陈 越，李剑明

（泰达国际心血管病医院核医学科，天津300457）

0 引言

放射性核素心电门控平衡法心血池显像曾是核医学领域的经典检查项目，特别是在心脏彩超临床应用之前，其对心室功能的评估发挥着非常重要的作用，能够无创、准确地反映左右心室射血分数、心室收缩（舒张）末期容积、心室收缩时相、高峰射血（充盈）率及室壁运动电影等功能信息，并能为冠心病的心室功能评估、心电传导异常、心肌病的辅助诊断等提供重要信息。由于心脏彩超具有无辐射、操作方便、成本低的特点，其临床应用广泛，逐渐取代了核素心血池显像，但是心脏彩超不适用于右心室功能的测定，且对患者左心室功能评估的系列成像还存在着一定的变异性[1-3]。近年来，从临床认识到通过对左、右心室射血分数的测定，核素心血池显像不仅对心血管系统疾病患者治疗具有指导价值，还对非心血管系统疾病患者的心室功能，尤其是肿瘤患者化疗及靶向治疗的心脏毒性副作用的准确评估具有重要的监测价值[4-5]，且其对左、右心室的机械性收缩同步性的评估也日益受到临床重视[6-7]。核素心血池显像在这些方面均有独特的应用价值，能提供多种无创性客观参数用于临床诊断、评估和研究，因此，其再次被人们重视。

早期核素心血池显像以门控平衡法平面显像最为经典，但各房、室重叠的问题以及本底计数的测定会影响其对心室功能，尤其是心室容积测量的精准性[8-9]。传统单光子发射计算机断层成像（conventional single photon emission computed tomography，C-SPECT）的断层显像在一定程度上克服了这些问题，而且对左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）及容积测定与心脏核磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）结果非常一致，相关性好[10-11]，特别是在左心室植入辅助装置的患者（为CMR禁忌）中成为全面准确评估左、右心室情况的良好替代检查[12]。但是既往受设备、技术所限，门控采集只能采用8~16帧/心动周期模式，不利于舒张期功能参数的准确测量。新的碲锌镉晶体光子发射计算机断层成像（cadmium zinc tellurium conventional single photon emission computed tomography，CZT-SPECT）心脏专用机比C-SPECT具有更好的能量分辨力、计数敏感性和空间分辨力[13]，轻松实现了门控24帧/心动周期的采集模式，并可以进行低剂量断层成像，大大提高了心血池显像的采集性能。常用的CZT-SPECT目前主要有2种型号，D-SPECT（以色列Spectrum Dynamics Medical公司）和Discovery NM 530c（美国GE公司），二者尽管在探头设计构造上不尽相同，但均可以低剂量、高效和高时间分辨力完成门控核素心血池断层显像。以Discovery NM 530c为例，19块碲锌镉晶体针孔型准直器以不同角度半包围覆盖并聚焦于心脏，其固定式的高性能探头采集和应用专业软件进行迭代重建使得心血池的采集方案与图像质量大大优化和改善，预期在心室功能评价方面具有更大的应用和临床研究价值。以下对CZT-SPECT在左、右心室功能的评价和技术相关问题进行综述。

1 常规参数测定

1.1 LVEF及其容积测定

既往研究[11]认为C-SPECT断层显像与平面法相比会高估LVEF。Jensen等[14]对比分析了C-SPECT平面法、C-SPECT断层法和CZT-SPECT断层显像，认为三者测定的LVEF有适度的相关性，C-SPECT断层法测定的LVEF高于其他二者，CZT-SPECT断层显像与C-SPECT平面法测得的LVEF没有明显差异，C-SPECT断层法测得的左心室舒张末期容积（left ventricular end-diastolic volume，LVEDV）要高于CZT-SPECT断层显像，而二者测得的左心室收缩末期容积（left ventricular end-systolic volume，LVESV）基本一致。Haarmark等[15]的大样本研究尝试提供一组CZT-SPECT断层显像对癌症化疗及靶向治疗患者的标准化参考数据，并与之前传统机型研究中的已有数据进行比较，得出了比较一致的结果，但其中左心室容积略小于以往数据。该研究还进一步分析了所测数据与性别、年龄之间的联系，这有助于对患者进行更为个性化的监测。Chen等[16]将CZTSPECT断层显像与平面法比较，认为二者测得的LVEF、LVEDV及LVESV均具有很好的相关性，平面法测得的LVEDV高于CZT-SPECT断层显像，收缩末期容积（end-systolic volume，ESV）无明显差异，当左心室扩大时，CZT-SPECT断层显像会低估左心室容积。另外Chen等[16]还细分了平面法LVEF≥35%和＜35%2组，发现LVEF≥35%组2种方法测得的LVEF具有更好的相关性，LVEF＜35%组二者相关性则较差。由此可见，既往研究得到的结论均认为CZT-SPECT断层显像在LVEF的测量上与传统显像相关性好，但是具体到舒张末期容积（end-diastolic volume，EDV）和ESV则得出了稍有差异的结论，这可能与不同研究中选取的样本差异有关（例如包含的病种），反映出在某些情况下，如心室功能差、心室重构或节律异常等，以现有CZT-SPECT的性能对左心室形态边界的识别尚存在可提升空间。且现有的分析软件中，平面法需要分别勾画左、右心室以得到相关功能参数，断层法则将左、右心室勾画以及功能参数显示整合在一起，如图1所示[11]。

图1 Xeleris工作站的BPGS软件处理CZT-SPECT数据获得的结果（包含左、右心室的多个参数）[11]

1.2 右心室射血分数（right ventricular ejection fraction，RVEF）及其容积测定

由于心脏解剖形态的特点，即右心室几何结构的复杂性，右心室功能及其容积测定在多数影像学方面一直存在不同程度的局限性。CMR被视为无创性检查中的金标准，既往的研究中对C-SPECT断层显像测得的数据与CMR进行比较，得出RVEF与容积有较好的相关性[17]。Haarmark等[15]的研究中亦给出了CZT-SPECT断层显像右心室的标准化参考数据，并与既往研究数据对比，得出了比较一致的结果，证实了断层显像评估右心室功能的能力。Chen等[16]的研究中，平面法测得的右心室舒张末期容积（right ventricular end-diastolic volume，RVEDV）高于CZTSPECT断层显像，右心室收缩末期容积（right ventricular end-systolic volume，RVESV）仅存在微小的差异，二者的RVEDV和RVESV的相关性稍差，但尚在合格标准内。但是和左心室一样，当右心室扩大时，CZT-SPECT断层显像会低估右心室容积，可能是因为软件识别右心室边界时受到左心室大小及形态的影响。二者测得的RVEF存在一些边缘性差异，相关性整体较好。其中CZT-SPECT断层显像测得的RVEF平均值比平面法高出约5%，二者测得的RVEF之间的偏差不具有明显的统计学意义，这与既往对C-SPECT心血池显像的研究结果是一致的[18-19]。因此虽然CZT-SPECT断层显像对右心室参数的测量有了明显的改善，但仍面临着和左心室同样的问题，且在RVEF的相关性方面要比LVEF更差一些。右心室自身结构的复杂性及左心室干扰的问题是不可避免的，如何解决右心室测量问题一直没有明确的定论。根据以往经验，融合影像或许可以在一定程度上解决该问题，但是目前CZT-SPECT设备尚无法实现。

1.3 其他心室功能参数测定

癌症患者化疗、靶向治疗药物对心脏的毒性作用一直被关注，心血池显像作为无创性检查被用于此类患者心室功能的监测。既往研究[20-21]认为，心室舒张功能是判断心肌是否损伤的早期指标。Wells等[22]对比了CZT-SPECT断层显像与C-SPECT平面法测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），认为二者的相关性较好。Hansen等[23]对大样本进行研究，给出了CZT-SPECT断层显像的左、右心室PFR和PER标准化参考数据，该研究结论与以往平面法以及C-SPECT断层显像得到的结果相当[24-25]，同时认为CZT-SPECT断层显像测定这些数据具有很好的可重复性。此外，该研究还分析了年龄、性别与这些功能参数间的联系，并对年龄相关性舒张功能障碍进行了探讨。不过该研究也指出，结合既往相关研究的不确定性，这些舒张功能参数需要进一步被证明在临床中是否真正有意义。

2 操作重复性评价

操作重复性是评价一项检查技术至关重要的标准之一。早期的研究已经证明，心血池平面法测量的操作重复性存在局限性，尤其是随着心室功能减低，例如心衰患者，其重复性会有较明显偏移，而CSPECT在不提升设备性能、只改变显像方法的情况下，并没有很好地解决操作重复性的问题[14]。CZTSPECT的问世明显提高了采集性能，为操作重复性的优化带来了可能。Jensen等[14]的对比研究中发现，CZT-SPECT断层显像的操作重复性优于平面法及C-SPECT断层显像，其测得的LVEF尽管在观察者间存在明显偏差，但相比C-SPECT平面法及断层法，其观察者内和观察者间的变异性最小；LVEDV的测量在观察者间存在差异，但是三者中CZTSPECT断层显像的变异系数要低得多，这使观察者间的差异更容易被察觉。Jensen等[26]的另一项研究认为，CZT-SPECT断层显像测得的LVEF及容积在观察者内和观察者间差异性都非常小，与既往CMR的研究结果相当，可重复性很好。但是右心室可重复性则要差一些，可能是因为对于右心室边界的测定缺乏一致性和基于右心室本身解剖特点所致的软件识别时的不稳定性。Chen等[16]的研究认为，CZTSPECT断层显像评估双心室射血分数在观察者内及观察者间均有良好的相关性和低偏差，双心室容积在观察者内及观察者间均有良好的相关性，但是在观察者内LVEDV、RVEDV及RVESV有较高偏差，而平面法测得的RVEF在观察者间相关性较差，且平面法测量数据中出现了较高的观察者间偏差。上述研究表明，CZT-SPECT断层显像在操作重复性方面有着较大优势，这也得益于其更高的分辨力及敏感度，但右心室的问题也影响了其操作重复性。尽管如此，CZT-SPECT断层显像对于左、右心室测量的操作重复性也均优于C-SPECT。

3 采集方案优化

CZT-SPECT基于设备探头技术的革新，使得采集时间和所需要的注射剂量大大减少，这早已得到以心肌灌注显像（myocardial perfusion imaging，MPI）为主的大量研究的证实[27-28]。心血池显像在早期平面法中需要注射剂量在850~1 110 MBq，采集时间宽度为接收总计数量达到500万~800万或采集达到400~600个心动周期。随着设备与技术的发展，注射剂量逐渐降低，近年来关于CZT-SPECT断层显像方面的研究和应用中，注射剂量最低已经达到550 MBq[15，23，26，29]。Duvall等[11]的研究中，注射剂量平均为20 mCi（约740 MBq），视野内CZT-SPECT每分钟获得的计数为C-SPECT的2.7倍，心脏血池内为4.8倍，证实了CZT-SPECT的高灵敏度。当采集时间为3~5 min时，获得的LVEF与平面法无明显差异，认为CZT-SPECT断层显像在注射剂量和采集时间上有很好的权衡空间以进一步降低辐射剂量。Chen等[16]的研究中，注射剂量为925 MBq，采集时间为8 min，而后重建出1~8 min采集时间的图像进行分析，发现LVEF即使在1 min采集时间时也与8 min时接近，而RVEF在4 min以下时会出现明显的偏差。因此，该研究认为利用CZT-SPECT断层显像评价左、右心室功能时，采集时间可以缩短至4 min。Bailly等[30]的研究中，注射剂量为550 MBq，采集时间为7 min，进行完全数据和半数据（相当于注射剂量减半或采集时间减半）对比分析，发现LVEF、RVEF及左心室容积测定均无明显差异。Tissot等[31]的研究中，注射剂量为850 MBq，采集时间为10 min，发现30%采集时间的重建数据中LVEF仍与平面法结果具有很好的相关性。二者的研究中均提到，这种模拟减少采集时间的采集方案对比研究等同于证明了一定程度减少注射剂量亦可以保证数据准确性，同时有效降低患者的辐射剂量。既往的研究分别确定了在不影响数据准确性的前提下注射剂量和采集时间的界值，提示未来优化CZT-SPECT断层显像方案时，可以采用二者协同调整，即二者乘积参数调整的方案，灵活设定适合患者的采集模式。综上所述，CZT-SPECT断层显像相比C-SPECT在减低辐射剂量与高效采集方面具有更大的优势。

4 其他采集技术研究

4.1 CZT-SPECT平面重建研究

最早由于只具备CZT-SPECT，缺乏3D动态数据处理软件，学者们通过内部软件将CZT-SPECT采集的心血池断层显像数据模拟传统平面法左前斜（left anterior oblique，LAO）方向重新投影，重建成一个类似于虚拟平行孔准直器来获得2D平面动态数据并进行传统平面法分析，简称为“CZT-repro”，如图2所示[22]。该技术的优势在于相比传统平面法采集的8~16帧模式，其优化至24帧模式或者同为24帧模式时，CZT-SPECT的分辨力更好，且重建时并非局限于传统的LAO 45°方向，可调整角度获得左、右心室分离最佳图像，并消除一些本底结构的影响。Wells等[22]的研究在与传统平面法进行对比时发现，尽管CZT-repro观察者间LVEF存在一个较小但有统计学意义的差异，但2种方法间LVEF的相关性非常好，而EDV和PER的实际值在2种方法间具有统计学差异，但是这种差异在观察者间比较一致，这提示可能需要为CZT-repro重新设立新的参考标准，以便进一步应用。Duvall等[11]关于CZT-SPECT在采集方案优化方面的研究，实际上应用的也是这种CZTrepro方法。该重建模式随着CZT-SPECT配套的心血池断层处理软件的推广已经逐渐不被使用，以往研究中也并未发现其优于CZT-SPECT断层处理之处[11，16，21]。但有一种情况可能被忽视，即当CZT-SPECT断层显像对左、右心室分界识别不佳时，这种重建模式的轴向调节或许可以获得较目前常规断层处理软件更好的左、右心室分隔，以获得更高质量的平面图像及更可靠的处理数据。以此功能为基础的软件优化也有可能促使目前的CZT-SPECT断层处理软件进一步完善，实现断层图像处理时更为灵活的靶区调整，从而重建并生成左、右心室分界较好的三维图像以获得更准确的数据。

图2 C-SPECT平面法与CZT-SPECT断层显像所获图像、计数曲线和LVEF[22]

4.2 采集计数校正研究

衰减校正一直是核医学显像中很重要的将数据再精确化的手段。以往研究[32]表明，衰减校正可以纠正C-SPECT断层显像中高估心室容积，从而高估射血分数的情况。但是关于CZT-SPECT心血池显像中衰减校正的研究很少，可能是由于这种机型不带CT，异机衰减校正存在诸多局限。Wells等[22]在CZT-repro的运算中加入了衰减校正的研究，认为可以减小与传统平面法在估计左心室容积方面的差异。Tissot等[31]利用气球模型获得计数标准曲线，对患者图像进行校正，纠正了CZT-SPECT断层显像在计数上的低估所造成的容积偏移以及导致的射血分数上浮的情况，发现未经计数标准曲线校正会使射血分数比平面法平均高出约7%，而经过校正，即使减少70%的采集时间，CZT-SPECT断层显像与平面法测得的射血分数一致性也很高。未来研究中如果想要进一步证明CZT-SPECT断层显像的价值，引入衰减校正的研究是至关重要的，其很可能会有效改善关于心室功能参数测量及操作重复性面临的问题。而随着衰减校正研究的完善，异机甚至同机CT融合影像也可能会得以实现，这将最终很大程度上解决左、右心室识别及后处理问题。

4.3 收缩同步性研究

传统心血池平面法中的时相分析可以提供心室同步性的信息，在室壁瘤诊断、起搏器植入术前评价指导中都有一定的应用价值[6，33]。根据文献检索结果，目前有关CZT-SPECT断层显像心室收缩同步性方面的研究尚未报道，而在MPI中有关收缩同步性的左心室时相分析研究则较多[34-35]。现有的CZT-SPECT断层处理软件（如GBPs等）已经可以提供比较详细的同步性参数分析方法，包括左、右心室相位直方图、计数法分析（提供计数统计和计数推导容积2种方法）等，如图3所示。但是由于采集技术及运算均不同于平面法，因此参考标准无法沿用，故需要建立适合于该分析软件的参考标准，这也是未来比较重要的研究内容之一。

图3 CZT-SPECT心血池断层处理软件中2种同步性参数分析方法

5 结语

CZT-SPECT断层显像在左心室功能测量上准确可靠，在操作重复性和优化采集方案来降低辐射剂量方面较以往有明显优势，在纵向监测心室功能和同步性评估方面具有重要的临床应用价值和前景，但其在右心室功能测量方面仍需从提高硬件及软件技术、优化数据分析方案、调整参考标准等方面进行更进一步完善。同时，CZT-repro和衰减校正等辅助技术的价值也需要深入研究和证实。但值得一提的是，在以往的研究中采用的金标准几乎都是C-SPECT平面法成像，缺乏与CMR甚至左心室造影这类检查之间的对比分析，这可能是以往学者基于平面法成像存在已久并早有大量横向对比研究证实了其可靠性而考虑，而这是目前关于CZT-SPECT断层显像研究的一个比较明显的局限性。除上述问题在未来研究中有待于进一步完善外，收缩同步性的研究也应被给予重视，如果能在未来进一步对当前分析软件提供的相关数据进行深入研究，建立适用的参考标准，将会提供很大的临床价值。随着新的CZT-SPECT/CT的问世，在未来的研究中，同机CT的衰减校正、融合影像等技术将更有利于心血池断层显像的精准化，有可能解决测量准确性、操作重复性等问题。