易展雄（綜述）　田月琴（審校）

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碲鋅鎘探測器SPECT在心肌灌注顯像中的應用

易展雄（綜述）1,2田月琴（審校）1,2

【關鍵詞】體層攝影術，發(fā)射型計算機，單光子；碲鋅鎘探測器；心?。还嘧⒊上?；綜述

【作者單位】 1.北京協(xié)和醫(yī)學院北京100730；2.中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院核醫(yī)學科北京100037

1939年，Gordon Liljestrand開創(chuàng)了心臟核醫(yī)學，使其成為無創(chuàng)影像檢查方法[1]，傳統(tǒng)SPECT探測器所使用的是碘化鈉（NaI）晶體，其用于疾病的診斷等方面發(fā)揮了重要作用，但同時也存在一些局限性。1996年，具有臨床使用價值的半導體探測器碲鋅鎘（cadmium zinc telluride，CZT）替代NaI晶體的SPECT問世，標志著核醫(yī)學儀器硬件上的新突破，目前商品化的CZT半導體探測器SPECT心臟顯像設備有兩種[2-4]：一種是GE公司的Healthcare Discovery NM530c，另一種是Spectrum Dynamics D-SPECT。本文主要介紹這種新型半導體探測器在心肌灌注顯像方面的臨床應用及其優(yōu)、缺點，以提高對心臟核醫(yī)學診斷的認識。

1　成像原理

CZT探測器的成像原理是直接將γ射線轉化為電信號。當采集的γ射線與CZT晶體作用時，晶體內部產生電子和空穴對，其數量和入射光子的數量成正比。帶負電的電子和帶正電的空穴向不同的電極運動，形成的電荷脈沖經過前置放大變成電壓脈沖。前置放大輸出的信號經過后續(xù)電路處理，然后進行圖像重建。CZT探測器在室溫狀態(tài)下能夠處理100萬光子/（s·mm2）[5]，從而保證CZT探測器對γ射線探測具有極高的系統(tǒng)靈敏度。

2　CZT探測器SPECT與傳統(tǒng)SPECT比較的優(yōu)勢

2.1縮小體積、減輕重量與傳統(tǒng)SPECT比較，CZT半導體材料直接取代了傳統(tǒng)晶體、光電倍增管，從而明顯縮小了探測器的體積。隨著探測器體積的縮小，采用屏蔽需要的材料也相應地減少，所以明顯減輕了整個SPECT設備探測頭的重量。

2.2提高能量分辨率、系統(tǒng)靈敏度和空間分辨率與傳統(tǒng)SPECT比較，CZT探測器SPECT依據多針孔設計及像素陣列探測器，可同時多方位采集，提高了總的靈敏度，從而提高了探測器的空間分辨率[6]，采用這種小像素電極的大體積CZT陣列探測器獲得了非常好的能量分辨率。與傳統(tǒng)SPECT相比，新的高效CZT半導體SPECT光敏感性是傳統(tǒng)SPECT的3~5倍，能量分辨率為1.65倍，空間分辨率為1.7~2.5倍[7]。提高能量分辨率有利于提高SPECT系統(tǒng)的整體性能，提高系統(tǒng)靈敏度可以減少放射性顯像劑的用量，縮短掃描時間，提高圖像的對比度。同一患者采取兩種顯像方法時，這種顯像的圖像質量往往要比傳統(tǒng)顯像方法好，在大多數患者中可以看到這種顯像的圖像邊緣更為銳利、清晰，圖像質量更好，相應地提高了診斷準確性[8]。

2.3減少放射性顯像劑的劑量、縮短掃描時間與傳統(tǒng)SPECT相比，CZT探測器SPECT的計數率是前者的5倍以上，可以大大縮短采集時間及明顯減少顯像劑的注射劑量，并可以獲得與傳統(tǒng)SPECT心肌灌注顯像方法相同甚至更好的圖像質量。Herzog等[3]的研究發(fā)現，用CZT探測器SPECT負荷低劑量心肌灌注顯像的采集時間為3 min，而靜息高劑量的采集時間為2 min，且其圖像質量與傳統(tǒng)SPECT采集15 min所得圖像相當，明顯縮短了掃描時間。Tanaka等[9]將CZT探測器SPECT與傳統(tǒng)SPECT心肌灌注圖像進行比較，對150例患者分別先行15 min傳統(tǒng)SPECT負荷及靜息心肌灌注顯像，然后即刻在CZT探測器SPECT上行5 min負荷和3 min靜息顯像。按時間列表采集的數據進行圖像重建（圖1[9]），結果顯示CZT探測器SPECT與傳統(tǒng)SPECT圖像質量有很好的相關性。3 min、4 min CZT探測器SPECT負荷心肌灌注顯像圖像質量好或極好的比例分別為97%、100%，1 min、2 min靜息圖像質量好或極好的比例分別為94%、100%。Duvall等[10]的研究也得到同樣結論，CZT探測器SPECT在縮短顯像時間和減少顯像劑劑量的情況下能夠獲得很好的圖像質量。采集時間可以從傳統(tǒng)的15~20 min縮短到3~5 min，明顯提高了掃描效率和設備的利用率，由于掃描時間縮短，減少了患者的不適感及在掃描過程中可能產生的移動偽影。傳統(tǒng)SPECT運動負荷+靜息心肌灌注顯像99Tcm標記化合物總的顯像劑劑量為1110~1480 MBq（30~40 mCi），而CZT探測器SPECT可使劑量降低30%~70%，只需要462.5~1110.0 MBq（12.5~30.0 mCi）?？偟撵o息/運動心肌灌注顯像的輻射劑量為5.8 mSv，僅為傳統(tǒng)SPECT靜息99Tcm-370 MBq（10 mCi）+負荷1110 MBq（30 mCi）顯像11.4 mSv 的49%，較雙核素99Tcm+201TI顯像23.9 mSv的輻射劑量約減少了76%。

圖1　根據不同時間，CZT探測器SPECT采集的圖像質量及平均計數率。A、C分別為負荷心肌灌注顯像圖像質量及平均計數率，A示3 min、4 min CZT探測器SPECT負荷心肌灌注顯像圖像質量好或極好的比例分別為97%、100%；B、D分別為靜息心肌灌注顯像圖像質量及平均計數率，B示1 min、2 min靜息圖像質量好或極好的比例分別為94%、100%[9]

3　CZT探測器SPECT心肌灌注顯像的應用

3.1對冠心病的診斷

3.1.1CZT探測器SPECT在冠心病和心肌梗死患者中的應用我國冠心病的發(fā)生率呈上升趨勢，但誤診率及漏診率較高[11]。低劑量超快顯像CZT探測器SPECT在冠心病的檢查中是可行的，其在降低輻射劑量的情況下，對冠心病的診斷仍具有很高的應用價值[12]。CZT探測器SPECT與傳統(tǒng)SPECT診斷冠心病有很高的一致性和符合率。Verger等[13]的研究結果表明，無論采取何種顯像劑及檢查方法，201TI負荷劑量為1.5 MBq/kg，靜息為0.5 MBq/kg。99Tcm低劑量為3.7 MBq/kg，高劑量為11.0 MBq/kg；CZT探測器SPECT與傳統(tǒng)SPECT心肌灌注顯像的符合率較高，201TI為92%，99Tcm標記化合物低劑量為86%，99Tcm標記化合物高劑量為98%。對檢測心肌梗死范圍的相關性高（r=0.80，P<0.001），對心肌缺血范圍的檢測相關性略低（r=0.72，P<0.001）。傳統(tǒng)SPECT心肌灌注顯像測得的心肌缺血范圍更大，特別是在肥胖患者中尤為明顯，可能與肥胖患者在傳統(tǒng)SPECT的計數率低、在CZT探測器的計數率明顯增高有關。Esteves等[2]也對比了CZT探測器SPECT與傳統(tǒng)SPECT心肌灌注顯像，對168例患者行一日法靜息/運動CZT探測器SPECT顯像，根據患者體重給予99Tcm標記化合物劑量為靜息370~555 MBq（10~15 mCi），采集4 min，運動1110~1665 MBq（30~45 mCi），采集2 min，結果表明，CZT探測器SPECT與傳統(tǒng)SPECT心肌灌注顯像診斷有心肌灌注缺損的一致性為91.9%，無灌注缺損的一致性為92.5%；門控所測左心室射血分數靜息顯像及負荷顯像兩種探測器的相關性均較高（r=0.87、0.90，P<0.01）。

冠狀動脈造影是診斷冠心病的“金標準”，CZT探測器SPECT對冠心病的診斷有很高的敏感度、特異度及準確度，Duvall等[14]將CZT探測器SPECT心肌顯像與冠狀動脈造影進行比較，結果發(fā)現，CZT探測器SPECT心肌灌注顯像對冠心病診斷的敏感度為89%，特異度為66%，準確度為78%。Fiechter等[15]以冠狀動脈造影為診斷標準，研究了CZT探測器SPECT/CT診斷冠心病的價值，結果表明，其診斷冠心病的敏感度為87%，特異度為67%，陽性預測值為92%，陰性預測值為50%，準確度為83%。為了評估CZT超快顯像診斷的準確性，Tanaka等[9]將95例患者行201TI負荷CZT探測器SPECT心肌灌注顯像，3個月內行冠狀動脈造影，結果顯示CZT探測器SPECT診斷各支冠狀動脈狹窄的敏感度、特異度和準確度分別為左前降支90%、64%、78%，左回旋支78%、84%、84%，右冠狀動脈83%、47%、60%。特異度較低是由于患者選擇偏倚[16]。心肌灌注顯像異常作為行冠狀動脈造影的條件，故冠狀動脈造影的陰性率很低。

3.1.2CZT探測器SPECT在肥胖患者中的應用隨著患者體重增加，光子計數及圖像質量也隨之下降，van Dijk等[17]的研究通過患者的體重來個性化制訂患者CZT探測器SPECT心肌灌注顯像的顯像劑劑量和掃描時間，以獲得好的圖像質量并降低輻射劑量，提高工作效率。Gimelli等[18]對148例肥胖患者進行研究，發(fā)現與標準的檢查方式相比，CZT探測器SPECT在減少輻射劑量50%以上時，仍能保持良好的敏感度和特異度。

3.1.3CZT探測器SPECT對急診胸痛的診斷縮短CZT探測器掃描時間可以明顯提高急診室胸痛患者冠心病的診斷與鑒別診斷效率，使急性冠狀動脈綜合征的鑒別診斷成為可能。CZT超快負荷心肌灌注顯像為陰性時，可以免去靜息顯像，既縮短了掃描時間，又減輕了患者的經濟負擔，CZT探測器SPECT的應用使急診心肌灌注顯像成為更有效的檢查方法[19]。

3.2心肌血流儲備的測定由于傳統(tǒng)SPECT計數率低，且不能進行動態(tài)斷層顯像，使其進行動態(tài)采集非常困難，而CZT探測器SPECT計數率高，可以在首過顯像時快速采集序列動態(tài)圖像，并可量化心肌血流量和心肌血流儲備。Pazhenkottil等[20]研究了CZT探測器SPECT與PET測定絕對冠狀動脈血流量和冠狀動脈血流儲備（coronary flow reserve，CFR）的相關性，選取26例患者采用PET測定心肌血流量和CFR，在2周內行一日法99Tcm-替曲膦腺苷負荷/靜息CZT探測器SPECT心肌灌注顯像，將CFR<2設定為異常，結果顯示CZT探測器SPECT測定的平均CFR為2.06±0.74，而13N-氨水PET測定的值為2.19±0.67。CZT探測器SPECT與PET在冠狀動脈血流量測定上有較好的相關性。PET測定冠狀動脈血流量正常16例，CZT探測器SPECT檢出13例正常；PET測定10例異?；颊咧?，CZT探測器SPECT檢測出8例，CZT探測器SPECT與PET檢測一致率為80.7%。

為了研究CZT探測器SPECT在心肌灌注儲備中的作用，Ben-Haim等[21]對95例患者行CZT探測器SPECT99Tcm-MIBI負荷/靜息門控心肌灌注顯像，結果顯示，整體心肌灌注正常者較異常者心肌灌注儲備指數高，分別為1.61和1.27。多變量回歸分析表明，整體心肌灌注儲備指數與左心室總的負荷灌注缺損區(qū)、年齡和吸煙有關，而局部心肌灌注儲備指數除與上述變量有關外，還與局部負荷灌注缺損有關。16例患者行冠狀動脈造影顯示有20支血管狹窄大于50%。CZT探測器SPECT檢測出狹窄冠狀動脈供血區(qū)的心肌灌注儲備指數為1.11，而正常者的指數為1.30，并且隨著冠狀動脈狹窄程度的加重，心肌灌注指數也會逐漸下降。

3.3左心室功能及衰減校正等其他方面Cochet等[22]以心臟MRI為參考，研究了CZT探測器SPECT心肌灌注顯像對評價左心室整體及局部功能的準確性，及其對絕對室壁運動和室壁厚度的測定價值，結果表明，CZT探測器SPECT心肌灌注顯像和定量SPECT門控分析可以很好地評估左心室射血分數，但不能很好地評估左心室容量。對室壁運動的評估要優(yōu)于對室壁厚度的評估，而且往往會低估室壁厚度。節(jié)段性室壁運動和室壁厚度的絕對量化可以用于心肌瘢痕的判定。Bailliez等[23]的研究表明，CZT探測器SPECT與心臟MRI測量左心室收縮末期容積、舒張末期容積和射血分數有很高的一致性，但前者往往會低估局部室壁厚度，特別是在左心室壁增厚的情況下。

衰減校正可以改善圖像質量，Herzog等[24]探討了衰減校正在CZT探測器SPECT中的有效性，對66例患者行3 min負荷心肌灌注顯像（低劑量）、2 min靜息（高劑量）心肌灌注顯像，結果顯示，在CZT與傳統(tǒng)SPECT均有衰減校正的情況下，低劑量顯像和高劑量顯像的一致性分別為96%和99%，證實了CZT探測器SPECT衰減校正的可行性。

Pazhenkottil等[25]的研究表明，與傳統(tǒng)雙探頭SPECT比較，用CZT探測器SPECT對患者進行5 min的采集，可以對左心室非同步性進行準確評估，對心臟再同步化治療的參數最優(yōu)化有一定的潛在價值。

CZT探測器SPECT還可用于仰臥雙體位心肌灌注顯像。Goto等[26]對322例患者的研究結果顯示，在診斷下外側壁心肌缺血方面，仰俯臥位與僅俯臥位心肌灌注顯像相比，提高了診斷特異度（93%比72%，P<0.001）和準確度（88%比74%，P<0.001），而不降低其敏感度（82%比68%，P>0.05）。

綜上所述，CZT半導體探測器SPECT致密、小巧，系統(tǒng)靈敏度、能量分辨率及空間分辨率高，可明顯縮短采集時間、大幅降低輻射劑量，顯著提高SPECT心肌灌注圖像質量，而且拓展了SPECT臨床應用的范圍，CZT半導體探測器SPECT心肌灌注顯像未來有更為廣泛的應用。

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（本文編輯張春輝）

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【收稿日期】2015-09-26【修回日期】2015-11-21

【通訊作者】田月琴E-mail: tianyueqin2007@126.com

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.01.017

【中圖分類號】R445.3