最全的医学成像原理课件- 核医学成像

1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级第八章 核医学成像主要内容第一节 概述第二节 核医学成像的根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。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射线，从而构成放射性同位素在体内

2、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。核医学开展简史：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。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

3、学建立了世界上第一座核反响堆，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-扫描仪制成，实现了心、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根底方法和手段，为今后的开展奠定了根底。迅速开展阶段：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。-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。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-99

4、mTc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。放射性核素显像 Radio nuclear imaging, RNI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。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RNI

5、是四大医学影像之一功能性显像为主，形态解剖结构显像为辅主要技术：相机；单光子发射型计算机断层SPECT；正电子发射型计算机断层PET；RNI技术特点：检测灵敏度高； 10-1410-18g，一般化学方法难以测出；定性、定量、定位；测量简便：只对放射性核素示踪物进行测量；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；功能性显像；一、放射性核素显像的技术特点示踪的根本根据：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；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

6、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。 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。二、核素示踪核医学检查工程统计情况检查工程 所占比例(%) 骨显象 25 脑显象 2 心肌血流灌注显象 35 肿瘤定位显象 15 肝胆/肾脏显象 5 呼吸系统显象 12 甲状腺显象 5 其他 1 注: 骨和心肌显象占60%的总检查 三、放射性制剂 放射性药物是能够平安用于诊断的放射性标记化合物 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125I 125I-胰岛素18F 18F-脱氧葡萄糖FDG)例如： 核素

7、要求 1.能量适中：100400KeV，一般临床应用50500KeV 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： T1/2 尽可能短减少辐射剂量； 核素在靶器官有适宜的存留时间，保障探测采集足够的数据； 显像后，放射性药物应尽快地从体内去除掉，减少辐射危害。一、核医学成像用放射性核素第二节 核医学成像的物理根底4.稳定性好：化学结构稳定，不易发生分解、氧化复原等化学反响；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；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。3.易标记：适宜的化学价

8、态和较强的化学活性。 2. 碘(I )： 98% ; 668KeV(伴有射线)； 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 常用于临床的放射性核素 1.锝Tc)： 90% ; 不伴有辐射； 能量 140KeV(适合探测； T 1/2 6.02h适合所有器官显像。3. 正电子衰变类用于PET) 11C 20.3min; 13N 10min ; 15O 123 s ; 18F 110 min 优点： 人体的根本元素，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；T 短，检查时可给予较大的剂

9、量，提高比照度和分辨率；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。二、 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局部能量、散射角脉冲幅度低、范围分布宽义：计数率测定时，防止其他能量射线的干扰；鉴定放射性同位素种类和含量 1956年Anger创造了闪烁相机 同时纪录各脏器核素的射线，成像时间短； 探头灵活，可进行多体位成像，使用方便； Polaroid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第三节 相机探头位置信号能量信号照相示波器XYZ射线源一、照相

10、机的根本结构一探头装置1、准直器 空间定位作用：允许特定方向光子进入探测器， 屏蔽与孔角不符的散射光子。材料：铅或铅合金； 屏蔽效果好； 易加工一探头装置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 对小脏器具有放大作用,计数率高 主要用于甲状腺显像 准直器到脏器的距离影响脏器图像的大小 平行孔准直器 准直器到脏器的距离影响图像质量,但不影响脏器大小. 临床上最常用的准直器,适用于各脏器 扇型准直器 明显提高计数率,图像分辨率不受影响 常用于脑显像 使用扇型准直器时,不能同时使用实时人体轮廓技术 准直器类型 孔径mm 孔数 （个） 长度(mm) 壁厚(mm) 系统灵敏度kps/

11、m Ci 系统分辨率(mm) 低能通用准直器 1.9 32900 35 0.2 270 8.7 低能高分辨准直器 1.5 18100 35 0.2 160 7.9 中能通用准直器 2.3 10000 33 1.5 190 10.7 高能通用准直器 2.6 5400 36 2.6 140 10.4 不同准值器的物理性能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：射线阻滞本领高探测效率高；荧光闪烁时间短时间分辨力高；荧光光子数与射线能量的线性关系好光学收集系统 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

12、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：106108电信号放大；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信号和确定入射射线的能量信号。三显示和记录根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，显示脏器功能状况二、照相机的性能指标及质量控制测试标准：美国电器制造商会(NEMA)标准National Electrical M

13、anufacturers Association空间分辨力：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 幅度分析器窗位全能峰探测灵敏度比照度、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 单光子ECTECT类型： ECT利用相机原理，参加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 射线单光子的核素； PECT(Positron ECT)：探测的核素为放射出正电子+的核素。1、SPECT成像的本质与方法探头围

14、绕病人某一脏器进行360旋转的相机，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。SPECT断层厚度：采集全部数据并处理后任意选定SPECT成像原理：2、数据的衰减校正取决于人体衰减系数图( map)的获取和衰减校正的算法。 量化精度 25%50%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SPECT是通过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射线的衰减与路经和组织成分等因素有关3、旋转中心偏移检查 断层时加以校正 SPECT扫描时间: PETSPE