核医学成像原理及设备

1、 核医学分类核医学分类 核医学核医学成像原理成像原理及及设备（结构、原理、临设备（结构、原理、临床应用）床应用）核衰变及放射性简介核衰变及放射性简介放射性：放射性：原子核自发地放射各种射线的现原子核自发地放射各种射线的现象称为放射性象称为放射性与核外电子状态的改变关系很小，外与核外电子状态的改变关系很小，外界的温度、压力、电磁场都不能抑制界的温度、压力、电磁场都不能抑制或显著改变射线的发射或显著改变射线的发射放射性放射性现象是现象是由原子由原子核的变核的变化引起化引起的的 核医学成像是一种以核医学成像是一种以正常组织与病变之间正常组织与病变之间的放射性药物的浓度差别为基础的放射性药物的浓度差别

2、为基础的脏器或的脏器或病变的显像方法。是核医学的主要内容。病变的显像方法。是核医学的主要内容。 其基本条件：其基本条件： 引入具有能够引入具有能够选择性聚集选择性聚集在特定脏器或病变的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与临近组织之间的放射性药物浓度差达到一定浓度差达到一定程度程度 利用核医学成像仪器探测到这种利用核医学成像仪器探测到这种放射性药物的放射性药物的浓度差别浓度差别，并根据需要以一定方式，并根据需要以一定方式将它们显示将它们显示成像成像，即脏器或病变的影像。，即脏器或病变的影像。是通过在人体内注

3、入是通过在人体内注入可以发射可以发射射射线的线的放射性放射性同位素同位素(核电荷数同核电荷数同)来实现的。来实现的。核医学成像与核医学成像与MRI方法不同方法不同基本工作原理基本工作原理是脏器内外或脏器与病变之间放射性浓度差别为基础的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、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放射性核素或其标记化合物,使该脏器或病变与邻近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放射性

4、核素或标记化合物称显像剂2、利用核医学成像仪器、利用核医学成像仪器(照相机照相机、SPECT、PET)探探测到这种浓渡差，并根据需要按一定方式将它们显示测到这种浓渡差，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。成像，即显示脏器或病变组织的影像。显像剂显像剂探测探测放射性浓度差别放射性浓度差别照相机照相机、SPECT、PET是探测放射性核素或标记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到成像的目的与其他影像主要区别与其他影像主要区别成像取决于脏器、组织的血流、细胞成像取决于脏器、组织的血流、细

5、胞功能、细胞数量、代谢活性和排泄引功能、细胞数量、代谢活性和排泄引流情况等因素流情况等因素不是不是组织组织密度密度功能显像功能显像CT、MRI、超声是解剖形态学、超声是解剖形态学,无需显像剂无需显像剂.核医学成像核医学成像放射性同位素成像放射性同位素成像正常组织正常组织病变之间病变之间与与的浓度差别为基础的的浓度差别为基础的脏器或病变显像方法脏器或病变显像方法放射性药物放射性药物放射性药物的空间分布是时间的函数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放射性同位素的使用要有一个重要的时间维通过这种测量通过这种测量取值范围在毫秒到分钟取值范围在毫秒到分钟用以评估具体用

6、以评估具体器官基本功能器官基本功能,这项技术被称这项技术被称做动态平面闪做动态平面闪烁成像法烁成像法根据所用的放射性核素的不同，放射性衰变会产生根据所用的放射性核素的不同，放射性衰变会产生、和和X射线射线 、和、和粒子非常小粒子非常小不能从体中射出形成图像不能从体中射出形成图像X、 射线在穿过身体的各种组织的时候并不会遇到很多困难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一般来说，核医学成像系统只检测能量大干50kev的光子的光子（射线）。射线）。可了解其生物学功能或者确定某些疾病所在位置可了解其生物学功能或者确定某些疾病所在位置 这种信息之所以重

7、要是因为它无法由其他的成像技术提供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有关的有关的生理生理和和生化生化信息信息用放用放射性射性同位同位素成素成像像获得一些和相关病理变化的前兆获得一些和相关病理变化的前兆有效的放射性化学药物拥有的特性大致上分为三种：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药物屑性、物理属性和化学属性 照相机可对人体内脏器中的放射性核素分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、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。记录放射性药物在人体脏器内的代谢情况。所以所以照

8、相机不仅具有人体脏器的形态显像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，同时又具功能，而且具有功能显像功能，同时又具有动态显像功能。有动态显像功能。 光子光子闪烁晶体闪烁晶体荧光荧光光电倍增管光电倍增管光电流光电流后处理后处理准直器前置放大器、定位电路、图像处理电路、控制电路等显示器等光纤光纤 照相机主要由闪烁探头、探头支架、病床和操作控制台组成。闪烁探头闪烁探头1、闪烁闪烁晶体晶体将入射的将入射的射线转换成光电子即闪烁萤光体射线转换成光电子即闪烁萤光体Nal(TL)晶体晶体 放射性核素放射性核素 TL(铊铊)和和Tc(锝锝)均发射低能均发射低能射线射线大视野通用大视野通用照

9、相机最多的是采用厚度照相机最多的是采用厚度6.3mm的的Nal(TL)晶体晶体电子倍增电子倍增,将入射将入射光子在光阴极转换成光电子光子在光阴极转换成光电子,经经n个打拿极个打拿极,使使成成2的的n次方倍增长次方倍增长,阳极形成脉冲。阳极形成脉冲。3、定位电路、定位电路将每个光电倍增输出经加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减电路求信号和得信号位置输出2、光电倍增管、光电倍增管 3、准直器、准直器起定位采集起定位采集空间定位、限制探测器视野、提高分辨率空间定位、限制探测器视野、提高分辨率限制非规定方向和非规定能量限制非规定方向和非规定能量范围的射线进入探测器范围的射线进入探测

10、器 是一种可以把射线转变为可见光的物质，是一种可以把射线转变为可见光的物质，以常用的以常用的NaI为例，其过程是：射入的为例，其过程是：射入的射射线线在在NaI晶体内部与晶体发生光电效应和晶体内部与晶体发生光电效应和康普顿散射，康普顿散射，射线失去能量，晶体发出射线失去能量，晶体发出近紫色的闪烁光。近紫色的闪烁光。 对于对于NaI晶体其特点是：对晶体其特点是：对射线吸收效率射线吸收效率高、可以做成各种形状和大小、热稳定性高、可以做成各种形状和大小、热稳定性不好。不好。 光电倍增管是一种真空器件。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、它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电

11、极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。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，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，能测量微弱获得远高于光电管的灵敏度，能测量微弱的光信号。的光信号。光电倍增管的电流来源于光子碰撞光阴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，并经倍增后在阳极产生的光电子发射，并经倍增后在阳极形成电脉冲输出。极形成电脉冲输出。 光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电场场(或磁场或磁场)加速，聚焦于第一次极。这些冲击次极加速，聚焦于第一次极。这些冲击次极的电

12、子能使次极释放更多的电子，它们再被聚焦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在第二次极。这样，一般经十次以上倍增,放大倍放大倍数可达到几百上千倍。最后数可达到几百上千倍。最后,在高电位的阳极收集在高电位的阳极收集到放大了的光电流。到放大了的光电流。 由铅（钨）材料做成，使非规定范围和非由铅（钨）材料做成，使非规定范围和非规定方向的规定方向的射线不得进入闪烁晶体，所以射线不得进入闪烁晶体，所以有定位采集的作用。有定位采集的作用。 主要性能参数有孔数、孔径、孔长及间壁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、适用能厚度，决定空间分辨力

13、、灵敏度、适用能量范围等。量范围等。如何决定？如何决定？ 如果给定某种核素和其如果给定某种核素和其射线的能量，则分射线的能量，则分辨力和灵敏度是一对矛盾。辨力和灵敏度是一对矛盾。 分辨率分辨率 灵敏度灵敏度 均匀性均匀性 线性线性 能量分辨率能量分辨率 最大计数率最大计数率 死时间死时间 有效视野有效视野 象限数象限数 可对脏器进行平面显像、动态显像、门控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、肾脏像有甲状腺显像、脑显像、肺

14、显像、肾脏显像、肝胆显像和骨全身显像等。显像、肝胆显像和骨全身显像等。 SPECT指的是单光子发射型计算机断层显指的是单光子发射型计算机断层显像仪。像仪。 根据探测器的运动方式可以分为扫描根据探测器的运动方式可以分为扫描机型（多探头型）和机型（多探头型）和照相机型。照相机型。 多探头型目前很少，多探头型目前很少，照相机型应用较多照相机型应用较多 照相机型照相机型SPECT它实际上就是一个探头可以围绕它实际上就是一个探头可以围绕病人某一脏器进行病人某一脏器进行360旋转的旋转的相机，在旋转时相机，在旋转时每隔一定角度（每隔一定角度（3或或6）采集一帧图片，然后）采集一帧图片，然后经电子计算机自动

15、处理，将图像叠加，并重建为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，重建方法主要是不同方位的断层，切面图像，重建方法主要是滤波反投影法。 照相机型照相机型SPECT同时也具有一般同时也具有一般相机的功能，相机的功能，可以进行脏器的平面和动态（功能）显像。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目前已经有三探头的旋转照相机型，显像速度快，照相机型，显像速度快，质量也好。质量也好。 SPECT的构成：探头、机架、床、控制台、的构成：探头、机架、床、控制台、计算机和外围

16、设备。计算机和外围设备。 能量探测范围：能量探测范围：50600keV 体层图像体层图像 衰减伪影小衰减伪影小 空间分辨率好空间分辨率好 灵敏度较高灵敏度较高 价格价格 是目前国际上最尖端的医学影像诊断设备，也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。进的医学影像技术。PET的基本原理是利用加的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素速器生产的超短半衰期同位素,如如18F、13N、150、11C等作为示踪剂注入人体等作为示踪剂注入人体,参与体内的参与体内的生理生化代谢过程。生理生化代谢过程。 构成

17、：扫描机架、操作控制台、检查床、计算构成：扫描机架、操作控制台、检查床、计算机和外围设备。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：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、旋转固定型、旋转型、旋转-平移型、摆动平移型、摆动-旋转型。旋转型。 作为一种无创伤检查手段作为一种无创伤检查手段,PET可以从体外可以从体外对人体内的代谢物或药物的变化进行定量、对人体内的代谢物或药物的变化进行定量、动态检测动态检测,成为诊断和指导治疗各类肿瘤疾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。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

18、科技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。医疗诊断技术的主要标志之一。PET在临在临床医学的应用主要集中于神经系统、心血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。但管系统、肿瘤三大领域。但PET价格昂贵，价格昂贵，需配置小型医用回旋加速器，日常管理费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。用高，难以普遍推广。 不需要准直器不需要准直器 检测灵敏度高检测灵敏度高 本底小，分辨力好本底小，分辨力好 易于吸收校正易于吸收校正 可正确定量可正确定量 全身三维定位(肺癌转移) wholeboay Triangulation肺癌治疗后评价肺癌治疗后

19、评价肺腺鳞癌术后肺腺鳞癌术后2年，放疗及化疗年，放疗及化疗后，出现喝水后呛咳等症状后，出现喝水后呛咳等症状1、为胸部、为胸部CT无异常病灶出现，无异常病灶出现，2、为同期、为同期PET见纵隔处高浓集见纵隔处高浓集病灶病灶3、为三月后、为三月后CT发现病灶发现病灶 将将PET与螺旋与螺旋CT整合成一台设备，实现独整合成一台设备，实现独立扫描并重建，最后进行图像融合。立扫描并重建，最后进行图像融合。 P E T / C T为为 P E T和和 C T仪器及其图像融为一仪器及其图像融为一体的最先进设备体的最先进设备, 其开创了分子影像和解剖图像其开创了分子影像和解剖图像两者融合的先河两者融合的先河,

20、 可为临床提供更多信息。可为临床提供更多信息。 C T在在 P E T / C T的作用有：的作用有： 图像的衰减校正图像的衰减校正, 校正后的图像可真实反映脏校正后的图像可真实反映脏器的放射性分布器的放射性分布,用用 X线进行衰减校正线进行衰减校正,较以往的较以往的固体源有扫描速度明显提高、固体源有扫描速度明显提高、 患者流通量明显患者流通量明显增加的优点；增加的优点；功能性分子影像与功能性分子影像与 C T的解剖影像相融合的解剖影像相融合,使病使病灶在脏器内的部位得以精确定位；灶在脏器内的部位得以精确定位；P E T和和 C T两者相互补充提高诊断的准确性。两者相互补充提高诊断的准确性。

21、P E T / C T的问世的问世, 为肿瘤诊断、为肿瘤诊断、 良恶性病良恶性病变的鉴别诊断提供了极重要的信息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已成肿瘤诊断和鉴别诊断不可缺少的方法法, 经多年应用经多年应用, 已为肿瘤学家、已为肿瘤学家、 放疗学家放疗学家和内外科各类专家共识。和内外科各类专家共识。 P E T / C T的机型主要为的机型主要为 G E 、 S i e m e n s和和 P h i l i p s公公 司司 的的 D I S C O V E R Y 、 B I O G R A P H Y和和G E ME N I , 分分别占别占 5 9 %、 3 2 %和和 9% 拥有加速器的拥有加速器的 P E T / C T单位单位,并能就并能就地生产除地生产除 1 8 F以外的其他正电子药物以外的其他正电子药物, 如如 1 1 C 、 1