Fysik i myokardieperfusionsafbildning (SPECT, PET): Radiotracere, perfusion, blodgennemstrømning og levedygtighed
SPECT vs. PET
- I SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) udsender radiotracere gammafotoner direkte. Disse gammastråler registreres af gammakameraer for at skabe tomografiske billeder af venstre ventrikel.
- I PET (Positron Emission Tomography) udsender radiotracere positroner. Når en positron kolliderer med en elektron, tilintetgør de hinanden og producerer to gammafotoner, der udsendes i modsatte retninger. PET-scannere registrerer disse gammastråler for at konstruere billeder med høj rumlig og tidsmæssig opløsning. PET giver en højere rumlig og tidsmæssig kvalitet sammenlignet med SPECT.
Kvantificering af blodgennemstrømning ved hjælp af PET
Kvantitativ PET-perfusionsbilleddannelse giver præcise målinger af myokardiets blodgennemstrømning i milliliter pr. minut pr. gram væv (mL/min/g). Denne teknik udmærker sig ved at opdage balanceret iskæmi. En sådan iskæmi ses ved multikar-sygdom, når alle kranspulsårer er lige kompromitterede, hvilket fører til en ensartet perfusion, der kan virke bedragerisk normal på SPECT. Detektion af multikar-sygdom kræver kvantificering af den absolutte koronare blodgennemstrømning. Dette er muligt ved hjælp af PET-scannere, som også giver mulighed for at evaluere den mikrovaskulære funktion.
For at et radiotracer skal være egnet til at kvantificere blodgennemstrømningen i myokardiet, skal dets optagelse i myokardiet nøje korrelere med den faktiske blodgennemstrømning. Et ideelt sporstof udviser høj ekstraktion fra blod til væv og høj retention med et lineært forhold mellem myokardieblodgennemstrømning og målt sporstofaktivitet over et bredt område (Murthy et al.). Som det fremgår af figur 1, er 15O-vanddeteneste sporstof, hvor optagelsen i myokardiet er lineært relateret til koronarblodgennemstrømningen. 15O-vanderet ideelt sporstof med en kort halveringstid (2 minutter), der forårsager minimal strålingseksponering. Det er metabolisk inaktivt og diffunderer frit over cellemembraner, hvilket giver mulighed for præcis kvantificering af myokardieblodgennemstrømning og vurdering af koronar flowreserve. En enkelt session kan bruges til at udføre både hvile- og stressbilleder (Sogbein et al.).
Roll-off-fænomenet
Roll-off-fænomenet i myokardieperfusionsbilleder, illustreret i figur X, fremhæver det ikke-lineære forhold mellem sporstofoptagelse og koronar blodgennemstrømning. Som det ses med sporstoffer som technetium-99m og thallium-201, stiger optagelsen lineært ved lave koronarflowhastigheder. Men når flowet fortsætter med at stige, falder optagelsen af sporstoffet til et plateau. Denne mætningseffekt kan føre til en undervurdering af blodgennemstrømningen i områder, der er påvirket af betydelig koronararteriesygdom, hvilket potentielt kan resultere i falsk-negative fund.
Radiotracere i myocardial perfusion imaging
Radiotracere er designet til at identificere iskæmiske områder i myokardiet ved at fremhæve områder med reduceret blodgennemstrømning.
Radiotracer til SPECT
- Technetium-99m (Sestamibi eller Tetrofosmin): Med en halveringstid på seks timer, der tillader høje doser for bedre billedkvalitet, diffunderer dette sporstof passivt ind i kardiomyocytter, hvor det binder sig til mitokondrier med minimal omfordeling.
- Thallium-201: Dette er en kaliumanalog med en halveringstid på 73 timer, som kommer ind i kardiomyocytterne via Na /K ATPase-pumpen. Det omfordeles, hvilket gør det velegnet til at vurdere levedygtighed og myokardiet i dvale, men på bekostning af højere strålingseksponering og mere uskarpe billeder. Fraværet af thalliumoptagelse indikerer ikke-levedygtigt myokardium, mens omfordeling til oprindeligt hypoperfunderede områder tyder på levedygtighed.
Hvad er myokardiel omfordeling?
I myokardieperfusionsbilleder refererer omfordeling til bevægelsen af en radiotracer i myokardiet over tid. Radiotracere uden omfordeling bevarer deres oprindelige fordeling, hvilket betyder, at den myokardielle fordeling af tracerne er hurtigt umiddelbart efter indgift. Radiotracere med højere niveauer af omfordeling kan bevæge sig fra områder med højere koncentration til områder med lavere koncentration af andre årsager end perfusionsforskelle, hvilket gør billedfortolkningen mere tvetydig.
Tabel 1. Radiotracere anvendt til SPECT-billeddannelse
| Thallium-201 | Technetium-99m | |
|---|---|---|
| Dosis af radiotracer | 3-4 mCi Yderligere 1 mCi til geninjektionsprotokol | 30 mCi ved hvile 10 30 mCi, hvis der udføres både hvile- og stressbilleder |
| Strålingseksponering | 12-16 mSv T1/2 = 73 timer | 10 mSv T1/2 = 6 timer |
| Undersøgelsens varighed | 4-5 timer (hvile og omfordeling) 24 timer, hvis der udføres yderligere billeddannelse | 1-2 timer |
| Funktionel information | Nej, ingen | Ja |
| Omfordeling | Ja – Kræver gentagen billeddannelse for at vurdere levedygtigheden. | Nej – Perfusionen er hurtig på injektionstidspunktet. |
| Billedkvalitet | Dårligere 74-keV-fotoner Fotoner med lav energi, lavere fotonantal (støj) | Overlegen 140-keV-fotoner Fotoner med højere energi, højere fotonantal (mindre støj) |
| Ekstrakardial aktivitet | Hyppig lungeoptagelse kan reducere billedkvaliteten | Hyppig lever- og tarmoptagelse kan forsinke optagelsen eller forårsage artefakter |
| Kontraindikationer | Ingen | Hypotension i hvile Manglende evne til at administrere nitroglycerin |
| Ekstraktionsfraktion | 85 % Thallium | 65% Sestamibi 54% Tetrofosmin |
| Clearance | Urin/GI | Hepatobiliær |
Sporstoffer til PET-billeddannelse
Tabel 2. Radiotracere anvendt til kvantificering af blodgennemstrømningen i myokardiet med PET
| 82Rb-klorid | 13N-ammoniak | 15O-vand | 18F-flurpiridaz | |
|---|---|---|---|---|
| Metode til produktion af isotoper | Generator | Cyklotron | Cyklotron | Cyklotron |
| Halveringstid for isotoper (min) | 1.27 | 10 | 2.0 | 110 |
| Positron-rækkevidde (mm) RMS | 2.6 | 0.57 | 1.0 | 0.23 |
| Billedopløsning (mm) FWHM | 8 | 5 | 6 | 5 |
| Effektiv dosis (mSv/GBq) | 1 | 2 | 1 | 2 |
| Spild fra tilstødende organer | Mavevæggen | Håndtag og lunge | Håndtag | Tidlig løftestang |
| Typisk hviledosis for 3D/2D (mCi†) | 30/45 | 10/15 | 20/30 | 2/3 |
| Typisk stressdosis for 3D/2D (mCi†) | 30/45 | 10/15 | 20/30 | 6/7 |
| Funktioner i protokollen | Hurtig protokol | Tillader træning; forsinkelse på 4-5 halveringstider mellem hvile og stress, medmindre der anvendes forskellige doser | Hurtig protokol; ingen sporstofretention til rutinemæssig MPI | Tillader træning; der kræves forskellige doser til hvile og stress |
18F-Fluorodeoxyglukose (18F-FDG)PET
18F-Fluorodeoxyglukose (18F-FDG)PET bruges til at vurdere myokardiets levedygtighed. Det optages selektivt af metabolisk aktivt (levedygtigt) myokardium, hvilket gør det muligt at skelne mellem levedygtigt og ikke-levedygtigt væv. Det primære formål er at bestemme omfanget af levedygtigt myokardium i områder med reduceret perfusion eller tidligere infarkt. Denne information kan vejlede beslutninger om revaskulariseringsprocedurer; revaskularisering vil sandsynligvis ikke give nogen fordel, hvis der ikke opdages noget levedygtigt myokardium, og omvendt. 18F-FDGPETer den mest følsomme billeddannelsesteknik til at identificere levedygtigt myokardium i dvale. 18F-FDGPETbruges også til at diagnosticere hjertesarkoidose.
Koronar stjæle-fænomen
Vasodilaterende stressmidler kan også forårsage koronar steal, et fænomen, der opstår, når blod omdirigeres fra et område, der forsynes af en stenotisk arterie, til et område med bedre perfusion. Det sker, fordi de syge arterier allerede er maksimalt udvidede i hvile, mens de raske arterier stadig kan udvide sig som reaktion på farmakologiske midler. Denne omfordeling af blodgennemstrømningen kan forværre iskæmien i allerede kompromitterede områder.
Omvendt fordeling
Omvendt omfordeling refererer til et fænomen, hvor en perfusionsdefekt, der ses under stressbilleddannelse, ser ud til at blive forværret eller er ny på hvilebilleder. Dette mønster ses undertiden med technetium-99m sestamibi og menes at være en artefakt snarere end en indikation på ægte patologi. Omvendt omfordeling er mere almindelig hos overvægtige patienter (påvirker ofte RCA-området) og kvinder med store bryster (typisk i LAD-området). Det har ingen direkte sammenhæng med obstruktiv koronararteriesygdom og betragtes generelt som et godartet artefakt.