陳 越,李劍明
(泰達(dá)國際心血管病醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科,天津300457)
放射性核素心電門控平衡法心血池顯像曾是核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典檢查項(xiàng)目,特別是在心臟彩超臨床應(yīng)用之前,其對心室功能的評(píng)估發(fā)揮著非常重要的作用,能夠無創(chuàng)、準(zhǔn)確地反映左右心室射血分?jǐn)?shù)、心室收縮(舒張)末期容積、心室收縮時(shí)相、高峰射血(充盈)率及室壁運(yùn)動(dòng)電影等功能信息,并能為冠心病的心室功能評(píng)估、心電傳導(dǎo)異常、心肌病的輔助診斷等提供重要信息。由于心臟彩超具有無輻射、操作方便、成本低的特點(diǎn),其臨床應(yīng)用廣泛,逐漸取代了核素心血池顯像,但是心臟彩超不適用于右心室功能的測定,且對患者左心室功能評(píng)估的系列成像還存在著一定的變異性[1-3]。近年來,從臨床認(rèn)識(shí)到通過對左、右心室射血分?jǐn)?shù)的測定,核素心血池顯像不僅對心血管系統(tǒng)疾病患者治療具有指導(dǎo)價(jià)值,還對非心血管系統(tǒng)疾病患者的心室功能,尤其是腫瘤患者化療及靶向治療的心臟毒性副作用的準(zhǔn)確評(píng)估具有重要的監(jiān)測價(jià)值[4-5],且其對左、右心室的機(jī)械性收縮同步性的評(píng)估也日益受到臨床重視[6-7]。核素心血池顯像在這些方面均有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值,能提供多種無創(chuàng)性客觀參數(shù)用于臨床診斷、評(píng)估和研究,因此,其再次被人們重視。
早期核素心血池顯像以門控平衡法平面顯像最為經(jīng)典,但各房、室重疊的問題以及本底計(jì)數(shù)的測定會(huì)影響其對心室功能,尤其是心室容積測量的精準(zhǔn)性[8-9]。傳統(tǒng)單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(conventional single photon emission computed tomography,C-SPECT)的斷層顯像在一定程度上克服了這些問題,而且對左心室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction,LVEF)及容積測定與心臟核磁共振(cardiac magnetic resonance,CMR)結(jié)果非常一致,相關(guān)性好[10-11],特別是在左心室植入輔助裝置的患者(為CMR禁忌)中成為全面準(zhǔn)確評(píng)估左、右心室情況的良好替代檢查[12]。但是既往受設(shè)備、技術(shù)所限,門控采集只能采用8~16幀/心動(dòng)周期模式,不利于舒張期功能參數(shù)的準(zhǔn)確測量。新的碲鋅鎘晶體光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(cadmium zinc tellurium conventional single photon emission computed tomography,CZT-SPECT)心臟專用機(jī)比C-SPECT具有更好的能量分辨力、計(jì)數(shù)敏感性和空間分辨力[13],輕松實(shí)現(xiàn)了門控24幀/心動(dòng)周期的采集模式,并可以進(jìn)行低劑量斷層成像,大大提高了心血池顯像的采集性能。常用的CZT-SPECT目前主要有2種型號(hào),D-SPECT(以色列Spectrum Dynamics Medical公司)和Discovery NM 530c(美國GE公司),二者盡管在探頭設(shè)計(jì)構(gòu)造上不盡相同,但均可以低劑量、高效和高時(shí)間分辨力完成門控核素心血池?cái)鄬语@像。以Discovery NM 530c為例,19塊碲鋅鎘晶體針孔型準(zhǔn)直器以不同角度半包圍覆蓋并聚焦于心臟,其固定式的高性能探頭采集和應(yīng)用專業(yè)軟件進(jìn)行迭代重建使得心血池的采集方案與圖像質(zhì)量大大優(yōu)化和改善,預(yù)期在心室功能評(píng)價(jià)方面具有更大的應(yīng)用和臨床研究價(jià)值。以下對CZT-SPECT在左、右心室功能的評(píng)價(jià)和技術(shù)相關(guān)問題進(jìn)行綜述。
既往研究[11]認(rèn)為C-SPECT斷層顯像與平面法相比會(huì)高估LVEF。Jensen等[14]對比分析了C-SPECT平面法、C-SPECT斷層法和CZT-SPECT斷層顯像,認(rèn)為三者測定的LVEF有適度的相關(guān)性,C-SPECT斷層法測定的LVEF高于其他二者,CZT-SPECT斷層顯像與C-SPECT平面法測得的LVEF沒有明顯差異,C-SPECT斷層法測得的左心室舒張末期容積(left ventricular end-diastolic volume,LVEDV)要高于CZT-SPECT斷層顯像,而二者測得的左心室收縮末期容積(left ventricular end-systolic volume,LVESV)基本一致。Haarmark等[15]的大樣本研究嘗試提供一組CZT-SPECT斷層顯像對癌癥化療及靶向治療患者的標(biāo)準(zhǔn)化參考數(shù)據(jù),并與之前傳統(tǒng)機(jī)型研究中的已有數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,得出了比較一致的結(jié)果,但其中左心室容積略小于以往數(shù)據(jù)。該研究還進(jìn)一步分析了所測數(shù)據(jù)與性別、年齡之間的聯(lián)系,這有助于對患者進(jìn)行更為個(gè)性化的監(jiān)測。Chen等[16]將CZTSPECT斷層顯像與平面法比較,認(rèn)為二者測得的LVEF、LVEDV及LVESV均具有很好的相關(guān)性,平面法測得的LVEDV高于CZT-SPECT斷層顯像,收縮末期容積(end-systolic volume,ESV)無明顯差異,當(dāng)左心室擴(kuò)大時(shí),CZT-SPECT斷層顯像會(huì)低估左心室容積。另外Chen等[16]還細(xì)分了平面法LVEF≥35%和<35%2組,發(fā)現(xiàn)LVEF≥35%組2種方法測得的LVEF具有更好的相關(guān)性,LVEF<35%組二者相關(guān)性則較差。由此可見,既往研究得到的結(jié)論均認(rèn)為CZT-SPECT斷層顯像在LVEF的測量上與傳統(tǒng)顯像相關(guān)性好,但是具體到舒張末期容積(end-diastolic volume,EDV)和ESV則得出了稍有差異的結(jié)論,這可能與不同研究中選取的樣本差異有關(guān)(例如包含的病種),反映出在某些情況下,如心室功能差、心室重構(gòu)或節(jié)律異常等,以現(xiàn)有CZT-SPECT的性能對左心室形態(tài)邊界的識(shí)別尚存在可提升空間。且現(xiàn)有的分析軟件中,平面法需要分別勾畫左、右心室以得到相關(guān)功能參數(shù),斷層法則將左、右心室勾畫以及功能參數(shù)顯示整合在一起,如圖1所示[11]。
圖1 Xeleris工作站的BPGS軟件處理CZT-SPECT數(shù)據(jù)獲得的結(jié)果(包含左、右心室的多個(gè)參數(shù))[11]
由于心臟解剖形態(tài)的特點(diǎn),即右心室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,右心室功能及其容積測定在多數(shù)影像學(xué)方面一直存在不同程度的局限性。CMR被視為無創(chuàng)性檢查中的金標(biāo)準(zhǔn),既往的研究中對C-SPECT斷層顯像測得的數(shù)據(jù)與CMR進(jìn)行比較,得出RVEF與容積有較好的相關(guān)性[17]。Haarmark等[15]的研究中亦給出了CZT-SPECT斷層顯像右心室的標(biāo)準(zhǔn)化參考數(shù)據(jù),并與既往研究數(shù)據(jù)對比,得出了比較一致的結(jié)果,證實(shí)了斷層顯像評(píng)估右心室功能的能力。Chen等[16]的研究中,平面法測得的右心室舒張末期容積(right ventricular end-diastolic volume,RVEDV)高于CZTSPECT斷層顯像,右心室收縮末期容積(right ventricular end-systolic volume,RVESV)僅存在微小的差異,二者的RVEDV和RVESV的相關(guān)性稍差,但尚在合格標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。但是和左心室一樣,當(dāng)右心室擴(kuò)大時(shí),CZT-SPECT斷層顯像會(huì)低估右心室容積,可能是因?yàn)檐浖R(shí)別右心室邊界時(shí)受到左心室大小及形態(tài)的影響。二者測得的RVEF存在一些邊緣性差異,相關(guān)性整體較好。其中CZT-SPECT斷層顯像測得的RVEF平均值比平面法高出約5%,二者測得的RVEF之間的偏差不具有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,這與既往對C-SPECT心血池顯像的研究結(jié)果是一致的[18-19]。因此雖然CZT-SPECT斷層顯像對右心室參數(shù)的測量有了明顯的改善,但仍面臨著和左心室同樣的問題,且在RVEF的相關(guān)性方面要比LVEF更差一些。右心室自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及左心室干擾的問題是不可避免的,如何解決右心室測量問題一直沒有明確的定論。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),融合影像或許可以在一定程度上解決該問題,但是目前CZT-SPECT設(shè)備尚無法實(shí)現(xiàn)。
癌癥患者化療、靶向治療藥物對心臟的毒性作用一直被關(guān)注,心血池顯像作為無創(chuàng)性檢查被用于此類患者心室功能的監(jiān)測。既往研究[20-21]認(rèn)為,心室舒張功能是判斷心肌是否損傷的早期指標(biāo)。Wells等[22]對比了CZT-SPECT斷層顯像與C-SPECT平面法測得的左心室高峰充盈率(peak of filling rate,PFR)和高峰排空率(peak of emitting rate,PER),認(rèn)為二者的相關(guān)性較好。Hansen等[23]對大樣本進(jìn)行研究,給出了CZT-SPECT斷層顯像的左、右心室PFR和PER標(biāo)準(zhǔn)化參考數(shù)據(jù),該研究結(jié)論與以往平面法以及C-SPECT斷層顯像得到的結(jié)果相當(dāng)[24-25],同時(shí)認(rèn)為CZT-SPECT斷層顯像測定這些數(shù)據(jù)具有很好的可重復(fù)性。此外,該研究還分析了年齡、性別與這些功能參數(shù)間的聯(lián)系,并對年齡相關(guān)性舒張功能障礙進(jìn)行了探討。不過該研究也指出,結(jié)合既往相關(guān)研究的不確定性,這些舒張功能參數(shù)需要進(jìn)一步被證明在臨床中是否真正有意義。
操作重復(fù)性是評(píng)價(jià)一項(xiàng)檢查技術(shù)至關(guān)重要的標(biāo)準(zhǔn)之一。早期的研究已經(jīng)證明,心血池平面法測量的操作重復(fù)性存在局限性,尤其是隨著心室功能減低,例如心衰患者,其重復(fù)性會(huì)有較明顯偏移,而CSPECT在不提升設(shè)備性能、只改變顯像方法的情況下,并沒有很好地解決操作重復(fù)性的問題[14]。CZTSPECT的問世明顯提高了采集性能,為操作重復(fù)性的優(yōu)化帶來了可能。Jensen等[14]的對比研究中發(fā)現(xiàn),CZT-SPECT斷層顯像的操作重復(fù)性優(yōu)于平面法及C-SPECT斷層顯像,其測得的LVEF盡管在觀察者間存在明顯偏差,但相比C-SPECT平面法及斷層法,其觀察者內(nèi)和觀察者間的變異性最小;LVEDV的測量在觀察者間存在差異,但是三者中CZTSPECT斷層顯像的變異系數(shù)要低得多,這使觀察者間的差異更容易被察覺。Jensen等[26]的另一項(xiàng)研究認(rèn)為,CZT-SPECT斷層顯像測得的LVEF及容積在觀察者內(nèi)和觀察者間差異性都非常小,與既往CMR的研究結(jié)果相當(dāng),可重復(fù)性很好。但是右心室可重復(fù)性則要差一些,可能是因?yàn)閷τ谟倚氖疫吔绲臏y定缺乏一致性和基于右心室本身解剖特點(diǎn)所致的軟件識(shí)別時(shí)的不穩(wěn)定性。Chen等[16]的研究認(rèn)為,CZTSPECT斷層顯像評(píng)估雙心室射血分?jǐn)?shù)在觀察者內(nèi)及觀察者間均有良好的相關(guān)性和低偏差,雙心室容積在觀察者內(nèi)及觀察者間均有良好的相關(guān)性,但是在觀察者內(nèi)LVEDV、RVEDV及RVESV有較高偏差,而平面法測得的RVEF在觀察者間相關(guān)性較差,且平面法測量數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了較高的觀察者間偏差。上述研究表明,CZT-SPECT斷層顯像在操作重復(fù)性方面有著較大優(yōu)勢,這也得益于其更高的分辨力及敏感度,但右心室的問題也影響了其操作重復(fù)性。盡管如此,CZT-SPECT斷層顯像對于左、右心室測量的操作重復(fù)性也均優(yōu)于C-SPECT。
CZT-SPECT基于設(shè)備探頭技術(shù)的革新,使得采集時(shí)間和所需要的注射劑量大大減少,這早已得到以心肌灌注顯像(myocardial perfusion imaging,MPI)為主的大量研究的證實(shí)[27-28]。心血池顯像在早期平面法中需要注射劑量在850~1 110 MBq,采集時(shí)間寬度為接收總計(jì)數(shù)量達(dá)到500萬~800萬或采集達(dá)到400~600個(gè)心動(dòng)周期。隨著設(shè)備與技術(shù)的發(fā)展,注射劑量逐漸降低,近年來關(guān)于CZT-SPECT斷層顯像方面的研究和應(yīng)用中,注射劑量最低已經(jīng)達(dá)到550 MBq[15,23,26,29]。Duvall等[11]的研究中,注射劑量平均為20 mCi(約740 MBq),視野內(nèi)CZT-SPECT每分鐘獲得的計(jì)數(shù)為C-SPECT的2.7倍,心臟血池內(nèi)為4.8倍,證實(shí)了CZT-SPECT的高靈敏度。當(dāng)采集時(shí)間為3~5 min時(shí),獲得的LVEF與平面法無明顯差異,認(rèn)為CZT-SPECT斷層顯像在注射劑量和采集時(shí)間上有很好的權(quán)衡空間以進(jìn)一步降低輻射劑量。Chen等[16]的研究中,注射劑量為925 MBq,采集時(shí)間為8 min,而后重建出1~8 min采集時(shí)間的圖像進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)LVEF即使在1 min采集時(shí)間時(shí)也與8 min時(shí)接近,而RVEF在4 min以下時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的偏差。因此,該研究認(rèn)為利用CZT-SPECT斷層顯像評(píng)價(jià)左、右心室功能時(shí),采集時(shí)間可以縮短至4 min。Bailly等[30]的研究中,注射劑量為550 MBq,采集時(shí)間為7 min,進(jìn)行完全數(shù)據(jù)和半數(shù)據(jù)(相當(dāng)于注射劑量減半或采集時(shí)間減半)對比分析,發(fā)現(xiàn)LVEF、RVEF及左心室容積測定均無明顯差異。Tissot等[31]的研究中,注射劑量為850 MBq,采集時(shí)間為10 min,發(fā)現(xiàn)30%采集時(shí)間的重建數(shù)據(jù)中LVEF仍與平面法結(jié)果具有很好的相關(guān)性。二者的研究中均提到,這種模擬減少采集時(shí)間的采集方案對比研究等同于證明了一定程度減少注射劑量亦可以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,同時(shí)有效降低患者的輻射劑量。既往的研究分別確定了在不影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的前提下注射劑量和采集時(shí)間的界值,提示未來優(yōu)化CZT-SPECT斷層顯像方案時(shí),可以采用二者協(xié)同調(diào)整,即二者乘積參數(shù)調(diào)整的方案,靈活設(shè)定適合患者的采集模式。綜上所述,CZT-SPECT斷層顯像相比C-SPECT在減低輻射劑量與高效采集方面具有更大的優(yōu)勢。
最早由于只具備CZT-SPECT,缺乏3D動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理軟件,學(xué)者們通過內(nèi)部軟件將CZT-SPECT采集的心血池?cái)鄬语@像數(shù)據(jù)模擬傳統(tǒng)平面法左前斜(left anterior oblique,LAO)方向重新投影,重建成一個(gè)類似于虛擬平行孔準(zhǔn)直器來獲得2D平面動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)并進(jìn)行傳統(tǒng)平面法分析,簡稱為“CZT-repro”,如圖2所示[22]。該技術(shù)的優(yōu)勢在于相比傳統(tǒng)平面法采集的8~16幀模式,其優(yōu)化至24幀模式或者同為24幀模式時(shí),CZT-SPECT的分辨力更好,且重建時(shí)并非局限于傳統(tǒng)的LAO 45°方向,可調(diào)整角度獲得左、右心室分離最佳圖像,并消除一些本底結(jié)構(gòu)的影響。Wells等[22]的研究在與傳統(tǒng)平面法進(jìn)行對比時(shí)發(fā)現(xiàn),盡管CZT-repro觀察者間LVEF存在一個(gè)較小但有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的差異,但2種方法間LVEF的相關(guān)性非常好,而EDV和PER的實(shí)際值在2種方法間具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,但是這種差異在觀察者間比較一致,這提示可能需要為CZT-repro重新設(shè)立新的參考標(biāo)準(zhǔn),以便進(jìn)一步應(yīng)用。Duvall等[11]關(guān)于CZT-SPECT在采集方案優(yōu)化方面的研究,實(shí)際上應(yīng)用的也是這種CZTrepro方法。該重建模式隨著CZT-SPECT配套的心血池?cái)鄬犹幚碥浖耐茝V已經(jīng)逐漸不被使用,以往研究中也并未發(fā)現(xiàn)其優(yōu)于CZT-SPECT斷層處理之處[11,16,21]。但有一種情況可能被忽視,即當(dāng)CZT-SPECT斷層顯像對左、右心室分界識(shí)別不佳時(shí),這種重建模式的軸向調(diào)節(jié)或許可以獲得較目前常規(guī)斷層處理軟件更好的左、右心室分隔,以獲得更高質(zhì)量的平面圖像及更可靠的處理數(shù)據(jù)。以此功能為基礎(chǔ)的軟件優(yōu)化也有可能促使目前的CZT-SPECT斷層處理軟件進(jìn)一步完善,實(shí)現(xiàn)斷層圖像處理時(shí)更為靈活的靶區(qū)調(diào)整,從而重建并生成左、右心室分界較好的三維圖像以獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
圖2 C-SPECT平面法與CZT-SPECT斷層顯像所獲圖像、計(jì)數(shù)曲線和LVEF[22]
衰減校正一直是核醫(yī)學(xué)顯像中很重要的將數(shù)據(jù)再精確化的手段。以往研究[32]表明,衰減校正可以糾正C-SPECT斷層顯像中高估心室容積,從而高估射血分?jǐn)?shù)的情況。但是關(guān)于CZT-SPECT心血池顯像中衰減校正的研究很少,可能是由于這種機(jī)型不帶CT,異機(jī)衰減校正存在諸多局限。Wells等[22]在CZT-repro的運(yùn)算中加入了衰減校正的研究,認(rèn)為可以減小與傳統(tǒng)平面法在估計(jì)左心室容積方面的差異。Tissot等[31]利用氣球模型獲得計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)曲線,對患者圖像進(jìn)行校正,糾正了CZT-SPECT斷層顯像在計(jì)數(shù)上的低估所造成的容積偏移以及導(dǎo)致的射血分?jǐn)?shù)上浮的情況,發(fā)現(xiàn)未經(jīng)計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)曲線校正會(huì)使射血分?jǐn)?shù)比平面法平均高出約7%,而經(jīng)過校正,即使減少70%的采集時(shí)間,CZT-SPECT斷層顯像與平面法測得的射血分?jǐn)?shù)一致性也很高。未來研究中如果想要進(jìn)一步證明CZT-SPECT斷層顯像的價(jià)值,引入衰減校正的研究是至關(guān)重要的,其很可能會(huì)有效改善關(guān)于心室功能參數(shù)測量及操作重復(fù)性面臨的問題。而隨著衰減校正研究的完善,異機(jī)甚至同機(jī)CT融合影像也可能會(huì)得以實(shí)現(xiàn),這將最終很大程度上解決左、右心室識(shí)別及后處理問題。
傳統(tǒng)心血池平面法中的時(shí)相分析可以提供心室同步性的信息,在室壁瘤診斷、起搏器植入術(shù)前評(píng)價(jià)指導(dǎo)中都有一定的應(yīng)用價(jià)值[6,33]。根據(jù)文獻(xiàn)檢索結(jié)果,目前有關(guān)CZT-SPECT斷層顯像心室收縮同步性方面的研究尚未報(bào)道,而在MPI中有關(guān)收縮同步性的左心室時(shí)相分析研究則較多[34-35]?,F(xiàn)有的CZT-SPECT斷層處理軟件(如GBPs等)已經(jīng)可以提供比較詳細(xì)的同步性參數(shù)分析方法,包括左、右心室相位直方圖、計(jì)數(shù)法分析(提供計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)數(shù)推導(dǎo)容積2種方法)等,如圖3所示。但是由于采集技術(shù)及運(yùn)算均不同于平面法,因此參考標(biāo)準(zhǔn)無法沿用,故需要建立適合于該分析軟件的參考標(biāo)準(zhǔn),這也是未來比較重要的研究內(nèi)容之一。
圖3 CZT-SPECT心血池?cái)鄬犹幚碥浖?種同步性參數(shù)分析方法
CZT-SPECT斷層顯像在左心室功能測量上準(zhǔn)確可靠,在操作重復(fù)性和優(yōu)化采集方案來降低輻射劑量方面較以往有明顯優(yōu)勢,在縱向監(jiān)測心室功能和同步性評(píng)估方面具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值和前景,但其在右心室功能測量方面仍需從提高硬件及軟件技術(shù)、優(yōu)化數(shù)據(jù)分析方案、調(diào)整參考標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行更進(jìn)一步完善。同時(shí),CZT-repro和衰減校正等輔助技術(shù)的價(jià)值也需要深入研究和證實(shí)。但值得一提的是,在以往的研究中采用的金標(biāo)準(zhǔn)幾乎都是C-SPECT平面法成像,缺乏與CMR甚至左心室造影這類檢查之間的對比分析,這可能是以往學(xué)者基于平面法成像存在已久并早有大量橫向?qū)Ρ妊芯孔C實(shí)了其可靠性而考慮,而這是目前關(guān)于CZT-SPECT斷層顯像研究的一個(gè)比較明顯的局限性。除上述問題在未來研究中有待于進(jìn)一步完善外,收縮同步性的研究也應(yīng)被給予重視,如果能在未來進(jìn)一步對當(dāng)前分析軟件提供的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究,建立適用的參考標(biāo)準(zhǔn),將會(huì)提供很大的臨床價(jià)值。隨著新的CZT-SPECT/CT的問世,在未來的研究中,同機(jī)CT的衰減校正、融合影像等技術(shù)將更有利于心血池?cái)鄬语@像的精準(zhǔn)化,有可能解決測量準(zhǔn)確性、操作重復(fù)性等問題。