医学仪器ECT的原理和应用

核医学仪器ECT的原理和应用图5BGO/GSO晶体构成的DOI探测器也有一些研究者试图利用输出脉冲分布的差别来鉴别作用深度的。对于BGO/GSO晶体组成的探测器〔3〕，由于BGO晶体与GSO晶体的光输出量差别很大，如图5所示。因此只要选择一个合适的能量的阈值就可鉴别是BGO事件还是GSO事件。日本滨松公司的清水、山下贵司和渡边光男等人，使用两个PS-PMT同时耦合在BGO晶体阵列的两端构成了一种新型探测器。如图6a所示。这样伽马射线的作用深度可以通过计算两个PS-PMTs的输出信号之比而得到。图6新型DOI探测器2基于半导体器件的PET探测器之所以用半导体器件来构造探测器主要是因为PMT对磁场敏感;二是PMT需要较高的电压,普通的PMT需要-1600V左右，PS-PMT需要-800V左右，而半导体器件只需要-200V左右的电压;三是PET的分辨率受到PMT的尺寸限制，现代的工业技术还无法做出像半导体器件一样大小的PMT四是PMT的价格昂贵。利用Si-PD或APD等常规半导体器件加上闪烁晶体构造PET探测器成为一个重要的研究方向。而且使用半导体器件,也为开发新型的DOI探测器创造了条件。图6b显示了由美国加州大学(UCLA)的Moses和Derenzo设计的一种新12核医学仪器ECT的原理和应用型PET探测器。8×8的PIN-PD阵列耦合在闪烁晶体阵列的一端，而闪烁晶体阵列的另一端耦合在光电倍增管上，因此利用PIN-PD和PMT的输出信号比，可以得到伽马射线的作用深度。另一种新型PET探测器是利用半导体材料,如CdTe，CdZnTe等。这种探测器的优点是直接把伽马射线转换成电子，而不再借助于闪烁晶体。最近的实验表明利用CdZnTe可以获得高的能量分辨率，可惜的是它的时间分辨率极低。而PET系统要求要有高的时间分辨率来消除随机噪声。利用CdZnTe构造的PET探测器要实用化，还有很长的一段路要走,最近的实验表明CdTe形成的载流子的速度比CdZnTe要快，因而有可能获得高的时间分辨率，在PET应用领域，一些研究者预言CdTe要取代CdZnTe。3.4关于PET/CT、SPECT/PET3,4,5,63.4.1PET/CT设备概况自从1998年8月第1台PET—CT安装于匹兹堡大学并在1998-2000年间原型机完成300例临床PET—CT显像后。2001年第1台商业性PET—CT问世。就技术内涵而言，目前PET—CT扫描系统并不是一个全新的影像诊断系统。它实际上是将PET和CT二套设备有机地组合在一起．其中包括了一台PET扫描仪。一台CT扫描仪以及将二种扫描图像进行连接和共同处理的计算机软件操作平台。三位一体成为单机复合影像系统。PET—CT设备是将反映人体组织、脏器高分辨率解剖结构的CT和在蛋白质、RNA、DNA水平进行分子影像研究的PET两者有机融合在一起全新、最先进的功能分子影像设备。是近年来在所有大型医疗设备中增长速度最快的医疗影像设备。PET—CT目前主要用于对肿瘤、神经系统、心脏等疾病早期诊断、治疗方案的选择和对治疗效果进行监测。3.4.2PET—CT的工作原理PET图像揭示人体内部的分子代谢活动。但是图像解剖结构不清楚：而CT图像显示了人体组织的解剖结构。所以PET／CT从根本上解决了核医学图像解剖结构不清楚的缺陷。同时又采用CT图像对核医学图像进行全能量衰减校正。是核医学图像真正达到定量的目的并且提高诊断的准确性。实现了功能图像和解剖图像信息的互补。13核医学仪器ECT的原理和应用3.4.3PET与PET—CT的比较PET和CT采用相同的定位系统。加上螺旋CT成像的灵活性．可将CT图像重建成和PET相同的层厚。真正实现了像素对像素的融合。克服了PET图像空间分辨率不足的问题。PET—CT与单纯PET机型相比有了很大的进步。PET—CT是在原有能够反映示踪剂体内分布的功能分子影像设备PET的基础上。与能够反映组织解剖结构的影像设备CT结合。同时提供PET图像与CT影像。并进行图像融合的影像设备。这种一体化机型将PET扫描仪与CT扫描仪装配在同一机架内。二者共用同一检查床。由同一计算机工作站控制．在受检者不动的前提下。一次检查就完成两项扫描。从图像质量来讲，可明显缩短显像时间、改善图像质量。PET—CT是目前分子显像最先进的医疗设备。对改善医院的设备和提高医疗技术水平将是十分必要的。PET—CT现已更新到第二代，第二代PET—CT能够明显缩短检查时间。诊断的灵敏度和特异性显著提高。该设备通过强强联合的方式，将在细胞和分子水平反映生理和病理特点的功能分子影像技术——PET显像与在组织水平上反映生理和病理解剖结构变化的影像技术——CT相结合。同时提供PET图像与CT影像。并进行真正意义上的图像融合。3.4.4PET／CT的临床应用PET—CT临床应用广泛。目前主要用于对肿瘤、神经系统、心脏等疾病早期诊断治疗方案选择和治疗效果监测。特别是在肿瘤的定性定位诊断．良恶性的鉴别诊断。临床分期与再分期、治疗方案的选择与疗效评价以及复发的监测等方面具有重要意义。与单纯PET相比。其具有图像采集时间更短，定位更加准确等优势。随着PET／CT设备硬件和软件的不断完善。PET／CT在临床的应用已经非常广泛。除对肿瘤诊断得到广大临床工作者认可外。对心血管系统和神经诊断也取得了突破性进展。3.4.5SPECT/PET--带有符合线路的SPECTSPECT/PET是在双探头SPECT的基础上增加了探测双光子的符合线路，因此，这种类型的SPECT既可进行常规的单光子探测，同时又可以转换到符合探测状态进行双光子探测，也就是利用SPECT的双探头来采集FDG正电子药物在组织内经过湮没辐射后产生的180°正反两个方向的一对高能γ光子。从单光子探测转换到双光子探测一般只需5min，由于这种类型的SPECT不仅具有常规的14核医学仪器ECT的原理和应用SPECT功能，而且还具备PET的符合探测功能，所以称之为SPECT-PET。SPECT—PET技术的首要条件必须是以数字式双探头SPECT为基础，探头的每一个光电倍增管后面有一个数模转换器，并以软件来控制死时间，这样，计数率和灵敏度都得到了较大提高，分辨率也得到了改善。另外，SPECT-PET探头的晶体厚度由原来的3／8英寸增加至5／8英寸，因为常规型SPECT探头采用3／8英寸厚的晶体能充分捕捉核TC所放出的γ射线，而SPECT-PET探头采用5／8英寸厚的晶体，因为正电子湮没辐射放出的γ射线为511Kev的高能射线，如果使用3／8英寸厚的晶体。那么一部分射线就会穿过晶体，灵敏度就会降低。即使采用5／8英寸厚的晶体，但实际上还不能充分地捕捉信号，所以灵敏度没有PET高。但是，晶体厚度太厚，单光子采集时的图像分辨率就会大大降低，SPECT的常规功能就会受到影响，因此，SPECT—PET探头晶体厚度采用5／8英寸是合适的，这样既以单光子控测的图像质量影响不大，又能保证较好的双光子探测图像。从操作技能方面来说，为了保障单光子探测与符合探测的图像质量，进行单光子发射成像时，要把装有多孔准直器的探头尽可能接近患者进行采集，不然图像质量就会下降。使用符合线路成像时，两个探头必须始终成180°以采集相反方向的一对γ射线，这时，多孔准直器成了采集信号的障碍，因此不用多孔准直器，而换上符合成像时使用的特殊屏蔽装置，以减少被检视野之外的散射线，从而减少随机符合，提高图像质量。并且做符合探测时，两个探头应该拉开至最大限度，以保证旋转采集时能得到各个角度的信号。99m素从实用价值来评估，SPECT-PET的售价在60万美元左右，而PET系统倍价有250至300万美元之间，而SPECT—PET既具备常规的SPECT功能，又能实现部分PET功能，且获了较好的临床效果，基本上能满足临床的要求。因此，SPECT—PET不失为一种比较实用的机型。四、总结和展望纵观核医学影像仪器的发展历程，从闪烁扫描机、γ照相机、单光子发射计算机断层成像（SPECT）以及正电子发射计算机断层成像（PET），再到SPECT/CT、SPECT/PET和PET/CT。随着新技术、新材料的不断出现以及计算机软件应用的发展，势必会把核医学影像带入到一个又一个新的高度。参考文献[1]多功能ECT的发展和现状，许锋，北京大学第三医院医学工程处15核医学仪器ECT的原理和应用16[2]PET探测器的现状及发展趋势，刘华锋鲍超，浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，山下贵司，日本滨松光子学公司中央研究所[3]PET／CT的原理及临床应用，尚辉，医疗设备信息，2005，20(11)：20．[3]PET/CT机的设备原理及其临床中的应用，房爱玲，中国医学装备，2006年12月第3卷第12期[4]核医学的新武器INFINIA型SPECT／PET+CT，芦铭，医疗设备信息，2005，20(11)：37[5]核医学影像设备的新进展带有符合线路的SPECT简称SPECTPET，钱英张尤仁常国钧，江苏省人民医院，南京医科大学第一附属医院，MedicalEquipmentVoL14，No．12[6]PET/CT的最新进展，钱英，南京医科大学一附院江苏省人民医院临床医学工程处,江苏南京，医疗设备信息