第8章 核医学成像设备

伽玛照相机人体骨骼的全身γ成像内容导览概述核医学成像的基本部件单光子发射型计算机断层扫描仪正电子发射型计算机断层扫描仪第一节概述•核医学，又称原子（核）医学•核医学是研究同位素及核辐射的医学应用及理论基础的科学•核医学最重要的特点是能提供身体内各组织功能性的变化，而功能性的变化常发生在疾病的早期•核医学显像具有简单、灵敏、特异、无创伤性、安全、易于重复、结果准确等特点核衰变及放射性简介放射性：原子核自发地放射各种射线的现象称为放射性与核外电子状态的改变关系很小，外界的温度、压力、电磁场都不能抑制或显著改变射线的发射放射性现象是由原子核的变化引起的是通过在人体内注入可以发射γ射线的放射性同位素(核电荷数同)来实现的。核医学成像与MRI方法不同基本工作原理是脏器内外或脏器与病变之间放射性浓度差别为基础的脏器或病变显像法1、具有能够选择性聚集在或流径特定脏器或病变的放射性核素或其标记化合物,使该脏器或病变与邻近组织之间放射性浓度差别达到一定程度.放射性核素或标记化合物称显像剂2、利用核医学成像仪器(γ照相机、SPECT、PET)探测到这种浓渡差，并根据需要按一定方式将它们显示成像，即显示脏器或病变组织的影像。显像剂探测放射性浓度差别Γ照相机、SPECT、PET是探测放射性核素或标记化合物在脏器、组织的摄取、分布、代谢等特点达到成像的目的与其他影像主要区别成像取决于脏器、组织的血流、细胞功能、细胞数量、代谢活性和排泄引流情况等因素不是组织密度功能显像CT、MRI、超声是解剖形态学,无需显像剂.核医学成像放射性同位素成像正常组织病变之间与的浓度差别为基础的脏器或病变显像方法放射性药物放射性药物的空间分布是时间的函数放射性同位素的使用要有一个重要的时间维通过这种测量取值范围在毫秒到分钟用以评估具体器官基本功能,这项技术被称做动态平面闪烁成像法根据所用的放射性核素的不同，放射性衰变会产生α、β、γ和X射线α、和β粒子非常小不能从体中射出形成图像X、γ射线在穿过身体的各种组织的时候并不会遇到很多困难一般来说，核医学成像系统只检测能量大干50kev的光子（γ射线）。可了解其生物学功能或者确定某些疾病所在位置这种信息之所以重要是因为它无法由其他的成像技术提供有关的生理和生化信息用放射性同位素成像获得一些和相关病理变化的前兆有效的放射性化学药物拥有的特性大致上分为三种：药物屑性、物理属性和化学属性•核医学成像的基本条件：–放射性药物（标记化和物）–核医学成像设备核医学影像设备是指探测并显示放射性核素药物(俗称同位素药物)体内分布图像的设备。•（二）放射性成像的基本过程•1.放射性或标记化合物的制备以放射性示踪法为基础，针对不同的靶器官或靶细胞、不同的部位和不同的检查目的，制备相应的放射性示踪剂。•2.将放射性示踪剂引入体内通过注射、口服等方法将示踪剂引入体内，示踪剂在体内根据其化学及生物学的行为特性，经生理生化、生理、病理、排泄等因素积聚浓缩于特定的靶器官和组织，形成体内的随空间和时间而分布不同的图像。•3.体外测定γ射线靶器官或组织放射性释放穿透组织的γ射线，使用灵敏的放射性探测器可以很容易地在人体外表探测到它们分布的所在位置，并定量地测定其大小并转换成电信号。•4.数据处理对采集到的基本图像信息送入电子计算机系统中，进行一系列的校正，再经处理或重建成为图像数据。•5.图像显示与储存由计算机重建而成的基本图像，再以灰阶、彩色、动态、三维层面、表面三维立体、电影、双减影成像等方式将体层面的辐射分布重现为一个精确的核医学图像，即可以获得反映放射性在脏器和组织中浓度分布及其随时间变化的图像，显示出脏器和组织的形态、位置、大小及其功能结构的变化。•核医学影像检查ECT与CT、MRI等相比，能够更早地发现和诊断某些疾病。•核医学显像属于功能性的显像，即放射性核素显像。核医学仪器伴随着核医学这门学科的飞快的速度向前发展。核医学仪器与核医学本身是共生的,它渗透在整个核医学治疗的过程中,无论是过去单功能的测量仪还是现在综合大型检测仪,以及最新发展起来的各种治疗仪都推动核医学的发展。一、发展简史•1896年，法国物理学家贝克勒尔在研究铀矿时发现，铀矿能使包在黑纸内的感光胶片感光，这是人类第一次认识到放射现象，也是后来人们建立放射自显影的基础。•1898年，马丽·居里与她的丈夫皮埃尔·居里共同发现了镭，此后又发现了钚和钍等许多天然放射性元素。•1923年，物理化学家Hevesy应用天然的放射性同位素铅-212研究植物不同部分的铅含量，后来又应用磷-32研究磷在活体的代谢途径等，并首先提出了“示踪技术”的概念。•1926年，美国波士顿内科医师布卢姆加特（Blumgart）等首先应用放射性氡研究人体动、静脉血管床之间的循环时间，在人体内第一次应用了示踪技术。•1951年，美国加州大学的卡森（Cassen）研制出第一台扫描机，通过逐点打印获得器官的放射性分布图像，促进了显像的发展。•1957年，安格（HalO.Anger）研制出第一台γ照相机，称安格照相机，使得核医学的显像由单纯的静态步入动态阶段，并于60年代初应用于临床。•1959年，他又研制了双探头的扫描机进行断层扫描，并首先提出了发射式断层的技术，从而为日后发射式计算机断层扫描机—ECT的研制奠定了基础。•1972年，库赫博士应用三维显示法和18F-脱氧葡萄糖（18F-FDG）测定了脑局部葡萄糖的利用率，打开了18F-FDG检查的大门。他的发明成为了正电子发射计算机断层显像（PET）和单光子发射计算机断层显像（SPECT）的基础，人们称库赫博士为“发射断层之父”。•γ照相机对早期核医学发展起到过重要作用，但随着SPECT、SPECT/CT的出现，已经退史舞台。•随着计算机在核医学中应用，使核医学仪器趋向于“智能化”。现代核医学仪器的结构如按计算匹配方式可分为两种：①一是将计算机“嵌人”在核医学仪器中，控制整个仪器的运行；②另一种是将核S器连接在一个完整的计算机系统上，按照计算机的相应程序，获得信息和分析结果。•从计算机的角核医学仪器中的有关部件是它的输入设备，即所测到的电信号必须经过接口数字化,按照计算机能接受的格式组成数据才能输入计算机。•平面显像是重叠成像，存在的固有缺点:①微小的病变、深在的病变或放射性浓度改变较小的病变，常可被其前后的放射性掩盖而难以清晰显示;②不便于对放射性分布进行精确的定量计算。•体层显像克服了这些缺点。二、分类及应用特点1.γ相机•γ相机是核医学影像设备中最基本、最实用，而且最重要的一种。γ相机，又称闪烁照相机（ScintillationCamera），是一种能对脏器中的放射性核素分布进行一次成像和连续动态观察的仪器。该仪器主要由四部分组成，即闪烁探头、电子学线路、显示记录装置以及附加设备。探头是γ照相机的核心，其性能的好坏决定了整台机器性能机图像性能的好坏•准直器针孔型平行孔型发散孔型聚焦孔型•碘化钠（铊）闪烁晶体•光电倍增管（按一定距阵排列的，个数按晶体的大小而定）闪烁探头包括•放大器（前置放大器和主放大器）•单脉冲幅度高度分析器、•对信号进行存放和分批输人下一步电路的“取样保持线路”•均匀性校正线路电子线路包括•示波器•一步法照相机(Polaroidcamera)、•35mm定时照相机•实体放大器显示记录装置包括•随各生产厂家和型号的不同而多寡不一，使用者可根据工作开展的需要选购配置如数字记录器全身照相装置门电路装置等。随着γ照相机的改进，某些原属附件的装置已纳入主机,扩大了γ照相机的性能和功能。γ照相机的附加设备γ照相机作为一种无创伤性的诊断手段，其优点主要是:①通过连续显像，追踪和记录放射性药物通过某脏器的形态和功能进行动态研究;②由于检查时间相对较短，方便简单,特别适合儿童和危重患者检查;③由于显像迅速，便于多体位、多部位观察;④通过对图像相应的处理,可获得有助于诊断的数据或参数。2.ECT•发射式计算机断层（EmissionComputedtomography，ECT）是利用仪器探测人体内同位素动态分布成像，并通过计算机进行数据处理和断层重建，来获得脏器或组织的横断面、矢状面以及冠状面的三维图像的。它可以做功能、代谢方面的影像观察，是由电子计算机断层（CT）与核医学示踪原理相结合的高科技技术。•①可做断层显像，定位准确;•②可用来分析脏器组织的生理、代谢变化，做脏器的功能检查。ECT的主要特点是:•ECT分为两大类，一类是以发射单光子的核素为示踪剂的，即单光子发射计算机断层显像仪（singlephotonemissioncomputedtomography，SPECT）；而另一类是以发射正电子的核素为示踪剂的，即正电子发射计算机断层显像仪（positronemissiontomography，PET）。（1）SPECT•SPECT实际上就是一个探头可以围绕病人某一脏器进行360°旋转的γ相机，在旋转时每隔一定角度（通常是5.6°或6°）采集一帧图片，然后经电子计算机自动处理，将图像叠加，并重建为该脏器的横断面、冠状面、矢状面或任何需要的不同方位的断层、切面图像。•近年来为提高诊断的灵敏度、分辨率和正确性，同时缩短采集时间，双探头的SPECT也相继应用于临床中。SPECT同时也具有一般γ相机的功能，可以进行脏器的平面和动态（功能）显像。GE公司生产的SPECT设备及结构（1）使用的示踪剂适应面广，特异性高，放射性小，不干扰人体内环境的稳定。（2）时域解像精度不到千分之一秒。（3）保留了γ照相机全部平面显像的性能（4）分层脏器功能可以观察到脏器功能动态变化，化学物质在脏器内代谢分布、血管量的变化、肿瘤免疫及受体定位等信息。SPECT设备的特点SPECT能显示脏器或病变的血流、功能和代谢的改变，有利于疾病的早期诊断及特异性诊断，在临床当中的应用十分广泛。SPECT诊断的应用范围：（1）骨骼显像（2）心脏灌注断层显像（3）甲状腺显像（4）局部脑血流断层显像（5）肾动态显像及肾图检查（6）其它SPECT显像的主要临床应用•SPECT有两种类型：•多探头型（亦称扫描机型）多探头型SPECT的探头由多个小型的闪烁探测器组成，排列在圆周上，检查时探头做平动和转动两种运动，适用于快速动态研究。•γ照相机型。γ照相机型的SPECT是由高性能、大视野、多功能的7照相机和支架旋转装置、图像重建软件等组成，可进行多角度、多方位的采集数据，每采集一幅图像后，探头旋转一个角度继续采集下一幅图像，采集总角度为360。或180°,如心脏图像采集一般为180°,图像采集完毕存入硬盘以备图像重建。•图像采集是保证体层图像质量的基础，为了使图像采集精确可靠，应做好以下工作:①采集前应仔细摆好病人位置，使被检查的体层脏器在任何方位都置于探头的视野内，最好位于视野中心;②注意采集时间:为了提高统计精度，在病人耐受的情况下采集时间适当加长，平均总的采集时间为30分钟左右，例如脑血流体层时共采集60帧,每帧采集时间为30秒，则总采集时间为30分钟;③还应注意对准直器的选择:一般用平行孔准直器，但由于图像数据采集时病人体表与探头之间有一定的距离，空间分辨率有一定的损失，为了补偿空间分辨率损失，以采用低能高分辨率准直器为宜。如厂家提供的技术资料中，有不同脏器体层推荐采用的准直器类型，则可据此选用。（2）PET•PET是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先进的医学影像技术，它的空间分辨率明显优于SPECT。•PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素，如氟-18、氮-13、氧-15、碳-17等作为示踪剂注入人体，参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是组成人体的主要元素，利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子，被探头的晶体所探测，得到高分辨率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心脏、全身其它器官以及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。•PET在临床医学的应用主要集中于神经系统、心血管系统、肿瘤三大领域。与SPECT比较，其特点是:①所用发射正电子的