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。
3D OSEM Reconstruction Engine
Final Estimated Image
ith iteration
Measured Projection Data
Estimation step
wij
n 1 n
j
w w
lj l itering
SPECT分析左室疤痕分布及最晚激动区域
1 2
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。
18F]乙基] -1H-1,2,3-三唑-1-基]甲基]-2-吡啶基]甲氧基]-3(2H)-哒嗪
*注：4-氯-2-叔丁基-5-[[6-[[4-[2-氟[
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。
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（STRESS—REST） 门控影像提供动态电影显示
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。

定量分析（一般为选配软件）

心肌灌注显像采集重建方法 (ＰＥＴ－ＣＴ）

显像剂

正电子显像剂 15O-H2O，13N-NH3，[18F]FPTP2*

采集方式
ＣＴ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
System Response Function Modeling
Scatter Modeling
Attenuation Correction
Partial Volume (to be done)
Advanced Motion Correction (to be done)
心肌灌注显像的主要临床应用
Stress MIBI
140000 120000 100000 80000
Bq/ml
Rest MIBI
250000
Bq/ml
200000 150000 Arterial Input 100000 50000 0 0 100 200 300 Time (sec) 400 500 600 Myocardial Uptake
Epicardial artery
Microvascular artery bed
42
Non-invasive Imaging Methodology for Myocardial Blood Flow Quantitation with PET
Myocardial Uptake TAC
Arterial Input TAC

PET

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.

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
60000 40000 20000 0 Arterial Input Myocardial Uptake
0
100
200
300 Time (sec)
400
500
600
Frame Definition: 10x10sec+5x20sec+4x60s+280sec= 12 min
44
Correction of Physical Interference in Dynamic SPECT Image Reconstruction


迭代重建：

重建参数：butterworth滤波 陡度5~10，截止频率0.4~0.6 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。

Attenuation (including SPECT/CT realignment) Scatter Isotope Decay Collimator Blur Image Noise
45
Stress MIBI injection Dipyridamole Clinical ECGDynamic SPECT CT CT infusion Myocardial Routine Flow/Perfusion SPECT Protocol gated SPECT

显像设备

PET、PET-CT等
断层法 表模式门控断层法

显像方法


显像方法

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：




常规重建方法：

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：1.3~1.5倍 滤波反投影（FBP）
心肌显像概述

心肌灌注显像


心肌代谢显像

显像剂

显像剂



显像设备

单光子显像剂 99mTCMIBI等 正电子显像剂 15O-H2O， 13N-NH 18 3，[ F]FPTP2 SPECT、SPECT-CT、 PET、PET-CT 断层法 门控断层法 表模式门控断层法
正电子显像剂 18F-FDG
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 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
Functional Assessment of Coronary Artery with Invasive Procedures
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 CAD
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