核医学成像原理及设备

作为一种无创伤检查手段,PET可以从体外 对人体内的代谢物或药物的变化进行定量、 动态检测,成为诊断和指导治疗各类肿瘤疾 病、冠心病和脑部疾病的最佳方法。PET 的发展及其成功的临床应用是当代高科技 医疗诊断技术的主要标志之一。PET在临 床医学的应用主要集中于神经系统、心血 管系统、肿瘤三大领域。但PET价格昂贵， 需配置小型医用回旋加速器，日常管理费 用高，难以普遍推广。
光电倍增管
光电倍增管是一种真空器件。 它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、 电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。 它利用二次电子发射使逸出的光电子倍增， 获得远高于光电管的灵敏度，能测量微弱 的光信号。
光电倍增管的剖面结构图
光电倍增管的电流来源于光子碰撞光阴 极产生的光电子发射，并经倍增后在阳 极形成电脉冲输出。
SPECT的构成
SPECT的构成：探头、机架、床、控制台、 计算机和外围设备。
SPECT的性能特点
能量探测范围：50~600keV 体层图像 衰减伪影小 空间分辨率好 灵敏度较高 价格
正电子发射型计算机体层设备（PET）
是目前国际上最尖端的医学影像诊断设备，也 是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先 进的医学影像技术。PET的基本原理是利用加 速器生产的超短半衰期同位素,如18F、13N、 150、11C等作为示踪剂注入人体,参与体内的 生理生化代谢过程。 构成：扫描机架、操作控制台、检查床、计算 机和外围设备。 按探测器在机架上的排列和运动方式可以分为： 固定型、旋转型、旋转-平移型、摆动-旋转型。
活化分析
辐射防护
放射性核素显像
器官功能测定
核衰变及放射性简介
放射性：
原子核自发地放射各种射线的现 象称为放射性
放射性 现象是 由原子 核的变 化引起 的
与核外电子状态的改变关系很小，外 界的温度、压力、电磁场都不能抑制 或显著改变射线的发射
核医学成像原理
核医学成像是一种以正常组织与病变之间 的放射性药物的浓度差别为基础的脏器或 病变的显像方法。是核医学的主要内容。 其基本条件：
PET的优点
不需要准直器 检测灵敏度高 本底小，分辨力好 易于吸收校正 可正确定量
全身三维定位(肺癌转移) wholeboay Triangulation
肺癌治疗后评价 肺腺鳞癌术后2年，放疗及化疗 后，出现喝水后呛咳等症状 1、为胸部CT无异常病灶出现， 2、为同期PET见纵隔处高浓集 病灶 3、为三月后CT发现病灶
复习
放射治疗设备分类（两种分类标准） 立体定向放射治疗设备（结构、原理、 治疗过程）
主要内容
核医学分类 核医学成像原理及设备（结构、原理、临 床应用）
核医学分类
临 床 核 医 学 核 医 学 基 础 核 医 学 诊断 核医学 治疗 核医学 体内诊断 核医学 体外诊断 核医学 放射免疫分析
补充：生产正电子药物的加速器
拥有加速器的 P E T / C T单位,并能就 地生产除 1 8 F以外的其他正电子药物, 如 1 1 C 、 1 3 N甚至 1 5 O等, 则能 进一步开展 1 1 C等显像, 对肿瘤的鉴 别诊断更有帮助 。
1．检查前的准备：大多数的核医学检查不需要特殊 的准备。 2．注射显像剂：注射之前医生会让您口服一种胶囊， 这是为了保护正常的器官，注射之后根据不同的检查， 病人等候的时间也不相同，有的只需数分钟；有的要 2-3小时；有的要1-2天后，让注射的显像剂能充分到 达所需检查的部位。 3．检查摄片：在拍片前医生会通知病人排尿、进食 或其他一些准备。拍片时病人躺在床上，可以正常呼 吸，根据医生的要求采取一定的姿势，探测器会尽量 靠近病人的身体，拍摄一张或多张照片，这时仅仅拍 照而已，并不增加额外的放射性。 4．分析结果：核医学科的医生会综合分析病人的病 情，所拍摄的照片以及其他各种检查结果：生化、血 液、超声、CT等，对临床诊断和治疗提供可靠准确 的分析结果。
P E T / C T的问世, 为肿瘤诊断、 良恶性病 变的鉴别诊断提供了极重要的信息, P E T / C T已成肿瘤诊断和鉴别诊断不可缺少的方 法, 经多年应用, 已为肿瘤学家、 放疗学家 和内外科各类专家共识。 P E T / C T的机型主要为 G E 、 S i e m e n s和 P h i l i p s公 司 的 D I S C O V E R Y 、 B I O G R A P H Y和G E ME N I , 分 别占 5 9 %、 3 2 %和 9%
基本原理
光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电 场(或磁场)加速，聚焦于第一次极。这些冲击次极 的电子能使次极释放更多的电子，它们再被聚焦 在第二次极。这样，一般经十次以上倍增,放大倍 数可达到几百上千倍。最后,在高电位的阳极收集 到放大了的光电流。
光电倍增管阵列
准直器
由铅（钨）材料做成，使非规定范围和非 规定方向的γ射线不得进入闪烁晶体，所以 有定位采集的作用。 主要性能参数有孔数、孔径、孔长及间壁 厚度，决定空间分辨力、灵敏度、适用能 量范围等。如何决定？ 如果给定某种核素和其γ射线的能量，则分 辨力和灵敏度是一对矛盾。
显像剂
探测
放射性浓度差别
Γ照相机、SPECT、PET是探测放射性核素或标记 化合物在脏器、组织的摄取、分布、代谢等特点达 到成像的目的 与其他影像主要区别 功能显像 组织 密度
成像取决于脏器、组织的血流、细胞 功能、细胞数量、代谢活性和排泄引 不是 流情况等因素
CT、MRI、超声是解剖形态学,无需显像剂.
核医学成像
放射性同位素成像
放射性药物
正常组织 与 病变之间
用以评估具体 器官基本功能, 这项技术被称 做动态平面闪 烁成像法
的浓度差别为基础的 脏器或病变显像方法
放射性药物的空间分布是时间的函数 放射性同位素的使用要有一个重要的时间维
取值范围在毫秒到分钟
通过这种测量
根据所用的放射性核素的不同，放射性衰变会产生α、β、γ和X 射线 α、和β粒子非常小 不能从体中射出形成图像
பைடு நூலகம்
γ照相机性能指标
分辨率 灵敏度 均匀性 线性 能量分辨率 最大计数率 死时间 有效视野 象限数
γ照相机的临床应用
可对脏器进行平面显像、动态显像、门控 显像和全身显像。动态显像和门控显像主 要用于心脏血管检查，平面显像和全身显 像有甲状腺显像、脑显像、肺显像、肾脏 显像、肝胆显像和骨全身显像等。
γ照相机
γ照相机可对人体内脏器中的放射性核素分 布进行一次成像，同时可动态观察、显示、 记录放射性药物在人体脏器内的代谢情况。 所以γ照相机不仅具有人体脏器的形态显像 功能，而且具有功能显像功能，同时又具 有动态显像功能。
γ照相机成像原理
γ照相机原理：
γ光子
准 直 器 荧光 闪烁晶体 光电倍增管
X、 γ射线在穿过身体的各种组织的时候并不会遇到很多困难
一般来说，核医学成像系统只检测能量大干50kev的光子 （γ射线）。
这种信息之所以重要是因为它无法由其他的成像技术提供
用放 射性 同位 素成 像
获得一些和相关病理变化的前兆
有关的生理和生化信息
可了解其生物学功能或者确定某些疾病所在位置
有效的放射性化学药物拥有的特性大致上分为三种： 药物屑性、物理属性和化学属性
光纤
光电流 后处理
前置放大器、定位电路、 图像处理电路、控制电路等
电源
显示器等
γ照相机结构
γ照相机主要由闪烁探头、探头支架、病床和 操作控制台组成。
闪烁探头
1、闪烁晶体
将入射的γ射线转换成光电子即闪烁萤光体 Nal(TL)晶体 放射性核素 TL(铊)和Tc(锝)均发射低能γ射线
大视野通用γ照相机最多的是采用厚度6.3mm的Nal(TL)晶体 2、光电倍增管 电子倍增,将入射γ光子在光阴极转换成光电子,经n个打拿极,使 成2的n次方倍增长,阳极形成脉冲。 3、定位电路 将每个光电倍增输出经加/减电路求信号和得信号位置输出
是脏器内外或脏器与病变之间放射性浓度差别为基础的 脏器或病变显像法 1、具有能够选择性聚集在或流径特定脏器或病变的 放射性核素或其标记化合物,使该脏器或病变与邻近 组织之间放射性浓度差别达到一定程度. 放射性核素或标记化合物称显像剂 2、利用核医学成像仪器(γ照相机、SPECT、PET)探 测到这种浓渡差，并根据需要按一定方式将它们显示 成像，即显示脏器或病变组织的影像。
3、准直器
起定位采集
限制非规定方向和非规定能量 范围的射线进入探测器
空间定位、限制探测器视野、提高分辨率
闪烁晶体
是一种可以把射线转变为可见光的物质， 以常用的NaI为例，其过程是：射入的γ射 线在NaI晶体内部与晶体发生光电效应和 康普顿散射，γ射线失去能量，晶体发出 近紫色的闪烁光。 对于NaI晶体其特点是：对γ射线吸收效率 高、可以做成各种形状和大小、热稳定性 不好。
引入具有能够选择性聚集在特定脏器或病变的 放射性核素或其标记化合物，使该脏器或病变 与临近组织之间的放射性药物浓度差达到一定 程度 利用核医学成像仪器探测到这种放射性药物的 浓度差别，并根据需要以一定方式将它们显示 成像，即脏器或病变的影像。
核医学成像与MRI方法不同
基本工作原理
是通过在人体内注入可以发射γ射线的放射性 同位素(核电荷数同)来实现的。
PET-CT融合设备
将PET与螺旋CT整合成一台设备，实现独 立扫描并重建，最后进行图像融合。
P E T / C T为 P E T和 C T仪器及其图像融为一 体的最先进设备, 其开创了分子影像和解剖图像 两者融合的先河, 可为临床提供更多信息。 C T在 P E T / C T的作用有： ①图像的衰减校正, 校正后的图像可真实反映脏 器的放射性分布,用 X线进行衰减校正,较以往的 固体源有扫描速度明显提高、 患者流通量明显 增加的优点； ②功能性分子影像与 C T的解剖影像相融合,使病 灶在脏器内的部位得以精确定位； ③P E T和 C T两者相互补充提高诊断的准确性。
总结
SPECT
SPECT指的是单光子发射型计算机断层显 像仪。
根据探测器的运动方式可以分为扫描 机型（多探头型）和γ照相机型。
多探头型目前很少，γ照相机型应用较多 γ照相机型SPECT它实际上就是一个探头可以围绕 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，然后 经电子计算机自动处理，将图像叠加，并重建为 该脏器的横断面、冠状面、矢状面或任何需要的 不同方位的断层，切面图像，重建方法主要是滤 波反投影法。 γ照相机型SPECT同时也具有一般γ相机的功能， 可以进行脏器的平面和动态（功能）显像。 目前已经有三探头的旋转γ照相机型，显像速度快， 质量也好。