SPECT和PET心肌显像采集重建

SPECT和PET心肌显像采集重建方法再优化和新技术、新方法的初步探讨,阜外医院核医学科 王道宇,概述,核医学显像技术的进步主要依赖于核医学显像设备、处理软件和显像剂三个要素的协同发展。心肌显像作为核医学显像的最重要的部分，必然是更离不开这三个因素，所以我主要围绕核医学设备硬件、软件及显像剂展开，简单介绍一下阜外医院核医学科心肌显像技术发展的现状和进展。,心肌显像的主要设备,SPECT通用型SPECT心脏专用型SPECT传统探测器型 如philips Cardio MD半导体探测器型（CZT）如：D530C，D-SPECTSPECT-CT通用型SPECT-CT心脏专用型SPECT半导体探测器型SPECT-CT 如：D570C PETPET-CTPET-MRI,半导体CZT探测器SPECT介绍,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.,半导体CZT探测器SPECT性能,探测器材料：半导体(CZT)探测器能量范围：40-200 KeV能量分辨率（ 140 KeV， FWHM）6.2%系统空间分辨率2.46 mm不需要线性校正不需要旋转中心校正全3D采集采用针孔准直器多准直器阵列组合灵敏度提高了10倍分辨率提高了2倍扫描速度提高了10倍表模式采集,心肌显像概述,心肌灌注显像显像剂单光子显像剂 99mTC-MIBI等正电子显像剂 15O-H2O，13N-NH3，18FFPTP2显像设备SPECT、SPECT-CT、PET、PET-CT显像方法断层法门控断层法表模式门控断层法,心肌代谢显像显像剂正电子显像剂 18F-FDG显像设备PET、PET-CT等显像方法断层法表模式门控断层法,心肌灌注显像采集重建方法（SPECT传统方法）,显像剂：99mTC-MIBI ,20mci/人常规采集参数：断层采集方式： 3或6度/帧，180度旋转角度，20S/帧或30秒/帧（或计数采集）门控断层采集方式：门控帧数 8帧/每个心动周期采集矩阵：64X64、128X128图像放大倍数：1.31.5倍常规重建方法：滤波反投影（FBP）重建参数：butterworth滤波 陡度510，截止频率0.40.6迭代重建：OSEM法：高斯滤波，迭代次数：4，迭代子集：8,滤波函数,基于核医学影像低分辨率的特点，传统的SPECT核医学影像诊断主要停留在定性分析阶段。SPECT滤波函数主要是低通滤波，其主要作用心肌灌注显像中是图像的平滑作用，给临床医师提供一个视觉上较为完美但又能够满足细节要求的影像。滤波函数的选择和参数的设定从理论上必须依据SPECT断层采集数据的具体情况进行调整，必须考虑采集的投影数据的计数率、靶器官计数率、图像本底等综合因素。,8种不同滤波函数效果比较,心肌灌注显像采集重建方法(SPECT新方法）,显像剂：99mTC-MIBI ,20mci/人或10mci/人采集方式：半剂量采集：采集时间与通用性设备相同，显像剂注射剂量减半半时间采集：采集时间减半，显像剂注射剂量与通用性相同半数投影角度采集：采集时间减半，显像剂注射剂量与通用性相同重建方法：迭代重建：新的迭代处理方法（3D OSEM）飞利浦的 Astonish、西门子的 Flash 3D等3D Butterworth post-reconstruction filtering. The iterative reconstruction method with matched filtering provides higher image quality for SPECT imaging.,心肌灌注显像的主要临床应用,心肌缺血、心脏功能的判断分析负荷试验心肌灌注显像+静息心肌灌注显像（包括普通断层及门控断层）诊断方法：肉眼观察图像，定性判断通过心脏专用核医学分析软件定量分析QGS、QPS等（缺血范围、射血分数、相位分析等）新的定量分析技术（基于CT辅助、快速动态门控采集等技术）心脏再同步化治疗（cardiac resynchronization therapy，CRT）辅助定位分析静息门控心肌灌注显像分析方法：专用软件相位分析，寻找左室最晚激动点位置，同时避免疤痕部位。,心肌缺血、心脏功能的判断分析,定性诊断（核医学设备常规配备软件）三个轴向图像的屏幕显示、对比（STRESSREST）门控影像提供动态电影显示定量分析（一般为选配软件）能够分析计算患者的各个心功能参数，旧版本软件不能提供相位分析数据，但新版软件已经实现该功能，因此门控心肌显像已经基本上可以取代门控心血池显像。,心肌灌注显像采集重建方法(）,显像剂正电子显像剂 15O-H2O，13N-NH3，18FFPTP2*采集方式电压:120kv ,电流：35mA, 平扫用于定位及衰减校正断层法表模式门控断层法重建方法迭代重建：迭代次数：4，子集：8滤波函数：高斯滤波*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)-哒嗪酮,心脏再同步化治疗（CRT）,重度心衰患者多存在心室收缩的不同步，CRT在传统的双腔起搏让心房心室按照步骤顺序的起博的基础上增加了左室起搏，左室起搏电极经右房的冠状静脉窦开口，进入冠状静脉左室后壁侧壁支起搏左室，同时起搏右心室，通过多部位起搏恢复心室同步收缩，减少二尖瓣返流。对于心衰伴心室失同步的患者，这种治疗可以改善患者的心脏功能，提高运动耐量以及生活质量，同时显示出逆转左室重构的作用。*CRT，cardiac resynchronization therapy 心脏再同步化治疗,SPECT相位分析左室同步性结果,SPECT相位分析生成左室相位分布图（左）和相位直方图（右）。对于正常的左室，各区域同步收缩，因此相位为近似均匀分布，相位直方图高而窄，由两个指标（Phase SD、Bandwidth）定量描述。区分左室同步性正常、异常的Phase SD和Bandwidth临界值分别为20与50。该病患的相位分布不均匀，相位直方图稍宽，两个定量指标大于正常临界值，具有一定程度的左室收缩不同步。,SPECT分析左室疤痕分布及最晚激动区域,SPECT分析左室疤痕分布（左）和最晚激动区域（右）。SPECT采用12分区方式分析左室基底和中部各区域的疤痕分布和激动延迟。心尖部不分析，因为研究表明CRT左室导线不宜安放在心尖部位。疤痕分布图中，每一分区分别显示其疤痕组织所占该分区的面积比例。激动延迟图中，每一分区显示其平均激动相位，最晚激动区域为平均激动相位最大者。该病患左室部分区域有疤痕。在存活心肌节段中，前壁底段具有最晚机械激动，为CRT左室导线安放最佳位置。其相邻的前侧壁底段为次佳位置。,1,2,SPECT指导CRT左室导线安放位置（请对照SPECT三维显示与静脉造影图安放）,1,1,1,1,2,4,2,2,2,心肌灌注显像定量分析方法的进展,随着核医学设备技术的进步，基于SPECT/CT技术的SUV定量测定技术也已经逐渐成熟，开始解决肿瘤诊断在基层医院的应用问题，而在心肌灌注显像方面，利用SPECT/CT进行心肌血流（MBF )、冠脉血流储备（CFR）的绝对定量分析技术也开始发展起来基于PET-CT的心肌血流定量计算基于动态SPECT或SPECT动态采集方法的心肌血流定量计算,Functional Assessment of Coronary Artery with Invasive Procedures,42,Fraction Flow Reserve (FFR): Specific for epicardial CADCoronary Flow Reserve (CFR): Both epicardial and microcirculatory CAD (net effect of two regions)Index of Microcirculatory Resistance (IMR): Specific for microcirculatory CAD,Non-invasive Imaging Methodology for Myocardial Blood Flow Quantitation with PET,43,MBF= Extraction Fraction(MBF)/K1(MBF)CFR= MBFStress/MBFRest,Arterial Input TAC,Myocardial Uptake TAC,Non-invasive Myocardial Blood Flow Quantitation with Dynamic SPECT,44,Frame Definition: 10x10sec+5x20sec+4x60s+280sec= 12 min,Correction of Physical Interference in Dynamic SPECT Image Reconstruction,Attenuation (including SPECT/CT realignment)Scatter Isotope DecayCollimator BlurImage Noise,45,Integrated Dynamic with Clinical SPECT as A Routine Myocardial Flow/Perfusion SPECT Protocol,46,Future Clinical Roles of SPECT MBF/CFR for Symptomatic CAD Assessment and Management,47,Non-invasive tool to detect CAD,Non-invasive tool to guide CAD treatment,Non-invasive tool to monitor CAD treatment,+,Follow up,Ineffective,Effective,CAG,OMT,PCI + Stent,PCI + Stent,基于PET/CT 的新的心肌灌注显像剂的研究,目前的PET心肌灌注显像剂都难以常规临床应用，如15O-H2O，13N-NH3的标记核素半衰期很短，仅分别为2 min和10 min，必须同时配备现场回旋加速器，成本十分高昂。而82Rb不仅半衰期短（仅为75 s），而且心肌摄取低于15O-H2O和13N-NH3，且价格昂贵7。因此，开发新一代更为实用的PET心肌灌注显像剂是十分必要的。新型18F 标记心肌灌注显像剂18FFPTP2，以 18F作为标记核素，18F的半衰期适中（110min），不依赖现场回旋加速器，可以在一天内完成静息和负荷显像,18FFPTP2在中华小型猪中的PET显像图，注射剂量为37 MBq/15 kg,心肌代谢显像采集重建方法,显像剂：18F-FDG ,注射剂量35mci/人常规采集参数：CT：120kv ,35mA 平扫（用于定位和衰减校正）PET : zoom 2.0 ，门控表模式采集，采集时间10分钟/人常规重建方法：迭代重建OSEM法：高斯