医学成像技术-第6节

1、6.6 camera和和SPECT 照相机照相机成像特点：成像特点：一种基础的全身成像系统，将药一种基础的全身成像系统，将药物分布快速、一次性显像，常用于肿瘤及循环系统疾病的诊物分布快速、一次性显像，常用于肿瘤及循环系统疾病的诊断；全身或局部组织脏器的功能成像，能将形态学与功能学断；全身或局部组织脏器的功能成像，能将形态学与功能学信息结合显示；显像时间短，可自动连续拍摄，能显现放射信息结合显示；显像时间短，可自动连续拍摄，能显现放射性药物分布的动态变化。在临床的重要应用之一为全身骨扫性药物分布的动态变化。在临床的重要应用之一为全身骨扫描。核医学诊断中，主要用于脑、心、肾等器官的动态功能描。核医

2、学诊断中，主要用于脑、心、肾等器官的动态功能研究，诊断脑、甲状腺、肺、肝、肾及骨骼等部位肿瘤和其研究，诊断脑、甲状腺、肺、肝、肾及骨骼等部位肿瘤和其他疾病。他疾病。l构造原理如右图构造原理如右图： l性能指标及质量控制性能指标及质量控制l优缺点优缺点l类型类型下一页l照相机的核心。探头的性能好坏决定了整照相机的核心。探头的性能好坏决定了整台机器性能的好坏，决定图像质量的好坏。台机器性能的好坏，决定图像质量的好坏。 作用作用：. .把人体内分布的放射性核素辐射把人体内分布的放射性核素辐射的的 射线限束、定位射线限束、定位用光电倍增管将由用光电倍增管将由 射射线在闪烁体激起的荧光转化为电脉冲线在闪

3、烁体激起的荧光转化为电脉冲 将将电脉冲转化为控制像点位置的位置电脉冲转化为控制像点位置的位置XYXY信号和信号和像点亮度的像点亮度的Z Z信号。信号。 准直器准直器：根据被检者大小选择平行、发散、：根据被检者大小选择平行、发散、会聚或针孔型会聚或针孔型 闪烁体闪烁体：碘化钠晶体，晶体越薄，：碘化钠晶体，晶体越薄， 照相机照相机的空间分辨力越高的空间分辨力越高 光电倍增管光电倍增管：每个光电阳极给出一个电流脉：每个光电阳极给出一个电流脉冲信号到电阻矩阵冲信号到电阻矩阵 电阻矩阵电阻矩阵：列数：列数=4 =4 行数行数= =光电管数光电管数 每个光电管给出的电流都要形成每个光电管给出的电流都要形成

4、4 4个位置信号个位置信号探头探头照相机探测照相机探测射线的原理射线的原理 照相机探测照相机探测射线的原理与扫描机和其它射线的原理与扫描机和其它计器是一样的，计器是一样的，采用闪烁探测法。注入人体的放射性核素发射出的采用闪烁探测法。注入人体的放射性核素发射出的射线首先射线首先经过准直器准直，然后打在碘化钠晶体上，碘化钠晶体产生的经过准直器准直，然后打在碘化钠晶体上，碘化钠晶体产生的闪光由一组光电倍增管收集。任何一次闪烁均将在各个光电倍闪光由一组光电倍增管收集。任何一次闪烁均将在各个光电倍增管上产生不同的响应。响应的强弱与光电倍增管距闪烁点的增管上产生不同的响应。响应的强弱与光电倍增管距闪烁点的

5、位置有关，距闪烁点愈近，产生的响应愈强，将所有光电倍增位置有关，距闪烁点愈近，产生的响应愈强，将所有光电倍增管的响应加起来可以产生位置和能量信号。位置信号确定了闪管的响应加起来可以产生位置和能量信号。位置信号确定了闪烁事件发生的位置，能量信号则确定哪些闪烁事件该启辉，哪烁事件发生的位置，能量信号则确定哪些闪烁事件该启辉，哪些闪烁事件不该启辉。有了位置和启辉信号，在显示器上就可些闪烁事件不该启辉。有了位置和启辉信号，在显示器上就可以显示一个闪烁点，众多的闪烁点就可以构成一幅图像。以显示一个闪烁点，众多的闪烁点就可以构成一幅图像。以以P10P10和和P19P19为例为例s sx x(10)=(10

6、)=x x- -i-xi-x+ + i=4.42 i=4.42 i-4.42 i-4.42 i=0i=0s sy y(10)(10)= y= y- - i-yi-y+ + i=4.42 i=4.42 i-4.42 i-4.42 i=0i=0s sx x(19)(19)=x=x- -i-xi-x+ + i=8.87 i=8.87 i-2.94 i-2.94 i i0 0s sy y(19)(19)= y= y- - i-yi-y+ + i=2.37 i=2.37 i-33 i-33 i i0 0 位置线路由光电倍增管和电阻矩阵所构成。位置线路设计的核心位置线路由光电倍增管和电阻矩阵所构成。位置线

7、路设计的核心是给每一个光电倍增管加上一个与距离成比例的权重电阻。是给每一个光电倍增管加上一个与距离成比例的权重电阻。x x- - x x+ + y y- - y y+ + 减法器减法器XYXY信号信号控制像点位置控制像点位置x x- - x x+ + y y- - y y+ + 加法器加法器脉冲分析器脉冲分析器示波器示波器Z Z输入端输入端控制像点亮度控制像点亮度位置信号和能量信号的获得位置信号和能量信号的获得 照相机照相机+ +线性计数率仪线性计数率仪计数率转计数率转化为直流电压信号化为直流电压信号XYXY记录仪绘制放射记录仪绘制放射性活度性活度随时间随时间变化曲线，显示脏器功能变化曲线，显

8、示脏器功能状况状况返回功能测定的实现功能测定的实现1.空间分辨力：表征相机对位置的分辨能力，可用两个点源的分辨距离或FWHM及MTF来表示。2.固有空间线性： 照相机入射闪烁晶体产生荧光位置相对于入射光子空间位置产生的畸变程度，表征光点定位的准确性。3.计数器的死时间： 照相机分开前后两个闪烁光子的最短时间。与放射核素、幅度分析器窗宽、窗位、散射物质、数据处理系统的时间响应有关。5.系统灵敏度：表示系统对 射线的探测效率，定义为单位时间之内单位活度的计数率。与准直器和闪烁体的效率、 射线能量有关。提高灵敏度的关键是调节幅度分析器的窗位，使其与射线能谱的全能峰准确对应，此时信噪比较高。返回性能指

9、标性能指标 优点：优点： 1.1.短时间自动连续显象；通过连续显像，追踪和记录放射性药短时间自动连续显象；通过连续显像，追踪和记录放射性药物通过某脏器的过程，可对脏器的形态和功能进行动态研究。物通过某脏器的过程，可对脏器的形态和功能进行动态研究。 2.2.操作简便，时间短，操作简便，时间短， 2020帧帧/ /秒，探测器对整个视野体内发出秒，探测器对整个视野体内发出 射线敏感，射线敏感，一次照像即可，由于显像迅速，便于多体位、多部位观察。一次照像即可，由于显像迅速，便于多体位、多部位观察。适用于儿童和老人。适用于儿童和老人。 3.3.配置一定附加装置可进行功能检查、断层或全身成像，配置一定附加

10、装置可进行功能检查、断层或全身成像，能把能把形态学和功能学信息显示结合起来。形态学和功能学信息显示结合起来。获得定量数值，进行定量诊断。获得定量数值，进行定量诊断。所得数据输入计算机，可以进行图像后处理。所得数据输入计算机，可以进行图像后处理。 4.4.适用于多脏器联合显像适用于多脏器联合显像 缺点：缺点： 1.1.结构与电子线路复杂，设备调整过程复杂。结构与电子线路复杂，设备调整过程复杂。 2.2.图像受脏器的厚度影响较大。图像受脏器的厚度影响较大。 3.3.图像空间分辨率低。图像空间分辨率低。返回返回优缺点优缺点照相机有许多类型。常用的有以下几种：照相机有许多类型。常用的有以下几种：（一）

11、移动式（一）移动式照相机照相机 移动式移动式照相机主要用于核心脏病学，它可以推到病房及急救照相机主要用于核心脏病学，它可以推到病房及急救部门对病人进行抢救使用。这种部门对病人进行抢救使用。这种照相机专为使用照相机专为使用99mTc99mTc、201T1201T1低能低能放射性核素而设计，晶体小而薄，探头轻、体积小。主机与计算机合放射性核素而设计，晶体小而薄，探头轻、体积小。主机与计算机合为一整体。移动式为一整体。移动式照相机不适用于高能放射性核素，对大脏器显像照相机不适用于高能放射性核素，对大脏器显像由于视野偏小也不适用。由于视野偏小也不适用。（二）模拟式二）模拟式照相机和数字式照相机和数字式

12、照相机照相机 模拟式模拟式照相机与数字式照相机与数字式照相机的概念目前仍有些模糊。有些厂家照相机的概念目前仍有些模糊。有些厂家标明自已的产品是全数字式，但仔细考察，并不是完全数字式的。数字式标明自已的产品是全数字式，但仔细考察，并不是完全数字式的。数字式照相机应该从光电倍增管的输出就开始数字化。多晶体式照相机应该从光电倍增管的输出就开始数字化。多晶体式照相机属于照相机属于这种类型。它在这种类型。它在照相机的应用中曾起过一定作用，但由于它视野小，能照相机的应用中曾起过一定作用，但由于它视野小，能量分辨差，现已不再使用。量分辨差，现已不再使用。 现在使用的现在使用的照相机多为模拟照相机多为模拟-

13、-数字混合式。这种类型的数字混合式。这种类型的照相机位置照相机位置信号是模拟的，位置信号以后转换成数字信号，信号处理一般均为数字式。信号是模拟的，位置信号以后转换成数字信号，信号处理一般均为数字式。照相机的控制台与计算机合为一体，由一系列微处理器执行各种不同的照相机的控制台与计算机合为一体，由一系列微处理器执行各种不同的功能。目前也有一些厂家生产了全数字化的功能。目前也有一些厂家生产了全数字化的照相机探头。在光电倍增管照相机探头。在光电倍增管输出后面立即进行模数转换，每个光电倍增管后面有一个输出后面立即进行模数转换，每个光电倍增管后面有一个ADCADC元件。位置坐元件。位置坐标计算原理也与模拟

14、式标计算原理也与模拟式照相机完全不同。照相机完全不同。（三）全身显像（三）全身显像照相机照相机 由探头和床的配合运动，在显示器上得到一幅缩小的由探头和床的配合运动，在显示器上得到一幅缩小的全身放射性分布图像的全身放射性分布图像的照相机称全身显像照相机称全身显像照相机。全身显照相机。全身显像有两种移动方式，探头移动或床移动。全身显像由四部分组像有两种移动方式，探头移动或床移动。全身显像由四部分组成：探头移动机构，位置编码线路，图像衰减及显示跟踪。扫成：探头移动机构，位置编码线路，图像衰减及显示跟踪。扫描速度及扫描长度可以任意选择，也可以通过信息密度调节扫描速度及扫描长度可以任意选择，也可以通过信

15、息密度调节扫描速度。位置编码线路控制探头运动的行程和终止。描速度。位置编码线路控制探头运动的行程和终止。返回返回发射型计算机断层（发射型计算机断层（ECTECT）l定义定义：通过图像重建，显示进入人体的放射性核素在断层上的分布。通过图像重建，显示进入人体的放射性核素在断层上的分布。可显示可显示无其他部位干扰的断层图像（形态）无其他部位干扰的断层图像（形态）活体生理、生化功能活体生理、生化功能和代谢情况（功能）。和代谢情况（功能）。l本质本质：体外测量发自体内的体外测量发自体内的 射线，确定体内的放射型核素的活度射线，确定体内的放射型核素的活度l分类分类： 1.1.单光子发射型计算机断层单光子发

16、射型计算机断层 single photon emission computed tomography single photon emission computed tomography 2. 2.正电子发射型计算机断层正电子发射型计算机断层 SPECTSPECT的原理的原理l成像的本质与方法成像的本质与方法l数据的衰减校正数据的衰减校正l主要技术优势及缺点主要技术优势及缺点返回l 本质：本质：体外进行单个光子数量的测量体外进行单个光子数量的测量l 放射性制剂：放射性制剂： 衰变同位素（人体没有的富中子的同位素衰变同位素（人体没有的富中子的同位素TcTc、InIn，所显示，所显示的生理生化过程

17、受限制的生理生化过程受限制）l 成像算法：成像算法：滤波反投影法滤波反投影法, ,先由探测器获得断层的投影函数，再用适当的滤先由探测器获得断层的投影函数，再用适当的滤波函数进行卷积处理，将处理后的投影函数进行反投影，重建二维的活度分波函数进行卷积处理，将处理后的投影函数进行反投影，重建二维的活度分布布( (而非衰减系数的分布而非衰减系数的分布) )。l 断层厚度的确定：断层厚度的确定：利用利用 照相机照相机探头上的位置电路层厚任意确定，可以在全部探头上的位置电路层厚任意确定，可以在全部数据采集、处理数据采集、处理后后再来选定。再来选定。CTCT则由准直器高确定则由准直器高确定1.1. 照相机探

18、照相机探头（按旋头（按旋转方位）转方位）2.2.旋转扫描支架旋转扫描支架( (按探头采集信号方式按探头采集信号方式) )3.3.成像软件成像软件横断层横断层( (水平断层水平断层)SPECT )SPECT ：断层垂直人体长轴，对比度好断层垂直人体长轴，对比度好纵断层纵断层SPECT SPECT ：断层平行人体长轴：断层平行人体长轴布进式旋转：步幅布进式旋转：步幅2-92-9，静止时采集数据。如心，静止时采集数据。如心图像采集一般为度，图像采集完毕存入硬图像采集一般为度，图像采集完毕存入硬盘以备图像重建。盘以备图像重建。连续旋转：探头均匀角速度旋转，连续旋转：探头均匀角速度旋转，运动中采集运动中

19、采集 结构：结构：( (单单. .双探头双探头SPECT)SPECT)计算机控制计算机控制 图像采集是保证断层图像质量的基础，为了使图像采集精确可图像采集是保证断层图像质量的基础，为了使图像采集精确可靠，采集前靠，采集前 应仔细摆好病人位置，使被检查的断层脏器在任何方位都置应仔细摆好病人位置，使被检查的断层脏器在任何方位都置于探头的视野内，最好位于视野中心；于探头的视野内，最好位于视野中心； 注意采集时间：为了提高统计精度在病人耐受的情况下采集注意采集时间：为了提高统计精度在病人耐受的情况下采集时间适当加长，平均总的采集时间为时间适当加长，平均总的采集时间为minmin左右。例如脑血流断左右。

20、例如脑血流断层时共采集帧，每帧采集时间为层时共采集帧，每帧采集时间为s s，则总采集时间为，则总采集时间为minmin； 还应注意对准直器的选择：一般用平行孔准直器，但由于图还应注意对准直器的选择：一般用平行孔准直器，但由于图像数据采集时病入体表与探头之间有一定距离，空间分辨有一定损像数据采集时病入体表与探头之间有一定距离，空间分辨有一定损失，为了补偿空间分辨损失以采用低能高分辨准直器为宜，如厂家失，为了补偿空间分辨损失以采用低能高分辨准直器为宜，如厂家提供的技术资料中，有不同脏器断层推荐采用的准直器类型，则可提供的技术资料中，有不同脏器断层推荐采用的准直器类型，则可据此选用。据此选用。 返回

21、返回l校正的意义：校正的意义：X-CTX-CT中射线穿透人体存在衰减，但其原理正是利中射线穿透人体存在衰减，但其原理正是利用衰减计算线性衰减系数的相对值，即用衰减计算线性衰减系数的相对值，即CTCT值；值；SPECTSPECT是通过是通过 射线射线的体外计数来标定体内放射性活度，的体外计数来标定体内放射性活度，无衰减无衰减( (理想理想) )时，计数大小时，计数大小放射性活度。所以放射性活度。所以不希望有衰减。不希望有衰减。l校正方法校正方法: :尚未找到较好的校正法尚未找到较好的校正法 平均衰减校正法平均衰减校正法 ： 如果人体或脏器为如果人体或脏器为一等密度一等密度衰减体，此时衰减只与光子所经衰减体，此时衰减只与光子所经路径长短有关。假定人体为一椭圆，确定椭圆的圆心、长短轴后，路径长短有关。假定人体为一椭圆，确定椭圆的圆心、长短轴后，即可根据指数衰减公式构造成一个断层的衰减图，其本质给出了即可根据指数衰减公式构造成一个断层的衰减图，其本质给出了射出光子通量与所经路径的关系，按此关系