心脏核医学显像技术广泛应用于评估静息与负荷情况下的心肌灌注、测量左心室功能与容量、确定心肌是否存活。

心脏核医学以放射性药物的应用为基础，进行心血管系统的显像，这些药物包括放射性核素（同位素）和复合介质或单纯的放射性核素（取决于显像研究的类型）。放射性核素是不稳定的元素，它可以自然衰变，以辐射或带电粒子的形式释放能量。原子核衰变产生的辐射称为γ辐射。某些核素的辐射被轨道电子重吸收后可发出X线。γ射线都是高能的电磁辐射。相比较而言，光可以视为低能的电磁辐射。γ射线的能量以电子伏为单位进行描述，典型的γ射线位于50 000～200 000eV（缩写为50～200keV）。放射性药物内还可以包括复合介质（MIBI或替曲膦）成分，以改善药物的稳定性、生物学分布以及核素向靶组织的转运。若进入体内的核素发出的γ射线未被软组织或骨吸收或散射，这些射线穿出机体即可被探测，并产生一幅影像。

铊（ ²⁰¹TI）和锝（ ^99mTc）是应用于心脏核医学的两种重要的放射性核素。

²⁰¹TI是元素周期表上ⅢA组的金属元素，由回旋加速器产生，其一价阳离子性质与钾离子相似，能从血液中被迅速摄取（摄取分数接近85%），通过Na ⁺-K ⁺-ATP酶泵的作用进入心肌，具有与心肌血流灌注相适应的早期分布和与钾离子相适应的平衡分布。 ²⁰¹TI具有再分布的特性，早期摄取后，在肌细胞与胞外空间之间存在持续的交换过程。“洗入”与“洗脱”的比率很大程度上取决于冠状动脉血流状况。心肌摄取的最大比率为注射总量的4%～5%。 ²⁰¹TI经过电子俘获衰变为 ²⁰¹Hg。 ²⁰¹TI可释放出能量为135keV和167keV的γ射线；然而，主要（最大量）的辐射是能量在69～83keV的X线。相对低能量的80keV的质子易受到影响发生散射和衰减。物理半衰期长（73小时）限制了更大剂量 ²⁰¹TI的应用。低能量的X线和低剂量的给药导致了图像质量的降低。

^99mTc是一种亲脂性的一价阳离子，可以由商品化钼（ ⁹⁹Mo）发生器中的 ⁹⁹Mo衰变产生。 ^99mTc衰变释放能峰为140keV的高能γ射线。半衰期较短（6小时）光子能量较高（140keV）使我们能够应用较高剂量的 ^99mTc，并能减少光子的散射与衰减，从而提高图像的分辨率。高能γ射线的应用能够减少散射光子的数量，从而获得更高比例的有效计数，继而使图像质量和门控技术都得到了改善。

在心脏核医学检查中，应用最普遍的探测光子的装置是γ照相机。γ照相机由多种元件组成，基本功能为探测光子并将光子的能量转换为电流。γ照相机最基本的元件是准直器、碘化钠晶体和光电倍增管。准直器是一种屏蔽物，它使光子以大约90°角穿过探头，可明显提高目标区域的图像分辨率。并不是所有穿过准直器的光子都参与了精确影像的形成，因为其他区域的光子也会发生散射并最终穿过准直器。为了校正这些事件，可以应用窗来鉴别散射的光子，散射光子通常能量较低，依据这一点可排除它们的干扰。经过准直器的具有适宜能量的光子撞击碘化钠晶体转变为可见光。光线在光电倍增管中被放大并转变为可探测的电信号。经过计算机辅助，感兴趣区的空间图像被重建出来。目前，一种独立的探测系统——多晶体照相机已被试用于进行心脏核医学检查，它拥有多个碘化钠晶体和光电倍增管。多晶体照相机有比较高的计数敏感性，但是空间分辨率较低。随着多晶体照相机时间分辨率的不断提高，已可将其应用于首过显像。

已有大量的计算机程序可用于显示和分析平面／投影影像，重建断层图像。用于断层图像重建分析的标准平面（短轴、水平长轴和垂直长轴）。重建的短轴图像被划分为16个节段，用于代表各冠状动脉灌注区域。

心电图（electrocardiogram，ECG）门控单光子发射计算机断层显像（single-photon emission computed tomography，SPECT）是一种准确的、可重复测量左心室射血分数和左心室容积的方法。除评估左心室功能和容积外，门控还能评估局部室壁运动情况。进行门控SPECT显像时，除需要标准SPECT显像设备外，还需要一套三导联的心电门控装置。以RR间期代表心动周期，门控率通常设置为每个RR间期8帧。每一个时相所采集的计数都会被储存起来，不同周期内同一时相采集的计数会叠加起来。在整个采集过程中，预设的RR间期可以保持不变（固定采集模式），或者，可在每个时相进行监测和重新核准（可变采集模式）。由于心率是动态变化的，接受窗能够识别并剔除超出预期RR间期范围的心动周期。接受窗的应用可以提高门控的准确性与可靠性，并可避免心律不齐造成的潜在的灌注伪影（闪烁、移位、条纹）。与血池显像（以计数为基础计算射血分数）相比，门控SPECT以容积为基础计算射血分数。以计算法来确定心内膜界限。测得舒张期末容积与收缩期末容积后，就可以依据下列公式计算出左心室射血分数：左心室射血分数（%）=（舒张期末容积-收缩期末容积）／舒张期末容积×100。该方法对于左心室心腔较小的患者具有局限性，由于左心室的充盈缺损可导致低估收缩期末容积，继而会高估射血分数。

心肌负荷SPECT显像是临床实践中心肌灌注的评价标准。负荷SPECT广泛应用于疾病的诊断和预后评估。心肌缺血的特征性表现是可逆性充盈缺损，可以是部分的或完全的。严重的不可逆性缺损代表心肌梗死。轻度的不可逆性缺损可代表非透壁性心肌梗死或衰减伪影。门控显像中的局部室壁运动判定功能可帮助区分这两种情况。SPECT显像显示的是相对的灌注不足；在负荷情况下，存在血流受限性严重狭窄的冠状动脉所灌注的区域，心肌血流会明显减少，放射性核素示踪剂在这些区域的分布也会相应减少。冠状动脉三支病变（均衡型缺血）引起血流全面减少时，灌注显像结果可正常。目前已有的数据显示，这种情况在临床并不常见，可以用其他的方法检测出来。

进行SPECT检测最主要的目的是评估心肌灌注情况，但除此之外，在平面／断层显像中还能得到许多重要的数据。SPECT可以定性分析静息与负荷时的心脏大小。发生一过性缺血性扩张时，与静息显像相比，负荷显像时左心室显著增大，定性或定量分析均可得出相同的结果。一过性缺血性扩张提示广泛的心肌缺血或严重的（左主支或多支）冠状动脉疾病。负荷试验诱发严重的心肌缺血时，负荷后门控显像可观察到室壁运动的异常延迟。偶可见到右心室的核素显像，可用于评价有无右心室扩张和肥大。肺摄取 ²⁰¹TI明显增多时（肺心比>0.5），提示左心室充盈压增高、左心室功能不全或广泛缺血。其他非心脏组织的异常也表现为摄取量的改变，可以是核素摄取增加（甲状腺疾病、异位甲状旁腺、淋巴瘤、乳腺和肺部恶性肿瘤），反之，也可以是核素摄取减少（腹水、囊肿、胸腔和心包积液）。

SPECT显像时最常见的负荷试验形式包括踏车运动或药物负荷（腺苷、双嘧达莫或多巴酚丁胺）。药物负荷试验针对那些不能完成足够量运动的患者或具有某些特殊ECG异常（左束支传导阻滞或室性心律）的患者。腺苷通过与冠状动脉床上的腺苷受体相互作用而增加心肌血流，该受体激活可使冠状动脉扩张。双嘧达莫可以阻断腺苷的细胞内转运，提高细胞外腺苷水平继而激活受体，发挥扩张冠状动脉的作用。

腺苷和双嘧达莫的潜在不良反应包括头晕、头痛、面部潮红、恶心、胸部不适、腹部不适以及呼吸困难。更严重的不良反应包括低血压、严重心动过缓、二度或三度心脏传导阻滞和支气管痉挛（常可通过减少剂量、停止给药或给予氨茶碱来缓解上述不良反应）。应用腺苷后可引起ECG改变。ST段压低（>1mm）提示缺血并可能有严重的（左主干或3支血管病变）冠状动脉疾病。对于有血管扩张剂禁忌证的患者，可以应用多巴酚丁胺。多巴酚丁胺是一种变力药物，具有儿茶酚胺样作用，可通过激活心肌的肾上腺素能受体来提高心率和收缩力。其潜在不良反应包括胸痛、呼吸困难、面部潮红、心悸和恶心。

目前已有多种显像方法，包括同日单核素静息-负荷或负荷-静息显像，同种核素2日显像法，或双核素显像（一种核素用于静息显像，而另外一种用于负荷显像，如 ²⁰¹TI和 ^99mTc-MIBI）。采集方法也各不相同，但是患者通常取仰卧位，在180°范围内（由右前斜位45°至左后斜位45°间）采集60～64幅投照图像，每幅采集15～20秒。在仰卧位显像的基础上，偶尔会加用俯卧位显像，该体位可使前壁与膈肌分开，从而减少了膈肌干扰造成的伪影。

总采集时间取决于探头的个数和构造、每个采集相之间的角度以及每个采集相的采集时间。无论是静息还是负荷显像，用双探头（90°夹角）旋转180°采集60幅图像，每幅采集20秒，总采集时间可以在12分钟以内。注射后多长时间显像取决于显像方法、核素种类（ ²⁰¹TI会短一些）和负荷的方法（运动会短一些）。这些时间各不相同，但最终都是为了减少肝脏和膈下的胃肠道组织的放射性伪影。

有几种伪影的存在与患者自身情况和显像设备有关。与患者自身情况相关的伪影包括软组织、乳房、胸壁、膈肌造成的放射性衰减和脏器重叠引起的放射性增强。患者在采集过程中的移动会造成水平和垂直方向的伪影。在 ²⁰¹TI运动负荷显像时，运动后立即采集图像就会出现一种称为“向上位移”的现象。运动刚结束时，由于呼吸深度增加，膈肌的动度明显增加；当呼吸深度减低时，膈肌在胸腔中的位置就会上升，进而造成采集时心脏向上方运动，形成了膈肌的“位移”伪影。在左束支传导阻滞或起搏节律时，可以看到室间隔的伪影。在静息状态下，很多左束支传导阻滞患者都有室间隔不同步（由左束支传导阻滞引起）的表现，运动后心率提高时，室间隔不同步会更加明显。有研究表明，室间隔的血流是可变的。用血管舒张药物（双嘧达莫或腺苷）进行负荷试验，可以避免明显的心动过速，能够减少这类问题的发生，因而适用于左束支传导阻滞或起搏节律患者。

对于有冠状动脉疾病中等风险但不适宜进行常规平板运动试验的患者，例如无运动能力和基础ECG异常的患者，包括预激综合征（Wolff-Parkinson-White综合征）心室起搏节律、左束支传导阻滞或静息状态下ST段压低>1mm的患者，进行负荷SPECT对诊断会有很大的帮助。已发表的数据显示，检测出严重冠状动脉疾病（经冠状动脉造影证实）的灵敏度为85%～90%，特异度为70%～75%。这些数据未经过引介偏倚（又称为核实偏倚）的校正。

ECG负荷试验灵敏度与特异度的数据（同样未经引介偏倚校正）也已发表。与ECG负荷试验相比，负荷显像的优势是具有更高的灵敏度。负荷SPECT的优势还在于：可在更多的患者中获得高质量的图像，而不需考虑体型或其他混杂因素（如慢性阻塞性肺疾患）；对于左束支传导阻滞或心室起搏的患者，因上述原因存在静息室壁运动异常或收缩不同步时，局部缺血的诊断准确度更高。

在所有无创性负荷影像技术中，负荷SPECT的预后评估数据最多。众多的研究均证实了负荷SPECT显像的预后评估价值。可用于评估预后的参数有很多，其中，最重要的是左心室射血分数和心肌灌注。心肌灌注显像正常的患者，总体来说，发病风险很低，每年发生“严重”心脏事件（心源性死亡或非致死性心肌梗死）的几率<1%。但是，上述范围内不包含某些特殊亚组的患者，其中包括糖尿病患者、药物负荷后（特别是应用腺苷或双嘧达莫后）有ECG缺血改变的患者。心肌灌注显像异常的患者，发生心脏事件的风险与异常的程度成正比。灌注缺损的范围与严重程度都是重要的预后判定因素，合并后可用于计算总分。负荷总分反映了梗死与缺血心肌的总体状况，其预后评估的价值强于异常总分（缺血心肌的范围和严重程度）。

负荷SPECT提供的预后信息具有丰富的临床和实际应用价值。在很多患者亚组中，负荷SPECT均具有预后评估价值，其中包括女性、老年、糖尿病患者以及平板运动验结果提示中等风险的患者。对于拟行中等或高风险手术的患者，负荷SPECT也具有很好的术前评估价值。有缺血表现的患者，围术期事件发生率为15%～20%，而显像正常的患者仅为2%～3%。

可应用负荷SPECT对既往有冠状动脉旁路移植术或介入治疗病史的患者进行风险分层。指南推荐：负荷显像可用于评估冠状动脉重建术后有症状的患者（Ⅰ类适应证），其作用优于平板运动试验。冠状动脉重建术后无症状的患者多久应进行1次负荷显像尚无定论，指南目前建议不应超过3年。

从不典型胸痛到急性心肌梗死，无论患者的临床表现如何，均可采用心肌灌注显像进行评估。对于有胸痛症状，ECG无诊断价值，怀疑有急性冠状动脉综合征的急诊患者，某些情况下可用静息心肌灌注显像进行评估。 ^99mTc标记药物极少再分布的特性允许在患者胸痛时注射药物，而在晚些时候，即胸痛消退后进行显像。急性期静息显像的灵敏度和阴性预测值很高；然而，一旦发现存在灌注缺损，单凭静息图像是不能分辨急性缺血、急性梗死或慢性梗死的。

还可应用负荷SPECT显像对不稳定型心绞痛或非ST段抬高型心肌梗死患者进行评估，其中包括对早期保守治疗的患者进行风险分层，或评估冠状动脉造影所见狭窄的血流动力学改变。ST段抬高型心肌梗死患者不适宜进行急诊显像。临床低风险和中等风险的患者，在ST段抬高型心肌梗死的慢性期（3～21天）内，进行早期保守治疗时，可以应用负荷SPECT进行风险分层，并筛选适合冠状动脉造影的患者。负荷显像提供的有用信息包括灌注情况、左心室射血分数、局部室壁运动和检测存活心肌。梗死区域以外存在缺血或灌注缺损提示患者有很高的风险。

“冬眠”是指长期低灌注引起的一种可恢复性慢性心肌收缩功能不全状态，心肌血流灌注恢复后，心脏功能也能复原。冬眠要与“心肌顿抑”相鉴别，后者是指短暂的血流灌注减少引起的心肌收缩性降低。存活心肌通常具有以下特征：保持胞膜完整性、保持葡萄糖代谢、收缩力储备。这些特征均可以用核医学技术（SPECT和正电子发射断层显像）进行评估。

²⁰¹TI静息显像存活心肌检测包括即时显像和4小时、24小时延迟显像。即时显像时， ²⁰¹TI的早期摄取与心肌血流灌注成正比。正常灌注的心肌能迅速清除 ²⁰¹TI，而灌注不良心肌的 ²⁰¹TI清除十分缓慢。随着时间的延长， ²⁰¹TI通过再分布在这些区域达到平衡，从而可在延迟显像中显示出心肌存活状况。静息图像上 ²⁰¹TI摄取减少或缺损，且最终也没有进一步摄取 ²⁰¹TI时，提示心肌瘢痕。 ^99mTc-MIBI也可进行存活心肌的检测，它的摄取依赖于细胞膜和线粒体功能的完整。由于 ^99mTc-MIBI极少再分布，这种方法可能会低估极重度狭窄血管供血区域的存活心肌。为了提高 ^99mTc-MIBI判断存活心肌的准确性，采取了以下一些措施：进行4小时的再分布显像、定量分析灌注缺损区 ^99mTc的活性、同时进行门控室壁运动检测以及获得硝化增强的图像。目前，最理想的评估存活心肌的技术是采用正电子发射计算机断层显像技术进行氟-18标记的氟脱氧葡萄糖代谢显像。

心脏核医学是临床实践中非常有用的技术手段，但它也有局限性。心脏核医学显像的整个过程包括采集、处理、阅片等，各步骤都需要高素质、经验丰富的人员。核医学显像有射线辐射，价格较贵。由于这些原因，应将其应用于有恰当适应证的患者。