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心臟專用多針孔SPECT的性能評(píng)估

2018-06-27 13:27:08王海鵬王新強(qiáng)張宗耀王道宇徐瑩穎劉亞強(qiáng)
中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備 2018年6期
關(guān)鍵詞:針孔靜息專用

王海鵬 郭 峰 王新強(qiáng) 張宗耀 王道宇 徐瑩穎 陳 思 劉亞強(qiáng)

心肌灌注顯像(myocardial perfusion imaging,MPI)是單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(single-photon emission computed tomography,SPECT)在臨床上的重要應(yīng)用,可直接檢測(cè)心肌是否缺血,對(duì)心血管疾病的診斷和治療效果評(píng)價(jià)有重要意義[1-3]。傳統(tǒng)雙探頭SPECT采用平行孔準(zhǔn)直器,通過(guò)雙探頭的旋轉(zhuǎn)采集不同角度下的投影圖,從而實(shí)現(xiàn)斷層成像的功能。靜息心肌灌注顯像的檢查時(shí)間較長(zhǎng),檢查過(guò)程中患者的移動(dòng)、呼吸和內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)都可能導(dǎo)致心臟位置一定程度的移動(dòng),使得重建圖像出現(xiàn)偽影[4-6]。

近年來(lái),針對(duì)心臟專用的SPECT技術(shù)得到了發(fā)展[7-8]。其中以GE公司的Discovery NM 530c[9]和Spectrum Dynamics公司的DSPECT[10]為代表,二者均采用碲鋅鎘(Cd Zn Te,CZT)半導(dǎo)體探測(cè)器,而一款心臟專用多針孔(multi-pinhole,MPH)準(zhǔn)直器(北京永新醫(yī)療設(shè)備有限公司),實(shí)現(xiàn)了更高的靈敏度和更好的空間分辨率,通過(guò)將其安裝在可變角雙探頭SPECT(ImageE NET 632)上組成MPH-SPECT成像系統(tǒng),無(wú)需旋轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)斷層成像,縮短了采集時(shí)間,達(dá)到了與心臟專用機(jī)相當(dāng)?shù)男阅堋榇?,本研究進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)和靜息心肌灌注顯像試驗(yàn),旨在對(duì)MPH-SPECT的性能進(jìn)行評(píng)估。

1 資料與方法

1.1 一般資料

(1)采用直徑11 cm的球模型測(cè)量MPH-SPECT的歸一體積靈敏度,采用相互平行且間距在4~5 cm的5根線源模型評(píng)估MPH-SPECT的重建空間分辨率。球模型和線源模型內(nèi)均注入高锝酸(99Tcm-O4)水溶液,放射性活度為74 MBq。MPH-SPECT采用雙探頭77.6°夾角的采集模式,兩個(gè)準(zhǔn)直器上的24個(gè)針孔共同聚焦在直徑170 mm的球形視野上。

(2)選取一位32歲的男性健康志愿者,采用99Tcm-甲氧基異丁基異腈(99Tcm-methoxy isobutyl isonitrile,99Tcm-MIBI)顯像劑對(duì)其進(jìn)行靜息心肌灌注斷層顯像。志愿者對(duì)本研究知情并簽訂知情同意書(shū)。

1.2 心肌灌注方法

在心肌灌注模型內(nèi)注入99Tcm-O4水溶液,其放射性活度為74 MBq。心肌灌注模型的心肌厚度為10 mm,且在前壁中部和下側(cè)壁基底段各有一個(gè)“冷區(qū)”,沿著心軸方向的長(zhǎng)度分別為20 mm和15 mm,以模擬心肌的缺血灶[11](如圖1所示)。

圖1 心肌灌注模型示圖

1.3 圖像采集

MPH-SPECT斷層成像在采集過(guò)程中不需要旋轉(zhuǎn),為靜態(tài)采集,采集矩陣大小固定為512×512。

(1)將線源模型和球模型分別擺放在MPH-SPECT的視野中心,采集5 min;移走模型,采集5 min本底。

(2)將心肌灌注模型放置在MPH-SPECT的視野中心,心尖朝向與床軸平行,采集5 min;放置在Discovery NM 530c的視野中心,心尖朝向與床軸平行,按照標(biāo)準(zhǔn)采集流程采集5 min;放置在低能量高分辨率(low energy high resolution,LEHR)準(zhǔn)直器SPECT(LEHR-SPECT)的視野中心,心尖朝向與床軸平行,L模式采集30幀,每幀30 s,采集矩陣大小128×128,放大倍數(shù)為1倍。

(3)志愿者注射顯像劑30 min后自行服用脂肪餐,90 min后依次在MPH-SPECT和Discovery NM 530c上進(jìn)行采集,采集時(shí)間均為5 min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

(1)對(duì)線源模型的重建圖像進(jìn)行處理,取5根線源半高寬(full width at half maximum,F(xiàn)WHM)的平均值作為空間分辨率的評(píng)估值;對(duì)球模型的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,從本底圖像中獲取本底總計(jì)數(shù)Nb,從球模型源圖像中獲取總計(jì)數(shù)N,系統(tǒng)歸一體積靈敏度Snorm計(jì)算為公式1:

式中averg為樣品的活度濃度,等于活度除以球模型的體積;R為球形源的半徑;T1為球模型采集時(shí)間;T2為本底采集時(shí)間;η為等效模型修正系數(shù),為國(guó)標(biāo)模型源體積與實(shí)驗(yàn)?zāi)P驮大w積之比。

(2)對(duì)MPH-SPECT采集的數(shù)據(jù)采用基于精準(zhǔn)系統(tǒng)建模的OSEM迭代算法進(jìn)行重建,子集個(gè)數(shù)16,迭代次數(shù)3次;對(duì)Discovery NM530c和LEHR-SPECT采集的數(shù)據(jù),采用儀器自帶的重建程序和默認(rèn)重建參數(shù)進(jìn)行重建。使用QPS定量計(jì)算軟件獲取心肌灌注模型重建圖像的靶心圖,以靶心圖內(nèi)最大計(jì)數(shù)值為100%,計(jì)算心肌灌注模型冷區(qū)域所在的前壁中部和下側(cè)壁基底段的計(jì)數(shù)百分比,并對(duì)不同圖像的處理結(jié)果進(jìn)行比較[4]。

1.5 圖像分析

將不同設(shè)備所得的志愿者心肌灌注重建圖像生成報(bào)告圖,請(qǐng)3位資深核醫(yī)學(xué)醫(yī)師對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)估,以心臟專用SPECT的圖像作為參照,評(píng)價(jià)MPHSPECT圖像質(zhì)量的優(yōu)劣,以2位及以上醫(yī)師的一致意見(jiàn)作為最終評(píng)估結(jié)果。

2 結(jié)果

(1)MPH-SPECT的重建空間分辨率,線源平均半高寬為6.0 mm,傳統(tǒng)LEHR-SPECT的空間分辨率約為12 mm,前者明顯優(yōu)于后者;MPH-SPECT的歸一體積靈敏度為92 s-1/(kBq/cm2),約為傳統(tǒng)LEHRSPECT的4倍[12]。

(2)MPH-SPECT和Discovery NM 530c所得圖像的邊緣更清晰,冷區(qū)對(duì)比度更高,對(duì)冷區(qū)的分辨能力更好。冷區(qū)灌注計(jì)數(shù)百分比見(jiàn)表1,心肌灌注模型重建圖像如圖2所示。

表1 不同灌注方法下冷區(qū)灌注計(jì)數(shù)百分比(%)

(3)靜息心肌灌注顯像的重建圖像中第1行對(duì)應(yīng)心臟專用SPECT,第2行對(duì)應(yīng)MPH-SPECT。經(jīng)過(guò)3位資深核醫(yī)學(xué)醫(yī)師對(duì)兩組重建圖像的比對(duì)一致認(rèn)為,兩組重建圖像都能清晰分辨左心室的結(jié)構(gòu),心肌輪廓清晰,對(duì)比度良好,整體圖像質(zhì)量無(wú)明顯區(qū)別(如圖3所示)。

圖2 心肌灌注模型重建圖像的矢狀面、冠狀面和橫斷面示圖

圖3 靜息心肌灌注重建示圖

3 討論

目前,國(guó)內(nèi)外已有研究表明,采用心臟專用機(jī)進(jìn)行采集可以有效提高患者舒適度、降低劑量以及減少偽影,獲得高質(zhì)量的重建圖像[13-14]。然而,基于CZT探測(cè)器的心臟專用SPECT的價(jià)格昂貴,給臨床普及帶來(lái)一定困難。為此,已有研究提出為SPECT探頭配備多針孔準(zhǔn)直器,通過(guò)設(shè)計(jì)合適的針孔直徑和放大倍數(shù)實(shí)現(xiàn)更高的靈敏度和更好的空間分辨率,達(dá)到心臟專用SPECT性能的同時(shí)降低成本[15-16]。但MPH準(zhǔn)直器仍面臨很多技術(shù)難題需要解決,尚處于研究階段,未見(jiàn)在臨床上的真正應(yīng)用。

采用傳統(tǒng)LEHR-SPECT進(jìn)行靜息心肌灌注顯像的主要問(wèn)題是靈敏度低,分辨率差,為了避免采集到的計(jì)數(shù)過(guò)低、重建圖像的量子噪聲過(guò)大,臨床上采用延長(zhǎng)采集時(shí)間的方法來(lái)增加圖像的采集計(jì)數(shù)。采集時(shí)間長(zhǎng)使得患者的體驗(yàn)差,采集過(guò)程中容易發(fā)生心臟移位,影響重建圖像的質(zhì)量。MPH-SPECT靜息心肌灌注顯像采用為心臟專門(mén)設(shè)計(jì)的多針孔準(zhǔn)直器,通過(guò)多個(gè)針孔對(duì)心臟進(jìn)行投影,最大化利用了探測(cè)器的視野,同時(shí)通過(guò)選擇合適的針孔放大倍數(shù)和孔徑,實(shí)現(xiàn)了探測(cè)效率和空間分辨率的良好折中,進(jìn)而提高了探測(cè)效率,有效縮短了采集時(shí)間,減少了心臟移位造成的重建偽影。同時(shí),MPH-SPECT的空間分辨率優(yōu)于LEHR-SPECT,可更好地分辨心肌上的缺血病灶,有助于提高閱片準(zhǔn)確度,降低誤診概率。

本研究通過(guò)球模型和線源模型對(duì)MPH-SPECT的靈敏度和重建空間分辨率進(jìn)行了評(píng)估,通過(guò)心肌灌注模型對(duì)照試驗(yàn)對(duì)MPH-SPECT分辨心肌缺血病灶的能力進(jìn)行了評(píng)估,并通過(guò)志愿者心肌灌注顯像對(duì)照試驗(yàn)對(duì)MPH-SPECT的臨床圖像質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)估。研究結(jié)果顯示,MPH-SPECT的歸一體積靈敏度和重建空間分辨率均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)LEHR-SPECT;MPH-SPECT對(duì)心肌灌注模型上冷區(qū)的分辨能力優(yōu)于LEHR-SPECT且與基于CZT探測(cè)器的心臟專用SPECT相當(dāng);MPH-SPECT志愿者靜息心肌灌注重建圖像質(zhì)量與心臟專用SPECT相當(dāng)。MPH-SPECT的核心部件是心臟專用多針孔準(zhǔn)直器,與基于CZT探測(cè)器的心臟專用SPECT相比成本更低,在臨床應(yīng)用上可作為后者的低成本替代品,有助于靜息心肌灌注顯像應(yīng)用在臨床上的普及。

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