医学成像技术(第四章 放射性核素成像系统SPECT)

4.3 单光子发射计算机断层成像
SPECT的总体特点 SPECT的总体特点
示踪剂适应面广，特异性高，放射性小， 示踪剂适应面广，特异性高，放射性小，不干扰 体内环境的稳定，有独到的诊断价值。 体内环境的稳定，有独到的诊断价值。 时域解像精度不到千分之一秒 。 放射性核的等离子放射物可能对孩子和孕妇有危 险性。 险性。 保留了γ 保留了γ照相机全部平面显像的性能 分层脏器功能观察到脏器功能动态变化， 分层脏器功能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、 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。 及受体定位等。
4 特点
5 优势
核医学显像方法简单、灵敏、特异、 核医学显像方法简单、灵敏、特异、 无创伤性、安全（ 无创伤性、安全（病人所受辐射剂量低 于一次X摄片所受剂量）、易于重复、 ）、易于重复 于一次X摄片所受剂量）、易于重复、 结果准确、可靠， 结果准确、可靠，并能反映脏器的功能 和代谢， 和代谢，因此在临床和基础研究中的应 用日益广泛。 用日益广泛。
位置电路和 位置电路和数据处理计算机
位置逻辑电路紧跟在光电倍增管阵列后面 并在求和矩阵电路(SMC)中接收来自倍增管 并在求和矩阵电路(SMC)中接收来自倍增管 的电流脉冲。 的电流脉冲。这使得位置电路能够决定闪 烁事件在探测晶体的何处发生。 烁事件在探测晶体的何处发生。 最后， 最后，一台数据处理计算机处理进来的投 影数据， 影数据，使它成为一张可读的反映病人体 内三维活性分布的图像。 内三维活性分布的图像。计算机可能使用 各种方法来重建图像，比如滤波反投影算 各种方法来重建图像， 法或迭代重建。 法或迭代重建。
闪烁探测器
一种铊激活碘化钠[NaI(Tl)]探测晶体普遍用于 一种铊激活碘化钠[NaI(Tl)]探测晶体普遍用于γ相 探测晶体普遍用于γ 机中。在核医学中， 机中。在核医学中，这种晶体对于放射性核发射 射线能量有最佳的探测效率。 的γ射线能量有最佳的探测效率。探测晶体一般为 圆形或矩形。典型的是3/8’’厚且尺度为30’’厚且尺度为 圆形或矩形。典型的是3/8’’厚且尺度为30-50 cm。 cm。 由于光电效应和与晶体内碘化物的离子的康普顿 散射， 光子与探测器互相作用。 散射，γ光子与探测器互相作用。这种相互作用导 致电子释放而继续与晶体的网格相互作用产生光。 致电子释放而继续与晶体的网格相互作用产生光。 这种过程称为闪烁 闪烁。 这种过程称为闪烁。
常用的放射性示踪剂
用放射性Tc-99m(锝 用放射性Tc-99m(锝)标记的各种化合物
SPECT成像基本步骤 SPECT成像基本步骤
用短半衰期核素Tc-99m 用短半衰期核素Tc-99m等标记某些特殊化 合物经静脉注入人体 探测聚集于人体一定器官、组织内， 探测聚集于人体一定器官、组织内，标记 于化合物上的Tc-99m衰变所发出的γ 于化合物上的Tc-99m衰变所发出的γ射线 射线转化为电信号并输入计算机， 将γ射线转化为电信号并输入计算机，经计 算机断层重建为反映人体某一器官生理状 况的断面或三维图像
SPECT的原理 SPECT的原理
SPECT检测通过放射性原子（ SPECT检测通过放射性原子（称为放射性 检测通过放射性原子 TC-99m TI-201）发射的单γ射线。 核，如TC-99m 、TI-201）发射的单γ射线。 放射性核附上的放射性药物可能是一种蛋 白质或是有机分子， 白质或是有机分子，选择的标准是它们的 用途或在人体中的吸收特性。比如， 用途或在人体中的吸收特性。比如，能聚 集在心肌的放射性药物就用于心脏SPECT 集在心肌的放射性药物就用于心脏SPECT 成像。 成像。这些能吸收一定量放射性药物的器 官会在图像中呈现亮块。 官会在图像中呈现亮块。如果有异常的吸 收状况就会导致异常的偏亮或偏暗， 收状况就会导致异常的偏亮或偏暗，表明 可能处于有病的状态。 可能处于有病的状态。
闪烁晶体:
与γ 射线作用产生荧光. 要求: (1) 对γ 射线应有较高的俘获率 (2) 与入射光子相互作用后的发光效率高, 但发光持续时间短. (3) 具有良好的光学特性,对荧光的传播透 明,折射小.
γ 相机成像原理
γ 相机将人体内 的放射性核素的三维 分布变为二维分布的 图像或照片.
γ相机成像方案
正电子发射计算机断层成像
(Positron Emission Tomography,PET)
放射性核素成像必备的物质条件
放射性核素成像系统的 性能指标
系统的灵敏度
系统对每单位放射性所能探测并用于成像 的光子数. 影响系统的灵敏度的因素: (1) 准直器,其孔径越大,则灵敏度越高,但图像 会越模糊 (2) 闪烁晶体厚度.过薄则大量γ光子未与晶体 发生荧光闪烁就直接穿过了晶体,较厚则图像模糊 (3) 脉冲高度分析器中能量阈值.大约只有3% 的光子真正对成像起作用.
γ 相机的基本结构
相机准直器（Collimator） 相机准直器（Collimator） 闪烁探测器（NaI晶体 晶体） 闪烁探测器（NaI晶体） 光电倍增管( 光电倍增管(PMT) 位置电路 数据分析计算机
探头周围铅屏蔽 NaI 晶体 光电倍增管
准直器固 定结构
准直器孔
γ相机收集病 人体内发射的 γ射线，使我 射线， 们重建出发射 部位的图像， 部位的图像， 了解特定器官 或系统的功能。 或系统的功能。
SPECT重建算法步骤 SPECT重建算法步骤
数据投影 数据傅立叶变换 数据滤波 数据反变换 反投影 衰减校正 散射校正
滤波反投影( 滤波反投影(FBP)
FBP方法是把探头采集 FBP方法是把探头采集 到的二维投影数据经过 预滤波降低统计噪声后， 预滤波降低统计噪声后， 将二维投影数据反投影 到预先设定的三维矩阵 过程。 过程。 FBP方法的优点 计算过程简单，重建速度快， FBP方法的优点：计算过程简单，重建速度快， 方法的优点： 重建后的SPECT图像分辨率能够满足临床需要 图像分辨率能够满足临床需要。 重建后的SPECT图像分辨率能够满足临床需要。 FBP方法的缺点 FBP方法的缺点：该方法重建的图像存在固有 方法的缺点： 星状伪影，重建后的图像分辨率较差。 星状伪影，重建后的图像分辨率较差。
第四章Leabharlann Baidu放射性核素成像系统
4.1 概述
1 原理
将某种放射性同位素标记在药 物上形成放射性药物并置入体内,当 它被人体的组织或器官吸收后,在体 内形成辐射源.
2 成像
用核子探测装置从体外检测体 内同位素衰变过程中放出的γ 射线.从 而构成放射性同位素在体内分布密 度的图像.
3 作用
由于放射性药物保持了对应稳 定核素或被标记药物的化学性质与 生物学行为,能够参与体内的物质代 谢,因此,放射性同位素图像不仅反 映了组织与器官的形态,而且提供了 有关功能,生理及生化信息.
衰减校正
目前的SPECT理论把投影数据近似为病人 目前的SPECT理论把投影数据近似为病人 体内的放射性药物分布沿投影线的积分， 体内的放射性药物分布沿投影线的积分， 忽略了人体组织对γ射线的散射与吸收效应。 忽略了人体组织对γ射线的散射与吸收效应。 然而，对于核医学所使用的能量在60～ 然而，对于核医学所使用的能量在60～ 511keV的 射线来说， 511keV的γ射线来说，人体组织的衰减对 投影数据有相当大的影响， 投影数据有相当大的影响，因此需要进行 衰减校正。 衰减校正。 一方面取决于人体衰减系数图( map)的获 一方面取决于人体衰减系数图(µ map)的获 另一方面取决于衰减校正的算法。 取，另一方面取决于衰减校正的算法。
γ射线衰减与X射线衰减不同之处？ 射线衰减与X射线衰减不同之处？
SPECT的示踪剂 SPECT的示踪剂
由放射性同位素标记的放射性药物会产生 内部辐射。 这种放射性药物称为示踪剂， 内部辐射。 这种放射性药物称为示踪剂， 可以是注射也可以是吸入。 可以是注射也可以是吸入。正是示踪剂的 衰减放射出γ射线。 衰减放射出γ射线。 常用能够标记放射性药物有：MIBI（ 常用能够标记放射性药物有：MIBI（心肌 显象）； MDP（全身骨显象）； ECD（ 显象）； MDP（全身骨显象）； ECD（脑 血流显象） 血流显象）
SPECT的原理 SPECT的原理
SPECT成像方法 SPECT成像方法
一个探头可以围绕病人某一脏器进行360° 一个探头可以围绕病人某一脏器进行360° 旋转的γ相机， 旋转的γ相机，在旋转时每隔一定角度 （3°或6°）采集一帧图片 经电子计算机自动处理，将图像叠加， 经电子计算机自动处理，将图像叠加，利 用滤波反投影（FBP）方法， 用滤波反投影（FBP）方法，可以从一系 列投影像重建横向断层影像。 列投影像重建横向断层影像。由横向断层 影像的三维信息再经影像重新组合可以得 到矢状、冠状断层和任意斜位方向的断层 到矢状、 影像。 影像。
光电倍增管
每7到10个光子入射到 10个光子入射到 光电阴极上， 光电阴极上，就会产 生一个电子。 生一个电子。从阴极 来的电子聚焦到倍增 管电极上被吸收后会 放出更多的电子（ 放出更多的电子（一 般是6 10个）。这些 般是6到10个）。这些 电子再聚焦到下一个 倍增管电极上， 倍增管电极上，这个 过程在倍增管电极阵 列上不断重复。 列上不断重复。
同位素:
属于一种化学元素(具有相同原子 序数),但有不同中子数的核素称为同位 素. 同位素有放射性与非放射性两种 衰变: 放射性同位素在自发地放射出γ 射 线后,自身会变成另外一种核素,这种现象 称为衰变.
放射性核素成像模式
γ 相机 单光子发射计算机断层成像
(Single Photon Emmision Computed Tomography,SPECT)
组织或器官对特定药物有特殊的集聚能力. 因此它们的生理,病理状态会直接影响系统的 对比度.
均匀性
相机在整个成像区域中具有相同的灵敏度 则成像均匀性好. 光电倍增管的均匀性.
系统噪声
放射性同位素衰变的随机性.
4.2 γ 相机
可同时记录脏器内各个部份的射线， 可同时记录脏器内各个部份的射线，以快速 形成一帧器官的静态平面图像 可观察脏器的动态功能及其变化 既是显像仪又是功能仪
平面成像
相机固定在病人上方，获取单一角度数据 相机固定在病人上方，
平面动态成像
固定角度，长时间观察放射性示踪剂运动 固定角度，
SPECT成像 SPECT成像
绕病人旋转， 绕病人旋转，获取放射性示踪剂三维分布
门控SPECT成像 门控SPECT成像
结合ECG获取心动周期不同阶段的图像 结合ECG获取心动周期不同阶段的图像
光电倍增管阵列
相机准直器
准直器位于晶体之前，是探头中首先和γ射 准直器位于晶体之前，是探头中首先和γ 线相接触的部分。 线相接触的部分。准直器的性能在很大成度 上决定了探头的性能。 上决定了探头的性能。准直器能够限制散射 光子,允许特定方向γ光子和晶体发生作用。 光子,允许特定方向γ光子和晶体发生作用。
Siemens的 Siemens的SPECT
GE的SPECT系统 GE的SPECT系统
SPECT的发展 SPECT的发展
1959 David Kuhl 和 Roy Edwards取得了 Edwards取得了 世界上第一台横截面发射断层图 1963 Kuhl 和 Edwards发展出来的放射断 Edwards发展出来的放射断 层系统成为SPECT SPECT的前身 层系统成为SPECT的前身 1976 Keyes发明第一台γ相机SPECT系统 Keyes发明第一台 相机SPECT系统 发明第一台γ 1983 商业化γ相机SPECT问世 商业化γ相机SPECT问世 2003 利用迭代重建算法进行衰减修正的 SPECT
系统模糊度或分辨率
系统分辨率是单位距离内线对数.与模糊度 成反比. 影响系统模糊度或分辨率的因素: (1) 准直器孔径大小.小孔越大,视野越大,分 辨率越差.小孔越小则会减小系统的模糊度. (2) 准直器厚度.增加小孔长度会提高分辨率. (3) 相机与成像物体间的距离.距离越大则 越模糊.
对比度