1、第八章 核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備第一節(jié) 概述第二節(jié) 照相機(jī)第三節(jié) SPECT第四節(jié) PET和 PET-CT黃榕第一節(jié) 概述一、發(fā)展簡(jiǎn)史二、分類及應(yīng)用特點(diǎn) 核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的主要特點(diǎn) 伽瑪相機(jī)、SPECT與CT、MR的主要不同點(diǎn)是前者側(cè)重功能成像，空間分辨力低，無(wú)法準(zhǔn)確定位；而后者側(cè)重解剖成像，空間分辨力高，定位準(zhǔn)確。PET-CT則結(jié)合了PET功能成像好的優(yōu)勢(shì)及CT解剖結(jié)構(gòu)好的優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的代表。PET-CT圖像發(fā)展思路和發(fā)展歷程一、相機(jī)1、 相機(jī)概況2、 相機(jī)的發(fā)展 模擬到數(shù)字3、 相機(jī)的不足之處4、解決方案 SPECT 多發(fā)骨折發(fā)展思路和發(fā)展歷程2、SPECT的不足之處（1）乃用機(jī)械準(zhǔn)直

2、器，檢測(cè)靈敏度低。（2）藥物還是用锝， 锝不直接參與代謝， 因此特異性不好。3、解決方案 PET發(fā)展思路和發(fā)展歷程四、PET-CTPET-CT的特點(diǎn)圖像融合 PET-CT把PET的圖像和CT圖像融合在一起，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)互補(bǔ)，大大提高了診斷的準(zhǔn)確率。 PET-CT二、 分類及應(yīng)用特點(diǎn)（一）分類1、 相機(jī) 2、SPECT 3、PET4、PET-CT SPECT圖像采集應(yīng)做好以下工作： 采集前應(yīng)仔細(xì)擺好病人位置，使被檢查的體層臟器在任何方位都置于探頭的視野內(nèi)，最好位于視野中心。 注意采集時(shí)間 還應(yīng)注意對(duì)準(zhǔn)直器的選擇，一般用平行孔型準(zhǔn)直器，為了補(bǔ)償空間分辨力損失以采用低能高分辨力準(zhǔn)直器為宜。應(yīng)用特點(diǎn)3、

3、PET PET被認(rèn)為“在核醫(yī)學(xué)史上奠定了一個(gè)劃時(shí)代的里程碑”。 與SPECT相比，其特點(diǎn)是： 所用發(fā)射正電子的放射性核素，如碳11、氮13、氧15等都是人體組織的基本元素，易于標(biāo)記各種生命必需的化合物及其代謝產(chǎn)物或類似物而不改變它們的生物活性，且可參與人體的生理、生化代謝過(guò)程，準(zhǔn)確地反應(yīng)機(jī)體的代謝情況。應(yīng)用特點(diǎn)PET不用機(jī)械準(zhǔn)直器，而是用電子準(zhǔn)直的方法，因此檢測(cè)靈敏度大大提高均勻度好，有利于圖像的重建真正的三維探測(cè)技術(shù) PET與SPECT相比，具有靈敏度高和能用于較精確定量分析的優(yōu)點(diǎn)，加上所用核素多為人體組織天然元素的同位素，能進(jìn)行真正的示蹤研究，故PET已成為當(dāng)前最理想的定量代謝顯像設(shè)備。思

4、考題、討論題、作業(yè)：1、與CT、MR相比，核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 有什么特點(diǎn)？2、與SPECT相比，PET有哪些特點(diǎn)？3、簡(jiǎn)述核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的發(fā)展思路 和發(fā)展歷程。第二節(jié) 照相機(jī)一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理二、準(zhǔn)直器三、閃爍晶體思考題、討論題、作業(yè)：1、準(zhǔn)直器的作用是什么？對(duì)成像有何影響？2、NaI（Tl）閃爍晶體的作用是什么？使用中應(yīng)注意什么問(wèn) 題？一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理1、基本結(jié)構(gòu) p2282、工作原理 p2283、系統(tǒng)框圖4、探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖二、準(zhǔn)直器（一）作用定位（二）主要性能參數(shù) 1、空間分辨力 2、 靈敏度 3、適用能量范圍 （三）類型（四）實(shí)際性能準(zhǔn)直器的分類1、按幾何形狀分為四類（1）針孔型

5、 （2）平行孔型（3）擴(kuò)散型 （4）會(huì)聚型2、按適用的能量范圍分為三類（1）低能 （2）中能 （3）高能3、按靈敏度和分辨力分為三類（1）高靈敏型 （2）高分辨型（3）通用型第三節(jié) SPECT一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理二、探測(cè)器三、機(jī)架四、控制臺(tái)五、計(jì)算機(jī)六、外圍設(shè)備思考題、討論題、作業(yè)：1、SPECT與CT有何不同？2、SPECT通常由哪些硬件組成？3、畫出SPECT的結(jié)構(gòu)框圖。雙探頭SPECT一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理1、主流機(jī)型伽瑪照相機(jī)型2、雙探頭、三探頭SPECT的優(yōu)點(diǎn)3、SPECT的基本工作原理圖 p2334、SPECT的結(jié)構(gòu)框圖 （圖8-8）SPECT的結(jié)構(gòu)框圖第四節(jié) PET一、基本結(jié)構(gòu)

6、與工作原理二、探測(cè)器三、機(jī)架四、計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備五、圖像融合設(shè)備PET-CT的基本結(jié)構(gòu)與原理思考題、討論題、作業(yè)：1、什么叫電子準(zhǔn)直？電子準(zhǔn)直有何優(yōu)點(diǎn)？2、PET與SPECT相比有何不同？有哪些優(yōu)點(diǎn)？3、什么叫圖像融合？PET-CT有何優(yōu)點(diǎn)？基本結(jié)構(gòu)與工作原理 PET的基本結(jié)構(gòu)與SPECT的基本結(jié)構(gòu)相同，主要由探測(cè)器、機(jī)架、控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備組成。圖8-11為全身用PET結(jié)構(gòu)示意圖。GE產(chǎn)PET-CT基本結(jié)構(gòu)與工作原理用小型回旋加速器產(chǎn)生的11C、13N、15O和18F都是在放出正電子的同時(shí)，衰變成相應(yīng)的同位素。將其標(biāo)記在水、氧、糖、氨基酸等代謝物質(zhì)上，注射給病人，通過(guò)攝像，將生理的、藥

7、理的、生化的過(guò)程等轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像 。回旋加速器藥物制備室基本結(jié)構(gòu)與工作原理正電子發(fā)射體發(fā)射出的正電子(+)在極短時(shí)間內(nèi)與其鄰近的電子(-)發(fā)生碰撞而發(fā)生湮沒(méi)輻射，即在二者湮沒(méi)的同時(shí)，產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的能量皆為51lkeV的光子。 基本結(jié)構(gòu)與工作原理兩個(gè)相對(duì)的閃爍探頭加符合電路組成湮沒(méi)符合探測(cè)裝置。上述兩個(gè)方向相反的光子可以同時(shí)分別進(jìn)入這兩個(gè)探頭，通過(guò)符合電路形成一個(gè)Z信號(hào)，而被探測(cè)到(圖8-12)。 基本結(jié)構(gòu)與工作原理湮沒(méi)輻射發(fā)生的位置限于這兩個(gè)探頭的有效視野內(nèi)，故探頭視野越小，Z信號(hào)的定位范圍越窄，精度(空間分辨力)越高。凡在此視野外或在此視野內(nèi)發(fā)生的湮沒(méi)輻射，所產(chǎn)生的兩個(gè)光子不能同時(shí)入射兩個(gè)探

8、頭者，皆不能形成符合信號(hào)而不能被記錄。 基本結(jié)構(gòu)與工作原理可見這種位置探測(cè)不需要一般的屏蔽型準(zhǔn)直器，而是依靠?jī)蓚€(gè)光子的特殊方向和符合電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故稱為“光子準(zhǔn)直”或“電子準(zhǔn)直”。由于免去了一般的屏蔽型準(zhǔn)直器，極大地提高了探測(cè)靈敏度(一般準(zhǔn)直器擋去90以上的應(yīng)該入射視野的射線)。基本結(jié)構(gòu)與工作原理 PET與照相機(jī)和SPECT相比 具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、不需要準(zhǔn)直器；2、檢測(cè)靈敏度高；3、本底小，分辨力好；4、易于吸收校正；5、可正確定量。 基本結(jié)構(gòu)與工作原理PET是專門為探測(cè)體內(nèi)湮沒(méi)輻射并進(jìn)行體層顯像的儀器，最常用的探頭是由數(shù)百個(gè)成對(duì)分布的小型閃爍探測(cè)器組成的環(huán)形裝置。人體置于環(huán)中，體內(nèi)的湮沒(méi)輻射

9、產(chǎn)生。成對(duì)光子乃可投影到相應(yīng)的成對(duì)探測(cè)器中，四周眾多探測(cè)器獲得的這些投影信息就可以重建體層影像(圖813)，影像重建的原理和方法與X線CT和SPECT基本相同。 二、探測(cè)器為了探測(cè)正電子核素產(chǎn)生的高能光子探測(cè)器的晶體面積一般較小而厚度大。現(xiàn)在用作PET的閃爍晶體95為鍺酸鉍(BGO)，主要因?yàn)樗灰壮苯猓泻芨叩拿芏龋?.13g/cm3）,對(duì)51lkeV光電子的線性衰減系數(shù)為0。92cm，因此探測(cè)效率高(50kcpm37kBqMI-1)，比NaI(T1)高10倍。它可以被切割成甲3mm的小塊，使FWHM近乎極限值(2。526mm) 二、探測(cè)器BGO的缺點(diǎn)是發(fā)光衰減常數(shù)較長(zhǎng)，影響了時(shí)間分辨力，這

10、對(duì)提高空間分辨力不利，因此發(fā)光衰減常數(shù)低的其它晶體也被廣泛研究利用，如CsF和BaF2等 。二、探測(cè)器飛行時(shí)間技術(shù) 在成對(duì)探測(cè)器探測(cè)視野內(nèi)的一對(duì)光子到達(dá)兩個(gè)探頭的時(shí)間可能有差別(t)，也可能無(wú)差別(t=0)，根據(jù)t和光速可計(jì)算出發(fā)生湮沒(méi)輻射的確切位置，這是近年為提高空間分辨力的又一技術(shù)進(jìn)展，稱為飛行時(shí)間(time off light)技術(shù)。若能將它與盡可能小的晶體結(jié)合起來(lái)，就有可能進(jìn)一步提高PET的空間分辨力。二、探測(cè)器PET的另一個(gè)特點(diǎn)是用互成180的兩個(gè)探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)，故湮沒(méi)輻射的位置深度對(duì)測(cè)量結(jié)果無(wú)明顯影響，并可以得到極正確的衰減校正(SPECT的衰減校正問(wèn)題從數(shù)學(xué)上尚未徹底解決，故稱為

11、相對(duì)校正)，因此可用實(shí)測(cè)數(shù)和經(jīng)衰減校正的真實(shí)數(shù)進(jìn)行“絕對(duì)”定量分析(精度為土10)，遠(yuǎn)優(yōu)于SPECT(精度為土25土50)。三、機(jī)架機(jī)架主要用來(lái)固定探測(cè)器并使其在機(jī)架上以某種方式運(yùn)動(dòng)。為提高性能，一些環(huán)形PET帶有旋轉(zhuǎn)裝置，其探測(cè)器排列方式是在直徑50l00cm的圓周上，將數(shù)十?dāng)?shù)百個(gè)鍺酸鉍(BGO)或氟化鋇閃爍晶體呈環(huán)形排列成14列均等的圓形，并且在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下做圓周運(yùn)動(dòng) 。三、機(jī)架PET與SPECT的最大不同，在于各自的準(zhǔn)直方法，由于PET采用的是電子準(zhǔn)直方法，所以在機(jī)架上沒(méi)有SPECT所使用的鉛準(zhǔn)直器。 三、機(jī)架在機(jī)械系統(tǒng)方面，PET與SPECT的要求一樣，一般要求穩(wěn)定、可靠，安全

12、，還應(yīng)能迅速靈活地調(diào)整定位，采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)、精確，旋轉(zhuǎn)中心準(zhǔn)確 。四、計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備PET的計(jì)算機(jī)與SPECT的計(jì)算機(jī)的工作原理與功能基本相同，但由于在生產(chǎn)年代上PET比SPECT晚，所以所采用的計(jì)算機(jī)主頻、內(nèi)存容量、硬盤容量及其它硬件的配置上都要高一些 。五、圖像融合設(shè)備的結(jié)構(gòu)與原理PET-CT融合設(shè)備就是將PET和螺旋CT整合成一臺(tái)設(shè)備它是通過(guò)一個(gè)較長(zhǎng)的檢查床將兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、共軸的設(shè)備相連接，兩個(gè)設(shè)備保持一個(gè)合理的距離，以避免電磁干擾，CT和PET的掃描檢測(cè)也是分別進(jìn)行，數(shù)據(jù)也是先由各自的工作站處理重建。 五、圖像融合設(shè)備的結(jié)構(gòu)與原理以GE Discovery LS型PET-CT

13、設(shè)備為例，它是由Advance NXi PET和LightSpeed Plus CT組合而成，CT和PET都是由6個(gè)連續(xù)的、長(zhǎng)約146mm的掃描單元構(gòu)成，掃描長(zhǎng)度范圍共計(jì)867mm。 五、圖像融合設(shè)備的結(jié)構(gòu)與原理而siemens ECTA-biograph PET-CT設(shè)備的PET部分采用鍺酸鉍探測(cè)器塊，155mm軸向視野，32個(gè)探頭環(huán)，可同時(shí)掃描63個(gè)層面、層厚為245mm的圖像，可以進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)三維采集和圖像重建。 五、圖像融合設(shè)備的結(jié)構(gòu)與原理CT部分使用螺旋CT，掃描層厚110mm。PET和CT可各自獨(dú)立使用或聯(lián)合使用，一次掃描可獲得PET、CT及PET與CT的融合圖像，達(dá)到了取長(zhǎng)補(bǔ)短、信息互補(bǔ)的目的 。五、圖像融合設(shè)備的結(jié)構(gòu)與原理 目前PET-CT主要的應(yīng)用領(lǐng)域是腫瘤診治和療效分析。CT可清晰地顯示腫瘤的形態(tài)、大小和部位氟18脫氧葡萄糖PET，代謝活性增加，有助于惡性腫瘤的定性診斷，從而提高腫瘤的早期診斷、TNM分期，以決定治療方案和療效監(jiān)測(cè)、分析等。