核医学検査の原理および他のモダリティとの比較

要点
  • 核医学検査は体内にあるガンマ線の放出(すなわちエミッション)をイメージングし、X線検査はX 線の体内での減弱(すなわちトランスミッション)をイメージングする。
  • 心臓核医学検査は血流,代謝,機能に関する生理学的画像を提供できることが特徴であり、主に形態あるいは解剖学的画像を提供する他のモダリティと相補的関係にある。
 
 

核医学検査とX線検査の比較

* 核医学検査

  • 線源(放射性医薬品)を被験者に投与する。
  • 目的臓器に集積した放射性医薬品から放射されるガンマ線を検出器でカウントする。

* X線検査

  • X線を被験者に照射する。
  • X線の透過度の違いをフィルム上に画像化する。

心臓核医学検査の特徴

  • 単に形態を評価するのではなく,心筋灌流,代謝,交感神経など機能を評価する画像である.
  • 空間分解能,時間分解能は,他の検査方法に比べて劣る
  • 超音波検査や血管造影のようにリアルタイムに評価できない
 モダリティ  冠動脈形態 心機能   心筋灌流 代謝・交感神経 
 心臓カテーテル検査  ◎  ◎    
 X線CT  ○  ○  △  
 MRI  △  ○  ○  
 心臓超音波検査  △  ◎  ○  
 心臓核医学検査    ◎  ◎  ◎

 

[SY: 2010.08.01]

 

心臓核医学で用いられる放射性医薬品

要点
  • 心臓核医学の中心的役割を果たす検査は心筋血流イメージングである
  • この他にも心機能、心筋障害、代謝、交感神経系、炎症、などを評価できる放射性医薬品がある
  • 放射性核種の基本的な特徴を理解する 

主な放射性核種とその性質

核種
放出される放射線のエネルギー
半減期
壊変様式
コメント
Tc-99m 140 keV 6時間 核異性体転移 99Mo-99mTcジェネレータで院内標識可能
Tl-201 Hg-X (71 keV), 167 keV 3.0日 電子捕獲 71keVのエネルギーは水銀X線による
I-123 159 keV 13時間 電子捕獲  
F-18 511keV 110分 陽電子、電子捕獲 サイクロトロンでの製造(

 

放射性医薬品とその概要

目的
放射性医薬品
特徴
心筋血流 Tc-99m MIBIまたはtetrofosmin 血流検査の主流となる薬剤で,負荷あるいは安静状態で注射される.gated SPECTにも適している.
心筋血流 Tl-201 歴史的にも血流検査の代表的薬剤.負荷および後期像として安静時画像を撮る.
脂肪酸代謝 I-123 BMIPP 心筋内に脂肪酸として取り込まれ停滞しSPECT検査にも適する.
交感神経 I-123 MIBG ノルエピネフリンと動態が類似し、交感神経終末に貯留し放出される.
心機能 Tc-99m RBC, Tc-99m HSA 赤血球あるいはアルブミンに標識し、血液に一致する分布する.
障害心筋 Tc-99m PYP 急性心筋梗塞の早期あるいは進行する障害心筋に集積する.
炎症 Ga-67 心筋炎、サルコイド心筋病変の活動性のある部位に集積する.
糖代謝 F-18 FDG 心筋生存性(viability)を反映する.PET製剤であるためサイクロトロンで製造あるいは標識済み製剤をデリバリーで入手する

 

[KN: 2010.08.01]

心筋血流用放射性医薬品としてのTl-201とTc-99m製剤の違い

要点
  • Tc-99m標識の製剤としてはMIBI(カーディオライト)とtetrofosmin(マイオビュー)が利用できる
  • Tc-99m製剤は半減期が短いため投与量を増やすことができ、心電図同期検査を施行する場合にも画質が良好である
  • Tl-201は歴史的に長く心筋血流検査に用いられており、虚血の検出や心筋生存性(生存能)の評価に優れている
  • 冠動脈疾患診断における臨床的な価値については、同程度と考えられている

両者の特徴を一覧として記載する

 

 

 

Tl-201 Tc-99mMIBIまたはtetrofosmin
目的

安静および負荷心筋,腫瘍シンチ用にも用いられる

心筋血流:安静および負荷
使用量 74-111 MBq 600-1110 MBq
薬剤の集積機構と特徴
  • 水溶性一価陽イオン
  • 心筋での抽出率=約90%
  • Na-Kポンプによる能動輸送で細胞内に入る
  • 後期像では再分布があり、時間経過で安静時の画像に近づく
  • 脂溶性
  • 心筋での抽出率=約60-70%
  • 細胞膜は拡散で通過するが、集積はミトコンドリア機能に関連する
  • 基本的には再分布は見られず、負荷時は2回の注射が必要
負荷時の注射方法
  • 負荷-後期像を撮る一般的方法:負荷時に注射、3-4時間後に後期像を撮像
  • 再静注法:負荷時に注射、再静注後に安静時の撮像
  • 24時間法:生存性の評価のために、24時間の緩やかな再分布も見ることがある
  • 1日法:負荷→安静の順で検査、または安静→負荷の順で検査を施行する
  • 2日法:負荷と安静を別の日に検査する
注射から撮像までの
時間とプロトコール例
  • 早期像は注射後、5-10分で開始
  • 後期像は3-4時間後

  • 30-60分が一般的(さらに早い時間も可能だが肝に集積がある)

データ処理と画質
  • 心筋集積のコントラストは良好
  • 乳房や横隔膜での減弱がTc-99mよりも大きい
  • 体重が大きい場合は画質不良
  • Tc-99mのエネルギーが撮像に適しているため画質良好
  • gated SPECTでの解析にも適している
前面像

 


良好な心筋の取り込みが見られ,肝と腎にも集積がみられる.右室はほとんど見えないかごく軽度の集積が見える程度である.
 


心筋への取り込みは良好で,肝から排泄されて胆嚢に貯留したTc-99m MIBIが描画されている.その後,消化管に排泄される.

 

[KN: 2010.08.01/10.25]

心臓核医学における心筋のセグメント分割

要点
  • 心筋を領域に分割する方法としては、4分割、9分割、17,20分割など、様々なセグメントモデルが用いられてきた
  • 米国心臓協会、心臓核医学会、核医学会で共通するモデルとしては17セグメントモデルがよく用いられ、一般的にはこのモデルをお薦めしたい。

17セグメントモデル

  • 心筋の短軸断層像の心基部、中央部、心尖部をそれぞれ6、6,4セグメント、長軸垂直断層の中央のスライスから心尖部の1セグメントを加え17セグメントに分割する
  • polar mapによる表示と併せて示す

  • 3次元的に心筋表面にどのように分割が投影されるかを示す

20セグメントモデル

  • 歴史的には20セグメントモデルもよく用いられてきたが、最近は上記の17セグメントモデルが一般的になっている。
  • 17セグメントモデルとの違いは、短軸断層像の心尖寄りが6分割であることと、長軸垂直断面で心尖部が前壁側と下壁側の2セグメントに分割される点である。下図中の数字は、心筋内の平均カウントである(最大値を100%に表示)

     

17-segment model 20-segment model

 

[KN: 2010.08.01]

欠損スコアの考え方

要点
  • スコア化には様々な方法が用いられてきたが、ここでは視覚的評価に基づき正常から欠損までを0-4点で記載する方法を紹介する
  • その合計スコアは重傷度の指標として,予後評価にも用いられる

欠損スコアの付け方

  • 各セグメント毎に正常を0点、完全欠損を4点として以下のようにスコアを付ける
    • 0点:正常心筋血流
    • 1点:軽度の血流低下
    • 2点:中等度の血流低下
    • 3点:高度の血流低下
    • 4点:血流欠損
  • 視覚的な判定を元にスコア化されることが多い。
  • 目安としては心筋内の最大カウントの約50%を、中等度低下と見なすのが実際的である。ただし、この%値は絶対的なものではないので、乳頭筋のような高カウント部位や減弱を考慮して判定する。
  • スコアリングの例:ここでは50%をスコア2になるような目安を用いている.また必ずしもカラー表示が必要ではなく,施設の表示方法に合わせると良い.

    Scoring

 

Summed scoreの考え方

  • 心筋の各セグメントの欠損スコアの合計をsummed scoreで記載することが多い。
  • 合計欠損スコアとしては以下のものを記載する
    • Summed Stress Score: 負荷時の欠損スコア(負荷時の虚血や血流低下を反映)
    • Summed Rest Score:安静時の欠損スコア(心筋梗塞や線維化の量に相当)
    • Summed Difference Score:SSSとSRSの差(負荷により誘発される虚血に相当)

 

17と20セグメントモデルおよび心筋表面の対応パーセント

  • 17と20セグメントモデルによるスコアリングはよく相関する
  • 両者をつなぐ方法として、心筋欠損のスコア(0-4点)の最大カウントで除して表記する方法がある。この場合、17セグメントモデルでは最大が 17x4=68 点、20セグメントモデルでは20x4=80点になるので、その値で除して%で表記する

 

リスクや予後に影響する心筋欠損スコア

  • SSS(負荷時の欠損スコア)をもとにして、リスク評価の観点から次の4分類がよく用いられる
    • 正常,軽度異常,中等度異常,高度異常
    • あるいは,正常,軽症,中等症,重症
SSS
20セグメントモデル
17セグメントモデル
%で表示した場合の概算値
正常
-3
-3
<5%
軽度異常
4-8
4-7
5-10 %
中等度異常
9-13
8-11
10-16%
高度異常
14-
12-
>16%

 

  • あるいは欠損の%を主体にして%スコア=5,10,15,20%を境界として分類することもできる

 

[KN: 2010.08.01, 2011.07.31]

 

Polar mapの利用

要点
  • 心筋表面を展開して表示する方法として、極座標型の表示方法が用いられる
  • 短軸断層を元に作成されており、前壁、中隔、下壁、側壁の関係が理解しやすく,心筋全体を1つのマップに表示する方法として優れている
  • Bulls-eye mapとも呼ばれる

Polar mapの作製方法

  • 心筋の短軸断層のデータをもとに放射状に心筋カウントをサーチし、最大カウントを記録する。
  • 心尖部については,心尖を通る放射方向を球状にサーチする方法組み合わせて,心尖部全体の情報を得るアルゴリズムもある
  • これらの点を,心尖を中心に,心基部を中心に配列し,polar mapを作成する

polar map

Polar mapによる定量

  • 対照群のデータを集め,心筋の各点において平均値と標準偏差(あるいは平均偏差)を計算しておくと,コンピュータにより心筋血流の異常を自動的に判定することもできる (--> 日本核医学会作業部会データベース)
  • segment 分割については別項を参照されたい(-->17segment model)
  • 一般的にはこれらの正常データベースを用いて以下のような指標が算出されることが多いが,ソフトウェアにより仕様が異なるので,それぞれの説明を参照のこと
    • 欠損スコア:欠損の程度によりsummed stress score, summed rest score, summed difference score など
    • exent score: 平均-2(あるいは2.5)標準偏差以下の範囲を異常の%で示す異常の面積のスコア
    • severity score: 上記の下限値よりどの程度低下しているかその程度を加重して異常の程度を示すスコア
  • 下図は Emory Cardiac Toolboxによる定量の例である.左上が元のカウントデータであるが,下壁を中心にして下壁中隔に広がる欠損が定量により判定されている.

Emory Quantification

[KN: 2010.08.01]

心筋負荷方法:運動

要点
  • トレッドミルまたは自転車エルゴメーター負荷を行う
  • 運動負荷は生理的であり、運動能力に関する臨床情報が得られる
  • 運動負荷終了のピーク時に留置静注ラインから血流製剤を投与し1分間前後運動を続ける
  • 心拍数を予想最大心拍数(=220―年齢)の85%以上か,ダブルプロダクト(=収縮期血圧x心拍数)で25,000以上、症状から狭心痛、心電図から虚血性心電図変化あるいは重症な心室性不整脈の出現を運動負荷終了基準とする

運動負荷試験

  • 前処置
    • 通常では検査前に各種狭心症薬は中止する方が望ましい。β遮断薬はなるべく中止する。
    • 食事は検査の3時間前は絶食あるいは軽食にする。
  • 負荷方法
    • トレッドミルを用いる場合
      • 通常Bruceの方法に従って3分ごとに傾斜角度とスピードを増加させる。
    • 自転車エルゴメーターを用いる場合
      • 通常臥位あるいは座位にて負荷を行う。
      • 25W あるいは50Wから負荷を開始し、3分(あるいは2分)ごとに25Wずつ増加する多段階負荷が用いられる。
    • 負荷終了点に達したところでトレーサーを投与しさらに1分間同レベルの運動負荷を持続させて終了する。
    • 補足事項
      • 運動負荷により冠血流を増加させ、必要量の酸素を供給しているが、double product(収縮期血圧 x 心拍数)は心筋酸素消費量と良く相関するといわれ、運動負荷試験は心筋虚血を誘発する方法として優れている。
      • 運動負荷検査により運動耐容能、血圧、脈拍の変化、心電図変化といった情報も得られる。
      • 十分な運動負荷がかけられない場合に虚血の偽陰性が含まれる可能性があることに注意が必要である。

    トレッドミル
    エルゴメータ

    Tl-201を使用した運動負荷検査

    • タリウム負荷運動負荷心筋SPECT検査のプロトコールの例を下図に示す。
      • 早期像(負荷):注射後約10分後に、負荷時像の撮影を開始する。
      • 後期像(安静):3-4時間後に出現する再分布現象は、安静時の画像に近い。可逆的な誘発虚血や心筋生存性の診断に用いられている。
    • 再静注法について
      • 心筋細胞の生存性があるにもかかわらず再分布が明らかでない固定欠損像を示し、心筋生存性が過小評価されることがある。このためタリウムを再静注して判断する方法がある。
      • 再静注のタイミングは,通常の後期像を撮る場合はその後に追加投与するが,後期像を省略する場合は負荷時SPECT撮像直後に追加静注をしても良い。

    Tc-99mを使用した運動負荷検査

    • Tc-99m sestamibi/tetrofosminはタリウムのような再分布現象がないので2回の投与により心筋虚血やバイアビリティの評価を行う
    • 一日法
      • 同一日に時間をずらして検査を行う。
      • 負荷を先に行う方法と安静を先に行う方法とがある。
      • 初回検査時に投与したRIが2回目の検査時にも残存しているために検査の間隔や、2回目の投与では2-3倍の投与量を用いる
    • 二日法
      • 負荷と安静を別の日に施行し、両者の結果を比較する。
      • この場合は、投与量や収集時間は同一で良い。

負荷の中止基準

  • 自覚症状として中等度以上の胸痛の出現
  • 息切れ、下肢疲労など運動継続が困難な場合
  • 心拍数:年齢別予想最大心拍数の85%以上、すなわち(220-年齢)*0.85
  • 心電図での虚血性変化:高度な虚血性ST変化(ST上昇または0.2mV以上の水平型あるいは下降型ST低下)
  • 重篤な不整脈の出現:心室性期外収縮の頻発(多源性心室性期外収縮、R on T型心室性期外収縮、全心拍の20%以上)、高度な徐脈性不整脈
  • 血圧の過度の上昇:収縮期血圧が250mmHg以上を連続して記録、または2回以上連続して10mmHg以上血圧が低下し、かつ、負荷前値より下がった場合
  • その他、医師が適時判断する必要がある

[SM: 2010.08.01]

薬剤による心筋負荷(アデノシン、ジピリダモール、ATP)

要点

  • 運動負荷困難な症例に実施できる
  • 臨床的診断精度は運動負荷と同等であり有用性が高い
  • 左脚ブロックやペースメーカー症例では薬物負荷がよい
  • 気管支喘息コントロール不良でアデノシン負荷は禁忌とされる
  • 薬物負荷の際に血圧が低下する症例には運動負荷を併用することもある
  • 心筋負荷用の薬剤としては、アデノシンのみが薬価収載されている

薬物負荷試験

  • 運動負荷の施行が困難な症例や左脚ブロック例ではアデノシン(adenosine)やジピリダモール(Dipyridamole)を用いた薬物負荷が望ましい。
  • 両者の冠血管拡張作用は同程度で、安静時の約4.5倍に達する。
  • 作用の持続時間はアデノシンでは静注後約10秒から約2分間と比較的短時間であるのに対し、ジピリダモールは静注2から4分でピークに達し、約30分間持続する。
  • 心筋虚血の検出精度に関して心筋SPECTによる評価は負荷心電図検査と比べて優れている。
  • 欠損像の部位や広がりの同定や虚血の重症度判定に役立つ。
  • 原則として負荷検査前の24時間はカフェイン含有の薬物や飲食物(茶など)の摂取は控える。これらの摂取はアデノシンやジピリダモール、ATPの効果を減弱させる。

Tc-99mを使用した薬剤負荷検査

 

薬剤負荷の時間とRI注射のタイミングpharmacological sress figure2

薬剤負荷での副作用出現時の対処

  • ジピリダモール負荷では拮抗するアミノフィリンを緩徐に静注する。血圧が大きく低下する場合は、昇圧薬や下肢挙上などの処置を行う。
  • ATP、アデノシン負荷では半減期が短いので、投与を中止すれば症状は回復することが多い。

[SM: 2010.08.01]

心電図同期法

要点
  • 心電図同期法は心筋血流と左室機能を同時に評価できる
  • 心電図のR-R間隔を8もしくは16分割し,各トリガーに同期させてSPECTデータを収集する
  • 代表的な左室機能指数である,駆出分画,拡張末期容積,収縮末期容積,壁運動,壁厚肥厚率等を評価する

心電図同期心筋SPECT

  • 下図はR-R間隔を16分割した心電図同期法によって撮像したSPECT像である.
  • Tc-99mでは16分割,Tl-201では8分割にて収集する場合が多い.

心電図同期によって得られる左室機能指数

  • 全体の機能指数
    • 駆出分画:収縮末期容積が小さい症例(<約15ml以下)では過大評価するので注意する(small heart)
    • 拡張末期容積
    • 収縮末期容積
  • 局所機能指数
  • 壁運動(下図左):中隔側で相対に低値を示し,側壁にて高値を示す.
  • 壁厚増加率(下図右):心尖で高値を示し,心基部に向かい低くなる傾向がある.

  • 位相分布:心収縮のタイミング異常を評価する

[KO: 2010.08.01]

SPECTデータの代表的な収集条件

要点
  • 多方向からの投影像を撮像するのが基本であり、一般的に10-15分程度の収集時間が必要である
  • SPECTデータの収集条件は多種多様であるため,各収集条件の特徴を把握する必要がある.
  • 180度収集は欠損のコントラストが強調され,360度は歪みのない定量的な画像を得ることができる

 

代表的な収集条件

検出器 1検出器,2検出器(対向,非対向あるいは直交),3検出器
収集範囲 180度(※RAO45°-LPO45°),360度
回転モード step and shoot,連続収集
カメラ軌道 円軌道,楕円軌道,近接起動
コリメータ 低エネルギ高分解能(LEHR),低エネルギ汎用(LEGP)
エネルギウインドウ Tc-99m 140keV±10%,Tl-201 71keV±10-15%
ステップ角度 4-6度
収集時間 1方向あたりの収集時間20~40秒.※投与量,検出器数によって異なる.
マトリクス 64×64,128×128
ピクセルサイズ 5-7mm

 

180度収集と360度収集

  • 米国では180°収集が一般的であるが、日本では両者ともに用いられている.
  • 下図は正常症例より作成した180度収集と360度収集のデータベースである.(左:360度収集,右:180度収集)
  • 前壁中隔および中隔のカウント変化に注意する. 180°では前壁中隔が高めに、前壁の心尖寄りは低めに見えることに注意.

 

収集条件の標準化

[KO: 2010.08.01]

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