理学]医学成像技术第四章 放射性核素成像系统SPECT
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第四章 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.
➢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
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.
光电倍增管
每7到10个光子入射到 光电阴极上，就会产 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（一 般是6到10个）。这些 电子再聚焦到下一个 倍增管电极上，这个 过程在倍增管电极阵 列上不断重复。
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 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。
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)
➢正电子发射计算机断层成像
(Positron Emission Tomography,PET)
1976 Keyes发明第一台γ相机SPECT系统 1983 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
SPECT的原理
SPECT检测通过放射性原子（称为放射性 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，选择的标准是它们的 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 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。如果有异常的吸 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。
4 特点
5 优势
核医学显像方法简单、灵敏、特异、 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、 结果准确、可靠，并能反映脏器的功能 和代谢，因此在临床和基础研究中的应 用日益广泛。
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:
4.3 单光子发射计算机断层成像
SPECT的总体特点
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。
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。 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，化学物
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。
Siemens的SPECT
GE的SPECT系统
SPECT的发展
1959 David Kuhl 和 Roy 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 层系统成为SPECT的前身
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 们重建出发射 部位的图像， 了解特定器官 或系统的功能。
光电倍增管阵列
Fra Baidu bibliotek
相机准直器
准直器位于晶体之前，是探头中首先和γ射 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。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。
闪烁探测器
一种铊激活碘化钠[NaI(Tl)]探测晶体普遍用于γ相 机中。在核医学中，这种晶体对于放射性核发射 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30-50 cm。
由于光电效应和与晶体内碘化物的离子的康普顿 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。 这种过程称为闪烁。
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.
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
平面成像
相机固定在病人上方，获取单一角度数据
平面动态成像
固定角度，长时间观察放射性示踪剂运动
SPECT成像
绕病人旋转，获取放射性示踪剂三维分布
门控SPECT成像
结合ECG获取心动周期不同阶段的图像
最后，一台数据处理计算机处理进来的投 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。计算机可能使用 各种方法来重建图像，比如滤波反投影算 法或迭代重建。
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
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，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
γ 相机的基本结构
相机准直器（Collimator） 闪烁探测器（NaI晶体） 光电倍增管(PMT) 位置电路 数据分析计算机
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.
➢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
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.
光电倍增管
每7到10个光子入射到 光电阴极上，就会产 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（一 般是6到10个）。这些 电子再聚焦到下一个 倍增管电极上，这个 过程在倍增管电极阵 列上不断重复。
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 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。
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)
➢正电子发射计算机断层成像
(Positron Emission Tomography,PET)
1976 Keyes发明第一台γ相机SPECT系统 1983 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
SPECT的原理
SPECT检测通过放射性原子（称为放射性 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，选择的标准是它们的 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 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。如果有异常的吸 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。
4 特点
5 优势
核医学显像方法简单、灵敏、特异、 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、 结果准确、可靠，并能反映脏器的功能 和代谢，因此在临床和基础研究中的应 用日益广泛。
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:
4.3 单光子发射计算机断层成像
SPECT的总体特点
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。
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。 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，化学物
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。
Siemens的SPECT
GE的SPECT系统
SPECT的发展
1959 David Kuhl 和 Roy 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 层系统成为SPECT的前身
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 们重建出发射 部位的图像， 了解特定器官 或系统的功能。
光电倍增管阵列
Fra Baidu bibliotek
相机准直器
准直器位于晶体之前，是探头中首先和γ射 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。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。
闪烁探测器
一种铊激活碘化钠[NaI(Tl)]探测晶体普遍用于γ相 机中。在核医学中，这种晶体对于放射性核发射 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30-50 cm。
由于光电效应和与晶体内碘化物的离子的康普顿 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。 这种过程称为闪烁。
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.
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
平面成像
相机固定在病人上方，获取单一角度数据
平面动态成像
固定角度，长时间观察放射性示踪剂运动
SPECT成像
绕病人旋转，获取放射性示踪剂三维分布
门控SPECT成像
结合ECG获取心动周期不同阶段的图像
最后，一台数据处理计算机处理进来的投 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。计算机可能使用 各种方法来重建图像，比如滤波反投影算 法或迭代重建。
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
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，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
γ 相机的基本结构
相机准直器（Collimator） 闪烁探测器（NaI晶体） 光电倍增管(PMT) 位置电路 数据分析计算机