SPECT心肌顯像利用低能量高分辨率(low energy high resolution，LEHR)準(zhǔn)直器的LEHR·SPECT技術(shù)具有更高的采集效率，且圖像質(zhì)量更高[6-8]。

1.2 組織衰減偽影

心臟周?chē)M織器官對(duì)γ射線的衰減，亦可造成左心室各節(jié)段出現(xiàn)不同程度的衰減偽影。減少SPECT心肌顯像衰減偽影的主要方法有透射衰減校正、改變顯像體位及采集角度等，其中改變顯像體位是最為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法。有學(xué)者指出，對(duì)于女性患者采用右側(cè)臥位或俯臥位能有效減少和鑒別成年女性左心室前壁的衰減偽影[9-10]；俯臥位比仰臥位更有助于左室下壁病變的觀察[10-11]。部分學(xué)者提出“H”模式360°采集可以有效地減少乳房組織衰減引起的偽影，而且圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于“L”模式180°采集，但其局限在于采集時(shí)間增加1倍[12]。向上固定乳腺這種鑒別乳腺衰減偽影的方法由于其可操作性差，目前在臨床較少應(yīng)用。CT衰減校正(computed tomography attenuation correction，CTAC)或X射線衰減校正可明顯改善左心室下后壁、間壁和側(cè)壁的放射性分布，但對(duì)心尖部的補(bǔ)償相對(duì)不足，CTAC是目前臨床常用的鑒別心肌顯像衰減偽影的方法，CT與SPECT圖像配準(zhǔn)不良可使MPI CTAC圖像出現(xiàn)不同程度的偽影，在臨床顯像中應(yīng)注意觀察CT和SPECT圖像的配準(zhǔn)情況，明確配準(zhǔn)不良的幅度和方向，必要時(shí)對(duì)兩者進(jìn)行重新配準(zhǔn)[10，13-16]。

1.3 心臟核醫(yī)學(xué)顯像的新設(shè)備

心臟專(zhuān)用碲化鎘鋅(cadmium zinc telluride，CZT)晶體相機(jī)在掃描過(guò)程中，探頭和準(zhǔn)直器不移動(dòng)，多個(gè)CZT探測(cè)器同時(shí)進(jìn)行圖像采集。CZT晶體使140 keV光子的能量，其分辨率由5﹪提高至10﹪；且與采用濾波反投影重建算法的傳統(tǒng)SPECT相比，空間分辨率顯著提高。CZT晶體相機(jī)與傳統(tǒng)SPECT心肌成像比較，可顯著縮短MPI掃描時(shí)間，提升患者舒適度并因此減少運(yùn)動(dòng)偽影，大幅降低輻射劑量，高速相機(jī)可提供與標(biāo)準(zhǔn)SPECT相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量，且有相同的診斷效能[17-20]。Lima等[21-22]研究報(bào)道，心臟專(zhuān)用CTZ相機(jī)對(duì)心臟事件的預(yù)后價(jià)值也與傳統(tǒng)的SPECT心肌顯像相似。目前具備該設(shè)備的醫(yī)院較少。

2 MPI圖像的處理

2.1 MPI圖像斷層的重建

對(duì)MPI圖像的處理步驟之一是MPI圖像斷層的重建，其算法主要包括解析法和迭代法，解析法以濾波反投影(filtered back projection，F(xiàn)BP)法應(yīng)用最為廣泛，后者以有序子集最大期望值(ordered subset expectation maximization，OSEM)法為代表。有學(xué)者認(rèn)為，F(xiàn)BP和OSEM兩種軟件的分析結(jié)果較為接近，也有學(xué)者指出OSEM重建方法比FBP重建方法對(duì)定量參數(shù)如左心室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)、舒張末期容積(end-diastolic，EDV)和收縮末期容積(end-systolic，ESV)的評(píng)估更準(zhǔn)確，并建議OSEM選擇2次迭代和分成10個(gè)子集來(lái)重建[23-24]。de Barros等[25]在對(duì)OSEM重建方法的研究中發(fā)現(xiàn)MPI圖像的重建采用6次迭代和分成4個(gè)子集來(lái)重建出的圖像效果相對(duì)較好。OSEM選擇一個(gè)合適的迭代次數(shù)和子集數(shù)對(duì)MPI圖像質(zhì)量非常重要，在運(yùn)算時(shí)間不變的情況，子集劃分個(gè)數(shù)增加，迭代收斂速度增加，迭代次數(shù)減少，子集的劃分和圖像重建質(zhì)量之間存在均衡關(guān)系，在臨床應(yīng)用中如何在保證重建圖像質(zhì)量且兼顧運(yùn)算速度的情況下選擇最佳迭代次數(shù)和子集目前尚缺乏定論。

2.2 定量分析門(mén)控MPI圖像

MPI圖像的處理步驟之二是應(yīng)用各種定量分析門(mén)控MPI圖像的左心室容積和射血分?jǐn)?shù)的軟件，常用的自動(dòng)測(cè)量方法有定量門(mén)控心肌斷層顯像(quantitative gated SPECT，QGS)、愛(ài)莫瑞心臟工具箱(Emory cardiac toolbox，ECToolbox)和四維模型心肌斷層顯像(four-dimensional model SPECT，4D-MSPECT)，多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是比較這3種定量分析軟件所測(cè)的LVEF、EDV和ESV數(shù)值與左心室造影所測(cè)的結(jié)果，還是僅將QGS定量分析的結(jié)果與組織多普勒超聲測(cè)定的結(jié)果及心血池顯像結(jié)果進(jìn)行比較，均可觀察到相互比較的結(jié)果之間具有較好的相關(guān)性[26-28]。同時(shí)有學(xué)者指出，ECToolbox的左室峰相位的帶寬和標(biāo)準(zhǔn)差與QGS分析值之間可能存在差異，提示這種軟件分析的左室峰相位的帶寬和標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)有各自的臨界值標(biāo)準(zhǔn)，不能混用，而相位分析技術(shù)對(duì)測(cè)量左心室收縮同步性具有高度的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性[28-30]。李河北等[31]學(xué)者提出，門(mén)控MPI圖像處理利用ECToolbox軟件測(cè)定LVEF值的準(zhǔn)確性與EDV有關(guān)，處理過(guò)程中，當(dāng)EDV＜100 ml時(shí)應(yīng)使用R1值，EDV≥100 ml時(shí)應(yīng)使用R0值，表明處理過(guò)程中計(jì)算公式的選擇會(huì)影響LVEF的準(zhǔn)確性。既往研究提示，各種自動(dòng)測(cè)量心功能參數(shù)的軟件所測(cè)的LVEF、EDV及ESV數(shù)據(jù)具有較好的相關(guān)性，但是對(duì)于其他更為細(xì)致的數(shù)據(jù)分析仍存在差異，這種差異是否有意義在臨床工作中需予以關(guān)注，避免對(duì)心肌顯像結(jié)果的錯(cuò)誤解讀。對(duì)飛利浦和西門(mén)子MPI處理結(jié)果的研究提示不同的機(jī)器測(cè)定的心功能參數(shù)可能存在差異，同一患者的隨訪復(fù)查及心肌頓抑的評(píng)價(jià)仍應(yīng)在同種工作站進(jìn)行[32]。

在核醫(yī)學(xué)心肌顯像方法相關(guān)的系列流程中，采集過(guò)程和圖像處理方法仍存在尚需解決的問(wèn)題：①在現(xiàn)有設(shè)備的情況下如何更好的實(shí)現(xiàn)以心臟為中心的采集對(duì)提高采集效率和圖像質(zhì)量尤為重要；②對(duì)于圖像的衰減矯正，改變體位采集方法和CT或X射線矯正如何恰當(dāng)選擇缺乏定論；③MPI圖像多種重建方法和定量分析軟件之間一致性尚可，但部分結(jié)果仍存在差異，同一患者及同一批患者心功能的隨訪或比較可在同一工作站選擇同樣的重建參數(shù)和定量分析軟件來(lái)處理。

3 展望

99Tcm-MIBI MPI廣泛用于心肌缺血和心肌梗死的診斷及療效觀察，在臨床上已得到公認(rèn)[1]。但傳統(tǒng)的SPECT采集方式存在采集時(shí)間長(zhǎng)、因組織不均勻衰減等因素所造成運(yùn)動(dòng)偽影、圖像過(guò)度矯正等情況可能影響部分檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性，目前關(guān)于MPI采集的研究都為了達(dá)到更高的采集效率以縮短時(shí)間和鑒別偽影，隨著對(duì)新的采集方法的逐漸認(rèn)識(shí)以及心肌采集新設(shè)備的普及，MPI的采集將會(huì)得到進(jìn)一步優(yōu)化。對(duì)MPI圖像如何選擇最佳重建方法和處理參數(shù)仍有待大數(shù)據(jù)進(jìn)一步研究和規(guī)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

國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)(2011YQ03011409)“基于多模態(tài)分子影像技術(shù)的新型腫瘤新生血管靶向顯像劑及治療藥物研究”；國(guó)家“十二五”支撐項(xiàng)目(2014BAA03B03)“99Tcm-RRL新型靶向腫瘤新生血管放射性藥物的實(shí)驗(yàn)研究”

①北京大學(xué)國(guó)際醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 102206

②北京大學(xué)第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100034

*通訊作者：rongfu_wang@163.com

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