第九章 核医学成像

核医学成像过程：
先把某种放射性同位素标记在药物上，形成放射性药物并 引入体内，当他被人体的脏器和组织吸收以后，就在体内 形成了辐射源。用γ射线检测装置可以在体外检测体内放 射性核素在衰变过程中放出的γ射线，从而构成放射性同
位素在体内分布密度的图像。

由于放射性药物与一般天然元素或化合物一样，能够参与 机体的物质代谢，因此核医学成像的图像不仅反映了脏器 和集体组织的形态，更重要的是提供了有关脏器功能及相 关的生理、生化信息。
►如：甲状腺有摄取或浓集131I 的功能，131I 的摄取速度和摄取量与甲状 腺功能状态有关。
核医学检查项目统计情况
检查项目 骨显象 所占比例(%) 25
脑显象
心肌血流灌注显象 肿瘤定位显象
2
35 15
肝胆/肾脏显象
呼吸系统显象 甲状腺显象
5
12 5
其他
1
注: 骨和心肌显象占60%的总检查
三、放射性制剂


●SPECT的临床应用
SPECT影像仅描绘了体内组织和 脏器断层中放射性核素的浓度 （生理、生化过程）分布，这 种分布不是有关断层的解剖学
形态.
•
1、全身骨显像: 1）恶性肿瘤骨转移的早期诊断: 骨显像可较X线片提前3-6个月 发现病变 2）原发性骨骼肿瘤累及范围的
•
2、局部脑血流灌注断层显像(rCBF): 1.TIA: 发作后CT和MRI多为阴性,rCBF显像可发现近50%的患者脑内 有缺血性改变。 2.脑梗死: 诊断阳性率近100%,在发病早期病变区无明显结构变化 时即可显示异常。 3.神经科疾病病灶的定位诊断: 发作间期显像阳性率约60%,远高于 CT(约25%)和MRI检查。 4.早老性痴呆(Alzheimer病)和多发性梗塞性痴呆的鉴别诊断

现代核医学阶段
70年代后期，研制成功核素断层显像SPECT装置及心、脑功 能显像剂和单克隆技术的应用，计算机的广泛应用、99Mo-99mTc 发生器广泛应用使核医学进入了特色鲜明的新阶段。 1975年第一台PET研制成功，相继实现了利用PET正电子发


射体（11C、13N、15O和18F）标记化合物进行脑和心肌灌注氧耗
■ 常用于临床的放射性核素
1.锝（Tc)： γ 90% ; 不伴有β辐射； 能量 140KeV(适合探测）； T 1/2 6.02h ●适合所有器官显像。 2. 碘(I )： γ 98% ; 668KeV(伴有β射线)； 能量 (偏高，探测效率低，分辨率差）；
T 1/2 8.04h 。
●适合于甲状腺、肾、肝、脑、肺、胆显像，功能测量和治疗
量、葡萄糖代谢、蛋白质、脂肪代谢显像，神经受体显像也获 得成功，开创了在分子水平无创性活体研究人脑功能，心肌存
活等，进入了分子核医学的新时代。成为80年代后的核医学前
沿。
Байду номын сангаас
放射性核素显像 Radio nuclear imaging, RNI
●RNI是四大医学影像之一
■将放射性药物通过注射或口服引入体内，吸收后能在某一器官内积聚 而成为放射源。
使用扇型准直器时,不 能同时使用实时人体 轮廓技术
不同准值器的物理性能
准直器类型 孔径 mm 孔数 （个） 长度 (mm) 壁厚 (mm) 系统灵敏 系统分辨率 度 (mm) kps/m 270Ci 8.7 160 190 140 7.9 10.7 10.4
低能通用 准直器
低能高分辨 准直器 中能通用 准直器 高能通用 准直器
3、旋转中心偏移检查
——断层时加以校正 δ< 1.5mm（约0.5像素）
4、断层均匀性测量
圆柱体模型
99mTc溶液
断层
555MBq 5、断层分辨力的测量
计算模型 断层图像 相对误差
——采集三个点源断层数据→重建断面图像→求 FWHM 6、总体性能评价 ——3600 采集数据，经均匀度、衰减校正，重建横向断层图 像，确定分辨阳模和阴模的极限值
③Polaroid相机一步显、定影，定时相机连续拍摄，
反映代谢过程的动态变化；
The tumors are the dark areas
一、γ照相机的基本结构
位置信号
探 头 能量信号
XY
照相
示波器 Z
γ射线源

（一）探头装置
（一）探头装置
1、准直器 ——空间定位 ●作用：允许特定方向γ光子进入探测器， 屏蔽与孔角不符的散射光子。 ●材料：铅或铅合金； 屏蔽效果好； 易加工
1、SPECT成像的本质与方法 ●SPECT成像原理：

探头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（3°或6°）采集一帧图片 经计算机处理，将图像叠加，利用滤波反投影方法，从一系列投影像 重建横断层影像。由横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影像。
放射性药物是能够安全用于诊断的放射性标记化合物 例如：
125I 125I-胰岛素
18F
18F-脱氧葡萄糖（FDG)
标记物 放射性核素
被标记物 化合物（药物）
在特定组织内选择性积聚 参与生理、生化代谢过程
第二节 核医学成像的物理基础
一、核医学成像用放射性核素 ● 核素要求 1.能量适中：100～400KeV，一般临床应用50～500KeV 太低易被机体吸收，探测效率低； 太高准值效果差（屏蔽困难），空间分辨率低 2.半衰期适中： ① T1/2 尽可能短——减少辐射剂量； ②核素在靶器官有合适的存留时间，保障探测采集足够的数据；
第九章 核医学成像
主要内容

第一节 概述 第二节 核医学成像的基本原理和技术 第三节 成像设备工作原理


第一节 概述

核医学的定义：

核医学是核技术与医学相结合的学科 核医学的任务是用放射性核素及核技术来诊断、治疗及

研究疾病。

核医学涉及的学科：

核物理、核电子、核探测、计算机控制及图像处理、数 学、放射化学、医学的各科等。
1.9
1.5 2.3 2.6
32900
18100 10000 5400
35
35 33 36
0.2
0.2 1.5 2.6
2、闪烁晶体 ●闪烁体：掺入约0.5%铊 (Tl) 做激活剂的碘化钠 (NaI) 透明晶体。
NaI(Tl)晶体优点：
①γ射线阻滞本领高（探测效率高）； ②荧光闪烁时间短（时间分辨力高）； ③荧光光子数与γ射线能量的线性关系好

不同类型准值器临床应用
类型
特点
临床应用
备注
针孔准直 器
平行孔准 直器 扇型准直 器
对小脏器具有放 大作用,计数率高
准直器到脏器的 距离影响图像质 量,但不影响脏器 明显提高计数率 , 大小. 图像分辨率不受 影响
主要用于甲状 腺显像
临床上最常用 的准直器,适用 于各脏器 常用于脑显像
准直器到脏器的距离 影响脏器图像的大小
●光学收集系统
提高光电转换传输效率（减少反射） 反射层（氧化镁）和光耦合剂（硅油、甘油等）组成光收集系统 光导：非直接耦合
材料：聚乙烯基甲苯、有机玻璃、光导纤维等
3、光电倍增管 光电转换： 光敏阴极受激产生光电子
光电倍增：（106～108）
电信号放大； γ光子的数目越多，相应的脉冲数目也越多。
（二）电子学系统——位置信号和 Z 信号


核医学发展简史：
序幕： 1896年法国物理学家贝可勒尔发现铀的放射性，第一次认 识到放射现象。 1898年居里夫妇成功提取放射性钋和镭 1926年美国内科医师Blungare首先应用氡研究循环时间第 一次应用了示踪技术，后来又进行了多领域的生理、病理 及药理方面的研究，因此，被称为“核医学之父”。
3. 正电子衰变类（用于PET)
11C
20.3min;
13N
10min ;
15O
123 s ;
18F
110 min
●优点：
①人体的基本元素，易于标记各种生命所必需的化合物及其代谢产物，且易 于参与人体生理、生化代谢过程；
②T ½短，检查时可给予较大的剂量，提高对比度和分辨率； ③反映人体生理、生化、病理和功能等方面的改变。反映精神情感、思维、 行为等人脑的活动。
用核素成像仪器探测处理，显示核素浓度分布，反映人体代谢（功能） 动态变化（物质的输运、集聚、排泄、物质代谢及其分布） ■功能性显像为主，形态解剖结构显像为辅
一、放射性核素显像的技术特点
●主要技术：
①γ相机；
②单光子发射型计算机断层（SPECT）； ③正电子发射型计算机断层（PET）； ●RNI技术特点： ①检测灵敏度高； 10-14～10-18g，一般化学方法难以测出； ②定性、定量、定位； ③测量简便：只对放射性核素示踪物进行测量； ④准确性高：微量示踪物，不干扰研究对象的正常生理、生化过程； ⑤功能性显像；
二、核素示踪
●示踪的基本根据： ①同一元素的同位素化学性质相同，在生物体内的化学变化和生物学过程
相同，生物体不能区别，可以用放射性核素代替同位素中的稳定性核素；
②放射性核素能放射出易被探测到的射线（示踪原子），放射性测量仪器 可以对它标记的物质进行定性、定量及定位测量。
■放射性核素分布反映了体内脏器的功能和代谢情况。
肾、肝、胆功能测定，肾、脾、骨、甲状腺的扫描。从此核医学的临 床应用初步具备了自己的理论基础方法和手段，为今后的发展奠定了
基础。

迅速发展阶段： 60年代始主要是利用加速器和发生器生产出更多，更符合临床要求的
放射性核素。

γ -相机问世。 Yalow和Berson教授开创体外放射性核素，对医学产生了巨大影响。
●将光电倍增管输出的电脉冲 信号转换为确定晶体闪烁点位 置的X、Y信号和确定入射γ射 线的能量信号。
（三）显示和记录
基本显示装置——示波器 记忆示波器——储存图像； 普通示波器——照相； 普通示波器——图像观察
功能测定装置——计数率仪
将计数率转化为直流电信号，绘制放射性活度随时间变化曲线， 显示脏器功能状况
•
•
► 幅度分析器窗位→γ全能
峰→探测灵敏度→对比度、
均匀性等
•
► 准直器、X、Y位置线路→
图像线性→图像与实物比例、
对称性
第四节
ECT类型：
单光子ECT
ECT利用γ相机原理，加入计算机信息处理功能，可对某一断层 进行成像。据射线源性质的不同，ECT可分为两类。 ●SPECT(Single Photon ECT): 探测的示踪核素为放射出 γ 射线（单光子）的核素； ●PECT(Positron ECT)： 探测的核素为放射出正电子（β+）的核素。
●SPECT断层厚度：采集全部数据并处理后任意选定
2、数据的衰减校正 ●SPECT是通过γ射线的体外技术来标定体内放射性活度，无衰减时计 数率正比于放射性活度 ●断层中γ射线的衰减与路经和组织成分等因素有关
平均衰减校正： 设人体等密度，衰减只与光子路经有关； 人体或脏器假定为椭圆； 据指数衰减公式建立断层衰减图； 据图给出的光子通量与路径的关系对断层图像上各像素进行信号强度补偿 ■取决于人体衰减系数图(μ map)的获取和衰减校正的算法。 量化精度 ±25%～50%
•
二、γ照相机的性能指标及质量 控制
●空间分辨力：
•
• •
●测试标准：
美国电器制造商会(NEMA)标准 National Electrical Manufacturers Association
两个点（线）源的分辨距离；
半高宽度FWHM； 调制传递函数MTF
•
●图像质量控制：
探测灵敏度和图像的线性
③显像后，放射性药物应尽快地从体内清除掉，减少辐射危害。
3.易标记：合适的化学价态和较强的化学活性。
4.稳定性好：
①化学结构稳定，不易发生分解、氧化还原等化学反应； ②核素与化合物结合稳定，不因体内介质条件或生物活性物质的改变 （如酶作用）而发生分解、变性和脱落； ③对自身辐射作用耐受能力高。 5.无毒害：核素的衰变产物应该是稳定产物。


1934年居里夫妇第一次人工获得了放射性30P，从此人们 开阔了眼界，看到了核子和平利用的前景。


初具规模：
1942年费米在芝加哥大学建立了世界上第一座核反应堆，开始生产 131I、32P等少量放射性核素，到1946年生产品种和量都有了增加.

核医学仪器也在不断地研制，51年第一台γ -扫描仪制成，实现了心、
•
•
二、 γ能谱
光电效应(PE) →全部能量→光电峰（全能峰）。表征核 素特征
•
康普顿散射→部分能量、散射角→脉冲幅度低、范围分布 宽义：
• •
①计数率测定时，避免其他能量γ射线的干扰； ②鉴定放射性同位素种类和含量
第三节 γ相机
1956年Anger发明了闪烁γ相机 ①同时纪录各脏器核素的射线，成像时间短； ②探头灵活，可进行多体位成像，使用方便；