SPECT和PET心肌顯像采集重建概述

1、SPECT和PET心肌顯像采集重建方法再優(yōu)化和新技術、新方法的初步探討阜外醫(yī)院核醫(yī)學科 王道宇概述核醫(yī)學顯像技術的進步主要依賴于核醫(yī)學顯像設備、處理軟件和顯像劑三個要素的協(xié)同發(fā)展。心肌顯像作為核醫(yī)學顯像的最重要的部分，必然是更離不開這三個因素，所以我主要圍繞核醫(yī)學設備硬件、軟件及顯像劑展開，簡單介紹一下阜外醫(yī)院核醫(yī)學科心肌顯像技術發(fā)展的現(xiàn)狀和進展。心肌顯像的主要設備SPECT通用型SPECT心臟專用型SPECT傳統(tǒng)探測器型 如philips Cardio MD半導體探測器型（CZT）如：D530C，D-SPECTSPECT-CT通用型SPECT-CT心臟專用型SPECT半導體探測器型SPECT

2、-CT 如：D570C PETPET-CTPET-MRI半導體CZT探測器SPECT介紹Fully stationary (no motion in the system) SPECT acquisition with CdZnTe (CZT) based detectors focused on the heart , resulting intypically three to five minute SPECT & gated SPECT scans and less than 6.2% energy resolution for Tc99m.半導體CZT探測器SPECT性能探測

3、器材料：半導體(CZT)探測器能量范圍：40-200 KeV能量分辨率（ 140 KeV， FWHM）6.2%系統(tǒng)空間分辨率2.46 mm不需要線性校正不需要旋轉中心校正全3D采集采用針孔準直器多準直器陣列組合靈敏度提高了10倍分辨率提高了2倍掃描速度提高了10倍表模式采集心肌顯像概述心肌灌注顯像顯像劑單光子顯像劑 99mTC-MIBI等正電子顯像劑 15O-H2O，13N-NH3，18FFPTP2顯像設備SPECT、SPECT-CT、PET、PET-CT顯像方法斷層法門控斷層法表模式門控斷層法心肌代謝顯像顯像劑正電子顯像劑 18F-FDG顯像設備PET、PET-CT等顯像方法斷層法表模式門控

4、斷層法心肌灌注顯像采集重建方法（SPECT傳統(tǒng)方法）顯像劑：99mTC-MIBI ,20mci/人常規(guī)采集參數(shù)：斷層采集方式： 3或6度/幀，180度旋轉角度，20S/幀或30秒/幀（或計數(shù)采集）門控斷層采集方式：門控幀數(shù) 8幀/每個心動周期采集矩陣：64X64、128X128圖像放大倍數(shù)：1.31.5倍常規(guī)重建方法：濾波反投影（FBP）重建參數(shù)：butterworth濾波 陡度510，截止頻率0.40.6迭代重建：OSEM法：高斯濾波，迭代次數(shù)：4，迭代子集：8濾波函數(shù)基于核醫(yī)學影像低分辨率的特點，傳統(tǒng)的SPECT核醫(yī)學影像診斷主要停留在定性分析階段。SPECT濾波函數(shù)主要是低通濾波，其主要

5、作用心肌灌注顯像中是圖像的平滑作用，給臨床醫(yī)師提供一個視覺上較為完美但又能夠滿足細節(jié)要求的影像。濾波函數(shù)的選擇和參數(shù)的設定從理論上必須依據(jù)SPECT斷層采集數(shù)據(jù)的具體情況進行調整，必須考慮采集的投影數(shù)據(jù)的計數(shù)率、靶器官計數(shù)率、圖像本底等綜合因素。8種不同濾波函數(shù)效果比較心肌灌注顯像采集重建方法(SPECT新方法）顯像劑：99mTC-MIBI ,20mci/人或10mci/人采集方式：半劑量采集：采集時間與通用性設備相同，顯像劑注射劑量減半半時間采集：采集時間減半，顯像劑注射劑量與通用性相同半數(shù)投影角度采集：采集時間減半，顯像劑注射劑量與通用性相同重建方法：迭代重建：新的迭代處理方法（3D OS

6、EM）飛利浦的 Astonish、西門子的 Flash 3D等3D Butterworth post-reconstruction filtering. The iterative reconstruction method with matched filtering provides higher image quality for SPECT imaging.Final Estimated ImageSystem Response FunctionModelingScatter ModelingAttenuation CorrectionPartialVolume(to be done)

7、AdvancedMotion Correction(to be done)Estimation stepith iterationMeasured Projection Datajijjlnljjijnnwwpw1Matched Dual Filtering 3D OSEM Reconstruction Engine心肌灌注顯像的主要臨床應用心肌缺血、心臟功能的判斷分析負荷試驗心肌灌注顯像+靜息心肌灌注顯像（包括普通斷層及門控斷層）診斷方法：肉眼觀察圖像，定性判斷通過心臟專用核醫(yī)學分析軟件定量分析QGS、QPS等（缺血范圍、射血分數(shù)、相位分析等）新的定量分析技術（基于CT輔助、快速動態(tài)門控采集

8、等技術）心臟再同步化治療（cardiac resynchronization therapy，CRT）輔助定位分析靜息門控心肌灌注顯像分析方法：專用軟件相位分析，尋找左室最晚激動點位置，同時避免疤痕部位。心肌缺血、心臟功能的判斷分析定性診斷（核醫(yī)學設備常規(guī)配備軟件）三個軸向圖像的屏幕顯示、對比（STRESSREST）門控影像提供動態(tài)電影顯示定量分析（一般為選配軟件）能夠分析計算患者的各個心功能參數(shù)，舊版本軟件不能提供相位分析數(shù)據(jù)，但新版軟件已經實現(xiàn)該功能，因此門控心肌顯像已經基本上可以取代門控心血池顯像。心肌灌注顯像采集重建方法(）顯像劑正電子顯像劑 15O-H2O，13N-NH3，18FFP

9、TP2*采集方式電壓:120kv ,電流：35mA, 平掃用于定位及衰減校正斷層法表模式門控斷層法重建方法迭代重建：迭代次數(shù)：4，子集：8濾波函數(shù)：高斯濾波*注：4-氯-2-叔丁基-5-6-4-2-氟18F乙基 -1H-1,2,3-三唑-1-基甲基-2-吡啶基甲氧基-3(2H)-噠嗪酮心臟再同步化治療（CRT）重度心衰患者多存在心室收縮的不同步，CRT在傳統(tǒng)的雙腔起搏讓心房心室按照步驟順序的起博的基礎上增加了左室起搏，左室起搏電極經右房的冠狀靜脈竇開口，進入冠狀靜脈左室后壁側壁支起搏左室，同時起搏右心室，通過多部位起搏恢復心室同步收縮，減少二尖瓣返流。對于心衰伴心室失同步的患者，這種治療可以改

10、善患者的心臟功能，提高運動耐量以及生活質量，同時顯示出逆轉左室重構的作用。*CRT，cardiac resynchronization therapy 心臟再同步化治療SPECT相位分析左室同步性結果SPECT相位分析生成左室相位分布圖（左）和相位直方圖（右）。對于正常的左室，各區(qū)域同步收縮，因此相位為近似均勻分布，相位直方圖高而窄，由兩個指標（Phase SD、Bandwidth）定量描述。區(qū)分左室同步性正常、異常的Phase SD和Bandwidth臨界值分別為20與50。該病患的相位分布不均勻，相位直方圖稍寬，兩個定量指標大于正常臨界值，具有一定程度的左室收縮不同步。SPECT分析左室疤

11、痕分布及最晚激動區(qū)域SPECT分析左室疤痕分布（左）和最晚激動區(qū)域（右）。SPECT采用12分區(qū)方式分析左室基底和中部各區(qū)域的疤痕分布和激動延遲。心尖部不分析，因為研究表明CRT左室導線不宜安放在心尖部位。疤痕分布圖中，每一分區(qū)分別顯示其疤痕組織所占該分區(qū)的面積比例。激動延遲圖中，每一分區(qū)顯示其平均激動相位，最晚激動區(qū)域為平均激動相位最大者。該病患左室部分區(qū)域有疤痕。在存活心肌節(jié)段中，前壁底段具有最晚機械激動，為CRT左室導線安放最佳位置。其相鄰的前側壁底段為次佳位置。12左前斜 45后前位右前斜 30SPECT指導CRT左室導線安放位置（請對照SPECT三維顯示與靜脈造影圖安放）1最佳安放位

12、置SPECT rank = 1次佳安放位置SPECT ranks = 2, 3不建議安放位置SPECT rank = 011124222心肌灌注顯像定量分析方法的進展隨著核醫(yī)學設備技術的進步，基于SPECT/CT技術的SUV定量測定技術也已經逐漸成熟，開始解決腫瘤診斷在基層醫(yī)院的應用問題，而在心肌灌注顯像方面，利用SPECT/CT進行心肌血流（MBF )、冠脈血流儲備（CFR）的絕對定量分析技術也開始發(fā)展起來基于PET-CT的心肌血流定量計算基于動態(tài)SPECT或SPECT動態(tài)采集方法的心肌血流定量計算Functional Assessment of Coronary Artery with I

13、nvasive Procedures 42 Fraction Flow Reserve (FFR): Specific for epicardial CAD Coronary Flow Reserve (CFR): Both epicardial and microcirculatory CAD (net effect of two regions) Index of Microcirculatory Resistance (IMR): Specific for microcirculatory CADEpicardial arteryMicrovascular artery bedNon-i

14、nvasive Imaging Methodology for Myocardial Blood Flow Quantitation with PET43Metabolic Flow MBF= Extraction Fraction(MBF)/K1(MBF)CFR= MBFStress/MBFRest Arterial Input TACMyocardial Uptake TACNon-invasive Myocardial Blood Flow Quantitation with Dynamic SPECT44Frame Definition: 10 x10sec+5x20sec+4x60s

15、+280sec= 12 min Correction of Physical Interference in Dynamic SPECT Image Reconstruction Attenuation (including SPECT/CT realignment)Scatter Isotope DecayCollimator BlurImage Noise45Integrated Dynamic with Clinical SPECT as A Routine Myocardial Flow/Perfusion SPECT Protocol 46Future Clinical Roles

16、of SPECT MBF/CFR for Symptomatic CAD Assessment and Management 47Non-invasive tool to detect CADNon-invasive tool to guide CAD treatmentNon-invasive tool to monitor CAD treatment+Follow upIneffectiveEffectiveCAGOMTPCI + StentPCI + Stent基于PET/CT 的新的心肌灌注顯像劑的研究目前的PET心肌灌注顯像劑都難以常規(guī)臨床應用，如15O-H2O，13N-NH3的標記

17、核素半衰期很短，僅分別為2 min和10 min，必須同時配備現(xiàn)場回旋加速器，成本十分高昂。而82Rb不僅半衰期短（僅為75 s），而且心肌攝取低于15O-H2O和13N-NH3，且價格昂貴7。因此，開發(fā)新一代更為實用的PET心肌灌注顯像劑是十分必要的。新型18F 標記心肌灌注顯像劑18FFPTP2，以 18F作為標記核素，18F的半衰期適中（110min），不依賴現(xiàn)場回旋加速器，可以在一天內完成靜息和負荷顯像18FFPTP2在中華小型豬中的在中華小型豬中的PET顯像圖，注射劑量為顯像圖，注射劑量為37 MBq/15 kg心肌代謝顯像采集重建方法顯像劑：18F-FDG ,注射劑量35mci/人常規(guī)采集參數(shù)：CT：120kv ,35mA 平掃（用于定位和衰減校正）PET : zoom 2.0 ，門控表模式采集，采集時間10分