第九章核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備與應(yīng)用第8章核醫(yī)學(xué)影像教學(xué)目標(biāo)：熟悉核醫(yī)學(xué)的成像原理以及其作用與功能掌握成像的特點與優(yōu)缺點了解主要的核醫(yī)學(xué)新技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用第8章核醫(yī)學(xué)影像第九章核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備與應(yīng)用核醫(yī)學(xué)，又稱原子（核）醫(yī)學(xué)核醫(yī)學(xué)是研究同位素及核輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用及理論基礎(chǔ)的科學(xué)核醫(yī)學(xué)最重要的特點是能提供身體內(nèi)各組織功能性的變化，而功能性的變化常發(fā)生在疾病的早期核醫(yī)學(xué)顯像具有簡單、靈敏、特異、無創(chuàng)傷性、安全、易于重復(fù)、結(jié)果準(zhǔn)確等特點第8章核醫(yī)學(xué)影像9.1核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備簡介核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備是指探測并顯示放射性核素藥物(俗稱同位素藥物)體內(nèi)分布圖像的設(shè)備。核醫(yī)學(xué)影像檢查ECT與CT、MRI等相比，能夠更早地發(fā)現(xiàn)和診斷某些疾病。

核醫(yī)學(xué)顯像屬于功能性的顯像，即放射性核素顯像。第8章核醫(yī)學(xué)影像9.1.1核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備發(fā)展概況核醫(yī)學(xué)儀器伴隨著核醫(yī)學(xué)這門學(xué)科的飛快的速度向前發(fā)展。核醫(yī)學(xué)儀器與核醫(yī)學(xué)本身是共生的,它滲透在整個核醫(yī)學(xué)治療的過程中,無論是過去單功能的測量儀還是現(xiàn)在綜合大型檢測儀,以及最新發(fā)展起來的各種治療儀都推動核醫(yī)學(xué)的發(fā)展。第8章核醫(yī)學(xué)影像1.核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的發(fā)展歷史1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾在研究鈾礦時發(fā)現(xiàn)，鈾礦能使包在黑紙內(nèi)的感光膠片感光，這是人類第一次認(rèn)識到放射現(xiàn)象，也是后來人們建立放射自顯影的基礎(chǔ)。1898年，馬麗·居里與她的丈夫皮埃爾·居里共同發(fā)現(xiàn)了鐳，此后又發(fā)現(xiàn)了钚和釷等許多天然放射性元素。1923年，物理化學(xué)家Hevesy應(yīng)用天然的放射性同位素鉛-212研究植物不同部分的鉛含量，后來又應(yīng)用磷-32研究磷在活體的代謝途徑等，并首先提出了“示蹤技術(shù)”的概念。1926年，美國波士頓內(nèi)科醫(yī)師布盧姆加特（Blumgart）等首先應(yīng)用放射性氡研究人體動、靜脈血管床之間的循環(huán)時間，在人體內(nèi)第一次應(yīng)用了示蹤技術(shù)。第8章核醫(yī)學(xué)影像1951年，美國加州大學(xué)的卡森（Cassen）研制出第一臺掃描機，通過逐點打印獲得器官的放射性分布圖像，促進(jìn)了顯像的發(fā)展。1957年，安格（HalO.Anger）研制出第一臺γ照相機，稱安格照相機，使得核醫(yī)學(xué)的顯像由單純的靜態(tài)步入動態(tài)階段，并于60年代初應(yīng)用于臨床。1959年，他又研制了雙探頭的掃描機進(jìn)行斷層掃描，并首先提出了發(fā)射式斷層的技術(shù)，從而為日后發(fā)射式計算機斷層掃描機—ECT的研制奠定了基礎(chǔ)。1972年，庫赫博士應(yīng)用三維顯示法和18F-脫氧葡萄糖（18F-FDG）測定了腦局部葡萄糖的利用率，打開了18F-FDG檢查的大門。他的發(fā)明成為了正電子發(fā)射計算機斷層顯像（PET）和單光子發(fā)射計算機斷層顯像（SPECT）的基礎(chǔ)，人們稱庫赫博士為“發(fā)射斷層之父”。第8章核醫(yī)學(xué)影像2.當(dāng)前核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的應(yīng)用概況目前廣泛使用的單光子發(fā)射計算機斷層（SPECT），已從單探頭、雙探頭和三探頭，直至現(xiàn)在發(fā)展為帶衰減校正的能進(jìn)行符合線路成像的SPECTPET-CT的出現(xiàn)使醫(yī)學(xué)影像技術(shù)進(jìn)入了一個新的階段分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展以及與核醫(yī)學(xué)技術(shù)的相互融合，形成核醫(yī)學(xué)又一個新的分支學(xué)科—分子核醫(yī)學(xué)（molecularnuclearmedicine）把兩種設(shè)備的圖像融合起來進(jìn)行分析第8章核醫(yī)學(xué)影像3.SPECT與PET-CT的區(qū)別核醫(yī)學(xué)中把應(yīng)用計算機輔助斷層技術(shù)進(jìn)行顯像的設(shè)備統(tǒng)稱為ECT，它是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的重要組成部分。ECT的中文名稱為發(fā)射型計算機斷層顯像，是其英文名稱縮寫而成（EmissionComputedTomography）。ECT實際上又包括兩大類設(shè)備即SPECT和PET-CT第8章核醫(yī)學(xué)影像SPECT并不是一種很新的設(shè)備，其由Kuhl等人于1979年研制成功。經(jīng)過多年不斷的改進(jìn)，SPECT技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，產(chǎn)生了許多不同型號、不同檔次的產(chǎn)品，但是其顯像的基本原理沒有變化，總體上仍屬于比較低端的核醫(yī)學(xué)設(shè)備。目前國內(nèi)很多三級以上醫(yī)院都已經(jīng)配備SPECT，數(shù)量達(dá)300臺以上，主要用于全身骨骼、心肌血流、腦血流、甲狀腺等顯像。第8章核醫(yī)學(xué)影像ECT的另一類設(shè)備PECT是以發(fā)射正電子的放射性核素做為發(fā)射體，稱為正電子發(fā)射型計算機斷層顯像，其英文名稱為positronemissioncomputedtomography，即我們通常所說的PET。PET是核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中最先進(jìn)的顯像設(shè)備，被視為核醫(yī)學(xué)史上劃時代的里程碑，是最高水平核醫(yī)學(xué)的標(biāo)志。第8章核醫(yī)學(xué)影像PET所應(yīng)用的顯像劑如C-11、N-13，O-15等都是人體組織的基本元素，易于標(biāo)記到各種生命必須的化合物、代謝產(chǎn)物或類似物上而不改變它們的生物活性，且可以參與人體的生理、生化代謝過程，因而能夠深入分子水平反映人體的生理、生化過程，從功能、代謝等方面前面評價人體的功能狀態(tài)，達(dá)到早期診斷疾病、指導(dǎo)治療的目的。定性準(zhǔn)確和一次性完成全身顯像的特點極大地促進(jìn)了其在腫瘤、腦神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及心臟病等方面的應(yīng)用。我國于1995年由山東淄博萬杰醫(yī)院引進(jìn)國內(nèi)第一臺PET，其后增長較為緩慢。第8章核醫(yī)學(xué)影像PET的先進(jìn)性顯而易見，但其最大的缺點是解剖結(jié)構(gòu)顯示不夠清晰。因此人們嘗試把擅長功能顯像的PET與擅長顯示解剖結(jié)構(gòu)的全身CT結(jié)合起來，于是在2000年世界上第一臺同機一體化PET/CT在美國CTI公司研制成功，被美國《時代》雜志評選為年度最偉大的發(fā)明創(chuàng)造。由于PET/CT是目前最先進(jìn)的PET與最好的多排螺旋CT的完美組合，達(dá)到了一加一大于二的效果，一舉成為目前最豪華的醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備。PET與CT的同機組合極大地提高了臨床醫(yī)生對PET的認(rèn)知度，所以一經(jīng)問世便在世界范圍內(nèi)高速增長。2002年第一臺PET/CT在國內(nèi)安家落戶，目前PET/CT在國內(nèi)已經(jīng)呈獻(xiàn)快速發(fā)展的趨勢。第8章核醫(yī)學(xué)影像

總體上講，SPECT與PET相比二者可以說具有本質(zhì)的區(qū)別，數(shù)據(jù)表明，SPECT的最高探測效率僅為PET的1%-3%左右，圖像質(zhì)量遠(yuǎn)不能與PET/CT相比，診斷效能上差距較大。二者一種是普及型的低端產(chǎn)品，價格較低；一種是世界上公認(rèn)的最高檔次的醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備，價格昂貴、投資巨大，很難普及和推廣。第8章核醫(yī)學(xué)影像PET/CT和其他檢查的區(qū)別：單純X線CT成像的基礎(chǔ)是根據(jù)人體組織對外源性X線的吸收程度不同來判斷人體組織器官的結(jié)構(gòu)改變情況；磁共振檢查是將人體置入外加磁場內(nèi)，然后探測人體內(nèi)組織成分的磁信號變化情況；而PET檢查是探測人體內(nèi)物質(zhì)（或藥物）代謝功能的動態(tài)變化。三者的成像原理有本質(zhì)的區(qū)別。而我們目前使用的PET/CT是PET和CT兩種技術(shù)的完美結(jié)合，相互補充。PET/CT這種技術(shù)的組合可以大大提高臨床診斷的準(zhǔn)確性（如需要對體內(nèi)單個孤立性小病灶進(jìn)行良惡性鑒別診斷和手術(shù)前定位等），包括精確的定位和定性等，是其他檢查不能比擬的。第8章核醫(yī)學(xué)影像9.1.2核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備功能1.γ相機γ相機是核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備中最基本、最實用，而且最重要的一種。γ相機，又稱閃爍照相機（ScintillationCamera），是一種能對臟器中的放射性核素分布進(jìn)行一次成像和連續(xù)動態(tài)觀察的儀器。該儀器主要由四部分組成，即閃爍探頭、電子學(xué)線路、顯示記錄裝置以及附加設(shè)備。γ相機可同時記錄臟器內(nèi)各個部份的射線，以快速形成一幀器官的靜態(tài)平面圖像，同時因其成像速度快，亦可用于獲取反映臟器內(nèi)放射性分布變化的連續(xù)照片，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，可觀察臟器的動態(tài)功能及其變化，因此γ相機既是顯像儀又是功能儀。提高γ相機性能的關(guān)鍵是增加它采集的信息量,特別是斷層采集

第8章核醫(yī)學(xué)影像2.ECT發(fā)射式計算機斷層（EmissionComputedtomography，ECT）是利用儀器探測人體內(nèi)同位素動態(tài)分布成像，并通過計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和斷層重建，來獲得臟器或組織的橫斷面、矢狀面以及冠狀面的三維圖像的。它可以做功能、代謝方面的影像觀察，是由電子計算機斷層（CT）與核醫(yī)學(xué)示蹤原理相結(jié)合的高科技技術(shù)。ECT分為兩大類，一類是以發(fā)射單光子的核素為示蹤劑的，即單光子發(fā)射計算機斷層顯像儀（singlephotonemissioncomputedtomography，SPECT）；而另一類是以發(fā)射正電子的核素為示蹤劑的，即正電子發(fā)射計算機斷層顯像儀（positronemissiontomography，PET）。第8章核醫(yī)學(xué)影像（1）SPECTSPECT實際上就是一個探頭可以圍繞病人某一臟器進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)的γ相機，在旋轉(zhuǎn)時每隔一定角度（通常是3°或6°）采集一幀圖片，然后經(jīng)電子計算機自動處理，將圖像疊加，并重建為該臟器的橫斷面、冠狀面、矢狀面或任何需要的不同方位的斷層、切面圖像。近年來為提高診斷的靈敏度、分辨率和正確性，同時縮短采集時間，雙探頭的SPECT也相繼應(yīng)用于臨床中。SPECT同時也具有一般γ相機的功能，可以進(jìn)行臟器的平面和動態(tài)（功能）顯像。第8章核醫(yī)學(xué)影像（2）PETPET是目前在分子水平上進(jìn)行人體功能顯像的最先進(jìn)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，它的空間分辨率明顯優(yōu)于SPECT。PET的基本原理是利用加速器生產(chǎn)的超短半衰期同位素，如氟-18、氮-13、氧-15、碳-17等作為示蹤劑注入人體，參與體內(nèi)的生理生化代謝過程。這些超短半衰期同位素是組成人體的主要元素，利用它們發(fā)射的正電子與體內(nèi)的負(fù)電子結(jié)合釋放出一對伽瑪光子，被探頭的晶體所探測，得到高分辨率、高清晰度的活體斷層圖像，以顯示人腦、心臟、全身其它器官以及腫瘤組織的生理和病理的功能及代謝情況。PET在臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用主要集中于神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、腫瘤三大領(lǐng)域。第8章核醫(yī)學(xué)影像現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)名稱 成像參數(shù) 性質(zhì)X線CT 衰減系數(shù)、CT值 解剖結(jié)構(gòu)B超 超聲波反射 解剖結(jié)構(gòu)MRI 質(zhì)子密度、T1、T2、 解剖、功能 化學(xué)位移SPECT 放射性濃度 代謝功能PET 放射性濃度 代謝功能PET/CT 放射性濃度 代謝功能 衰減系數(shù)、CT值和解剖SPECT、PET——ECT(emissioncomputedtomography)第8章核醫(yī)學(xué)影像核醫(yī)學(xué)發(fā)展的兩大支柱放射性藥物---診斷、治療關(guān)鍵點是特異性其次是穩(wěn)定性如： 11C-胸腺嘧啶-DNA合成金標(biāo)準(zhǔn)，不穩(wěn)定；

18F-FLT氟標(biāo)胸腺嘧啶。穩(wěn)定，但由于3‘端的置換，其磷酸化后不能進(jìn)一步參與DNA合成，又不能通過細(xì)胞膜返回，被局限在細(xì)胞內(nèi)。核探測技術(shù)---影像定位、定量第8章核醫(yī)學(xué)影像核醫(yī)學(xué)

--示蹤原理示蹤劑：參與體內(nèi)某一生理代謝過程的物質(zhì)+發(fā)射可探測射線的核素=形成示蹤劑。

例如：脫氧葡萄糖DG+發(fā)射正電子的18F=18F-FDG

代謝過程：靜脈注入后，通過毛細(xì)血管壁進(jìn)入組織。對不同的示蹤劑，有些直接參與體內(nèi)代謝，有些則被限制在某些特定的組織區(qū)域。由于示蹤劑在體內(nèi)的分布與代謝過程是動態(tài)的，所以體內(nèi)各組織部位的示蹤劑濃度是不斷地變化的。探測：在示蹤劑注入體內(nèi)后的整個過程中，都可使用掃描儀在體外探測示蹤劑發(fā)出的輻射信號，從而確定示蹤劑在體內(nèi)的位置，由此得到示蹤劑在體內(nèi)的代謝過程與分布圖像。第8章核醫(yī)學(xué)影像核醫(yī)學(xué)顯像原理利用放射性藥物

用放射性核素標(biāo)記的示蹤劑引入體內(nèi)參加特定生物活動

被特定的組織攝取→定位，定性,定量反映體內(nèi)代謝情況探測顯像

顯像設(shè)備,顯像條件,操作程序活體,分子水平

活體內(nèi)示蹤劑分子行為第8章核醫(yī)學(xué)影像核醫(yī)學(xué)顯像設(shè)備核醫(yī)學(xué)顯像設(shè)備探測射線相機(scintillationgammacamera)1958年H.Anger發(fā)明，Anger相機SPECT(singlephotoemissioncomputedtomography) 20世紀(jì)80年代，單光子發(fā)射斷層掃描儀PET(positronemissiontomography) 20世紀(jì)90年代，正電子發(fā)射斷層掃描儀PET/CT 21世紀(jì)，功能圖像和解剖圖像有機融合第8章核醫(yī)學(xué)影像γ相機γ照相機?γ照相機主要由探測器、電子線路、監(jiān)視裝置和機架等部分組成。?探測器組成:–準(zhǔn)直器、–閃爍晶體、–光導(dǎo)、–光電倍增管、–前置放大器–定位網(wǎng)絡(luò)電路（或稱模擬計算電路）等第8章核醫(yī)學(xué)影像γ相機構(gòu)成第8章核醫(yī)學(xué)影像第8章核醫(yī)學(xué)影像探測原理

射線入射到晶體上，使晶體原子激發(fā)。退激回到基態(tài)，發(fā)射熒光。一個光子產(chǎn)生多個熒光光子。光電倍增管接受這些熒光，并將之轉(zhuǎn)換為電信號。經(jīng)過定位電路確定出入射光子的位置放大、甄別后，記錄一個計數(shù)。第8章核醫(yī)學(xué)影像閃爍晶體多采用厚1.27cm、直徑為29.2cm或40.6cm的NaI(TI)晶體，密封在具有玻璃窗口和氧化鎂反射層的金屬殼內(nèi)以防潮解。由于溫度劇變可致晶體破裂，因此要求使用環(huán)境溫度保持在10~35℃之間，溫度變化不應(yīng)超過3℃/h。在晶體上方裝有按六角形排列的光電倍增管19個或37個。光電倍增管的數(shù)目可多達(dá)91個。閃爍晶體與光電倍增管之間用有機玻璃板作為光導(dǎo)，光導(dǎo)與閃爍晶體及光電倍增管之間涂有硅油作為光耦合，以減少光透過兩種光介質(zhì)面時的損失。每個光電倍增管的輸出各經(jīng)一個前置放大器加到和光電倍增管的排列位置相對應(yīng)的定位網(wǎng)絡(luò)電路上。定位網(wǎng)絡(luò)電路現(xiàn)多采用電阻矩陣電路。園盤狀的探測器置于被測部位體外。當(dāng)受檢者服用放射性同位素標(biāo)記藥物，吸收放射性藥物的器官輻射出粒子，被置于體外的探測器中的閃爍晶體檢測器接收，產(chǎn)生出可見光光子，光子經(jīng)光導(dǎo)耦合射到由光電倍增管構(gòu)成的六角晶體狀排列的陣列，各個光電倍增管輸出的電脈沖信號經(jīng)電子線路的處理和位置計算，形成X-Y位置上的光點信號，在熒光屏的相應(yīng)位置上產(chǎn)生閃爍光點。徑過一定時間積累，便可獲得一幅二維的閃爍圖像。第8章核醫(yī)學(xué)影像準(zhǔn)直器、閃爍晶體、光電倍增管的作用第8章核醫(yī)學(xué)影像閃爍γ照相機（1）探頭探頭是γ相機的核心部件，它包括準(zhǔn)直器、閃爍晶體、光電倍增管、前置放大電路、光導(dǎo)和定位網(wǎng)絡(luò)電路等。圖(a)是由19個光電倍增管構(gòu)成的閃爍γ相機探頭。

第8章核醫(yī)學(xué)影像閃爍γ照相機（2）電子線路部份如圖所示，γ相機的電子線路部份主要由能量信號通道和位置信號通道兩部份組成。位置信號通道對X+，X-，Y+和Y-進(jìn)行處理得到X=（X+-X-）/Z和Y=（Y+-Y-）/Z的位置信號，這是閃爍光點的位置。（3）顯示系統(tǒng)顯示系統(tǒng)由示波器和照相機組成，照相機可以對準(zhǔn)顯示熒光屏進(jìn)行攝影。目前γ相機的顯示系統(tǒng)都由微型計算機的顯示器實現(xiàn)。第8章核醫(yī)學(xué)影像閃爍γ照相機3．γ相機成像原理γ相機把人體臟器內(nèi)的放射性核素的三維分布變成一張二維分布的圖像或照片.第8章核醫(yī)學(xué)影像閃爍γ照相機第8章核醫(yī)學(xué)影像脈沖幅度分析器

pulseheightanalyzer(PHA)經(jīng)放大的電脈沖幅度∝入射γ射線能量只選擇一定能量范圍，剔除散射、噪聲

——甄別例如，99mTc,能窗135—145keV單道脈沖分析器---單能窗多道脈沖分析器---多能窗第8章核醫(yī)學(xué)影像SPECT--singlephotoemissioncomputedtomographyγ相機---發(fā)射，平面圖像（透射X平片）SPECT---發(fā)射，斷層圖像（透射CT）γ相機探頭繞人體旋轉(zhuǎn)獲得各個方向的投影（平面）像圖像重建---濾波反投影、迭代獲得斷層圖像圖像重建算法---使圖像更接近真實一直是核醫(yī)學(xué)中的一個重點研究方向。第8章核醫(yī)學(xué)影像SPECT第8章核醫(yī)學(xué)影像第8章核醫(yī)學(xué)影像第8章核醫(yī)學(xué)影像PET---positronemissiontomography正電子核素18F、15O、13N、11C，人體基本元素，更能反映體內(nèi)代謝發(fā)射出正電子，與一個負(fù)電子發(fā)生湮滅輻射

e++e-→2γ（511keV，E=mc2)探測正電子湮滅輻射發(fā)出的雙光子不加準(zhǔn)直器符合探測，探測環(huán)靈敏度、分辨率↑第8章核醫(yī)學(xué)影像正電子發(fā)射型CT正電子發(fā)射型CT(PET)主要由探測器、機架、控制臺、計算機及其外圍設(shè)備組成。基本原理:引入體內(nèi)的示蹤元素放射出正電子，這一正電子迅速在衰變地點和電子復(fù)合產(chǎn)生兩個方向相反的511keV的γ射線對，這一對γ粒子和被一對探測器捕獲，并由符合電路判定其直線位置。因為探測器的空間位置固定，經(jīng)計算便可直接按其空間位置將這一對γ粒子的信息以直線形式反投影入假想空間。逐條反投影線累積疊加，便可產(chǎn)生出體層圖像。應(yīng)該注意，正電子同位素的壽命很短，故在數(shù)據(jù)采集過程中應(yīng)加以衰變修正。第8章