核医学成像专题知识

核医学成像专题知识核医学成像专题知识第1页一、核医学成像概述二、核诊疗用放射性同位素三、核物理学中一些概念四、核诊疗学检测伎俩五、核诊疗仪器组成

六、摄影机（Gammacamera）

七、发射性计算机断层成像八、核医学影成像图像质量指标第六章核医学成像系统－主要内容核医学成像专题知识第2页一、核医学成像概述人类已进入21世纪，经济将高度发展，人民生活水平深入提升，人民渴望有一个好生活环境和健康身体，所以需要提升医疗技术和水平，更新医疗设备，提升全民族健康，使人民平均寿命提升到新水平。核科学与医学、生物学、放射学和剂量学等结合，产生了放射诊疗学、放射治疗学和核医学等学科。核医学成像专题知识第3页一、核医学成像概述当代医学包含四个方面：预防医学、诊疗医学、治疗医学和康复医学。核科学可用于预防、诊疗和治疗，已成为医学领域中不可缺乏部份。比如：预防领域如乳腺癌普查、骨密度普查、X光定时检验等；诊疗领域中高级设备都和核科学相关，如XCT、ECT、MRI和PET等；治疗领域，当代癌症有70％需要放射性治疗，还有X刀、γ刀、质子刀等都是当前最先进治疗设备。几十年来核医学已得到相当大发展，在医院中放射科和核医学科都已成为当代化医院中主要部门。核医学成像专题知识第4页一、核医学成像概述1、核医学定义：核医学，又称原子（核）医学，是一门利用开放型放射性核素诊疗和治疗疾病学科。核医学是核技术与医学相结合学科；核医学任务是用放射性核素及核技术来诊疗、治疗及研究疾病；核医学是研究同位素及核辐射医学应用及理论基础科学。核医学成像专题知识第5页

2、核医学成像特点：（1）高灵敏度：当前可测量300种以上活体，可探测到10-9­­10-15克；（2）无创伤性，可动态观察；（3）反应体内生化和生理过程；（4）同时反应组织或脏器形态与功效；（5）核医学成像是以脏器内、外，或脏器内各个别之间放射性浓度差异为基础，显示静态和动态图像，该图像不但反应了人体组织、脏器和病变位置、形态、大小，而且还提供了组织、脏器每个微小局部变化和差异。一、核医学成像概述核医学成像专题知识第6页一、核医学成像概述2、核医学成像特点：(6)核医学成像含有各种动态成像方式，同时提供各种功效参数以反应机体及组织血流功效、代谢等方面信息。(7)一些放射性核素含有向脏器或病变特异性聚集，由此而取得核素成像含有较高特异性，可显示不一样组织类型肿瘤、各种神经受体、炎症、转移灶等组织器官影像，而这些单靠形态学检验经常难以实现。最主要特点是能提供身体内各组织功效性改变，而功效性改变常发生在疾病早期。核医学成像含有简单、灵敏、特异、无创伤性、安全、易于重复、结果准确等特点。核医学成像专题知识第7页一、核医学成像概述3、核医学分类核医学成像专题知识第8页一、核医学成像概述4、核医学成像方法:X射线和超声成像都是由外部向人体发射某种形式能量，依据能量衰减或反射情况来成像。现在讨论另一个成像方法：核医学影像则是向人体注射放射性核素示踪剂，使带有放射性核素示踪原子进入人体内要成像脏器或组织，使它们变成射线源，然后经过测量放射性核素在人体内分布来成像。核医学成像专题知识第9页一、核医学成像概述4、核医学成像方法:在进行脏器显像和/或功效测定时，医生依据检验目标，给病人口服或静脉注射某种放射性示踪剂，使之进入人体后参加体内特定器官组织循环和代谢，并不停地放出射线。这么咱们就可在体外用各种专用探测仪器追踪探查，以数字、图像、曲线或照片形式显示出病人体内脏器形态和功效。核医学成像专题知识第10页5、核医学成像过程：核医学成像过程是先把某种放射性同位素标识在药品上，形成放射性药品并引入人体内，当它被人体脏器和组织吸收后，就在体内形成了辐射源。用射线检测装置能够从体外检测体内放性核素在衰变过程中放出射线，从而组成放射性同位素在体分布密度图像。因为放射性药品能够正常地参加机体物质代谢，所以核医学成像图像不但反应了脏器和机体组织形态，更主要是提供相关脏器功效生理、生化信息。一、核医学成像概述核医学成像专题知识第11页一、核医学成像概述6、发展简史1896年，法国物理学家贝克勒尔在研究铀矿时发觉，铀矿能使包在黑纸内感光胶片感光，这是人类第一次认识到放射现象。1898年，马丽·居里与他丈夫皮埃尔·居里共同发觉了镭，今后又发觉了钚和钍等许多天然放射性元素。1926年，美国波士顿内科医师布卢姆加特（Blumgart）首先应用放射性氡研究人体动、静脉血管之间循环时间，在人体内第一次应用了示踪技术。核医学成像专题知识第12页一、核医学成像概述1951年，美国加州大学卡森（Cassen）研制出第一台扫描机，经过逐点打印取得器官放射性分布图像，促进了显像发展。1957年，安格（HalO.Anger）研制出第一台γ摄影机，称安格摄影机，使得核医学显像由单纯静态步入动态阶段，并于60年代初应用于临床。1959年，他又研制了双探头扫描机进行断层扫描，并首先提出了发射式断层技术，从而为日后发射式计算机断层扫描机—ECT研制奠定了基础。

核医学成像专题知识第13页一、核医学成像概述

1972年，库赫博士应用三维显示法和18F-脱氧葡萄糖，测定了脑局部葡萄糖利用率。他创造成为正电子发射计算机断层显像（PET）和单光子发射计算机断层显像（SPECT）基础，大家称库赫博士为“发射断层之父”。当前，绝大多数γ摄影机不是真正数字式，在探头内部仍以模拟为主，探头输出位置信号开始进入数字式。伴随计算机在核医学中应用，核医学仪器趋向于“智能化”。核医学成像专题知识第14页一、核医学成像概述7、

当前核医学影像设备应用概况(1)当前广泛使用单光子发射计算机断层（SPECT），已从单探头、双探头和三探头，直至现在发展为带衰减校正能进行符合线路成像SPECT.

SPECT并不是一个很新设备，于1979年研制成功。经多年不停改进，产生了许多不一样型号、不一样档次产品，其显像基础原理没有改变，仍属于比较低端核医学设备。我国三级以上医院都已经配置SPECT，数量达300台以上。主要用途：用于全身骨骼、心肌血流、脑血流、甲状腺等显像。核医学成像专题知识第15页一、核医学成像概述（2）PET：所应用显像剂如C-11、N-13，O-15等都是人体组织基础元素，且能够参加人体生理、生化代谢过程，能够深入分子水平反应人体生理、生化过程，从功效、代谢等方面全方面评价人体功效状态，到达早期诊疗疾病、指导治疗目标。定性准确和一次性完成全身显像特点极大地促进了PET在肿瘤、脑神经系统疾病以及心脏病等方面应用。PET最大缺点是解剖结构显示分辩率低。核医学成像专题知识第16页一、核医学成像概述

（3）PET/CT：把擅长功效显像PET与擅长显示解剖结构全身CT结合起来，在年世界上第一台同机一体PET/CT在美国CTI企业研制成功，被选为年度最伟大创造创造。

PET/CT是当前最先进PET与最好多排螺旋CT完美组合，到达了一加一大于二效果，成为当前最豪华医学影像诊疗设备。PET/CT出现使医学影像技术进入了一个新阶段。

PET与CT同机组合把两种设备图像融合起来进行分析，极大地提升了临床医生诊疗准确性，一经问世便在世界范围内高速增加。年第一台PET/CT在我国安家落户，当前PET/CT在我国已经呈献快速发展趋势。

核医学成像专题知识第17页一、核医学成像概述SPECT最高探测效率仅为PET1%-3%左右，图像质量远不能与PET/CT相比，诊疗效能上差距较大。

比较：二者一个是普及型低端产品，价格较低；一个是世界上公认最高级次医学影像诊疗设备，价格昂贵、投资巨大，极难普及和推广。核医学成像专题知识第18页一、核医学成像概述

（4）PET和其它检验区分：

1)单纯X线CT成像基础：依据人体组织对外源X线吸收程度不一样来判断人体组织器官结构改变情况；

2)磁共振检验:将人体置入外加磁场内，然后探测人体内组织成份磁信号改变情况；

3)医学超声成像：依靠超声在人体内传输，碰到不一样组织和器官时，因其声特征阻抗不一样而产生声强有差异回波（超声在人体组织上反射波）来建立影像;

4)PET检验：探测人体内物质（或药品）代谢功效动态改变。

包含准确定位和定性等，是其它检验不能比拟。四者成像原理有本质区分。

核医学成像专题知识第19页二、核诊疗用放射性同位素

(1)同位素：原子核中质子数相同而中子数不一样化学元素。

放射性同位素与非放射性同位素在化学性质上是相同，不一样是前者能够衰变，同时放出射线，放射性同位素又称为放射性核素（Radionuclide）。(2)衰变：放射性同位素自发地放射出射线后，本身转化为另一个核素，这种现象称为“衰变”。(3)放射射线：放射性核素放出射线有三种：，在核医学中主要用γ射线（γ光子）和正电子射线来进行诊疗，为何？注：射线穿透力不强，对人体辐射危害较大，而γ、射线穿透力强，对人体辐射危害较小。核医学成像专题知识第20页二、核诊疗用放射性同位素(4)放射射线性质：

1.能使气体电离；2.能激发荧光物质；3.能使摄影底片感光；4.含有穿透性，射线足够强时，还会破坏生物组织细胞。(5)射线能量要求：为了确保成像质量而对患者辐射剂量维持在允许水平上，对射线能量有一定要求。普通认为，发射能量在25-511kev范围内X射线或γ射线放射性核素，对成像目标有用，而且要求放射性核素纯度必须足够高。核医学成像专题知识第21页二、核诊疗用放射性同位素(6)核医学中用放射性核素：普通是人工制造，利用原子反应堆或离子加速器产生高能一碰撞粒子轰击一些原子核来产生，然后用化学方法进行分离。

(7)放射性核素化学载体：放射性核素必须要有适当化学载体，即制成放射性药品。

(8)放射性药品要求：放射性药品要能对靶器官有定位特征和衰减（去除）率特征，即能被靶器官特定吸收而又能及时排出，要求无菌、无毒性（经过注射或口服）。核医学成像专题知识第22页二、核诊疗用放射性同位素常见放射性核素:SPECT最常见放射性核素为99Tcm其次为131IPET最常见放射性核素为18F其次为11C、13N、15O核医学成像专题知识第23页三、核物理学中一些概念

(1)核物理中基础粒子：在核物理中以基础粒子为单位参加核反应，基础粒子有：质子、中子、粒子、粒子、粒子等。(2)蜕变：原子核质量或电荷改变称为蜕变。(3)自动核衰变：特殊核蜕变称为自动核衰变。(4)放射性核素：核能够自动（发）衰变者称为放射性核素。(5)半衰期：放射性核素因为衰变而使原有质量（或电荷）剩下二分之一所需时间。核医学成像专题知识第24页四、核诊疗学检测伎俩

(1)核诊疗计数与定位：核诊疗需要对发射粒子进行计数和定位。因为核蜕变不能直接观察到，必须经过探头测量其产生效果。

(2)发射粒子探测：利用发射粒子吸收效果，有两种方法进行探测： （一）由电离而产生电导性测量；（二）物质中产生闪烁光测量。

(3)探测器分类：一是电离探测器；二是闪烁探测器。

核医学成像专题知识第25页四、核诊疗学检测伎俩(4)电离探测器：利用发射粒子电离效应，离子在电场作用下将产生电流特征。在随机碰撞所产生重新组合发生之前，离子在电场中所经过路径越长，检测灵敏度越高，气体材料是适合用于电离探测器。因为气体材料组成探头物质密度很低，对粒子检测效率很低，所以气体电离探测器在核诊疗中作用是次要，主要用于X射线探测。另外：半导体材料组成探测器也属于离子探测器，发射粒子在半导体中并不形成离子，而只形成电子－空穴对，优点是灵敏度高，电离能量只需气体材料十分之一。核医学成像专题知识第26页四、核诊疗学检测伎俩

(5)闪烁探测器：辐射能量被吸收将引发电子层重新排列，使能量转换成紫外线或可见光，这种现象称为闪烁，闪烁探测器常使用碘化钠晶体材料，并用光电倍增管来实现光能到电信号转换。每一个发射粒子引发闪烁效应将产生一个电脉冲信号，对这个电脉冲进行计数，就可得到蜕变速率。放射性检测主要是蜕变速率检测。

(6)脉冲高度分析器：为了能与蜕变速率成正比，去掉随机产生噪声，必须对脉冲幅度（与发射粒子能量相关）进行选择，选择那些由全部吸收均在探头中发生发射粒子引发脉冲，这在电路上称为“脉冲高度分析器”。核医学成像专题知识第27页四、核诊疗学检测伎俩

(7)脉冲高度分析器原理：假如没有康普顿效应而只有光电效应，则发射γ粒子放射性物质密度谱只在一定能量处有一峰值。所以，用加“窗口”技术来进行脉冲选择，选择含有一定幅值脉冲经过而其它幅值脉冲被滤掉，能够确保计数率准确性。

核医学成像专题知识第28页五、核诊疗仪器组成核诊疗仪器组成：探测器、线性放大器、脉冲高度分析器（判别器）、脉冲计数器、显示打印个别，以及探测器装置、病人床机械运动机构、复杂计算机控制与图像处理系统。核医学成像专题知识第29页五、核诊疗仪器组成(1)探测器：由准直器、NaI（T1）晶体、光电倍增管及前置放大器等组成，其作用是将γ射线能量转换成电压脉冲信号，其幅度与γ射线能量成正比。(2)线性放大器：将探测器来电信号深入放大及处理。(3)脉冲高度分析器：利用加窗技术，选择含有一定幅值脉冲经过而其它幅值脉冲抑制下去。核医学成像专题知识第30页五、核诊疗仪器组成

(4)脉冲记数器：对脉冲高度分析器出来脉冲进行测量，有两种测量方法：一个计数法，称为计数器；另一个是对脉冲序列进行平均，称为速率计。不一样类型核诊疗仪器，对射线光子能量范围也有一定要求，普通认为，25－511KeV范围内X射线或射线放射性核素，对成像目标有用。对于Anger单晶闪烁摄影机，光子能量范围为75-300KeV成像最有效；正电子发射断层成像则利用正电子湮灭过程中解释放出511KeV光子。核医学成像专题知识第31页六、核诊疗仪器分类及应用特点1.γ摄影机

(1)γ摄影机是核医学影像设备中最基础、最主要一个，γ摄影机，又称闪烁摄影机是一个能对脏器中放射性核素分布进行一次成像和连续动态观察仪器。

(2)该仪器主要由四个别组成，即闪烁探头、电子线路、显示统计装置以及附加设备。

(3)γ摄影机可同时统计脏器内各个部份射线，快速形成一帧器官静态平面图像，亦可用于获取反应脏器内放射性分布改变连续照片，经数据处理后，可观察脏器动态功效及其改变，所以γ摄影机既是显像仪又是功效仪。核医学成像专题知识第32页2.发射式计算机断层（ECT）是利用仪器探测人体内同位素动态分布成像，并经过计算机进行数据处理和断层重建，来取得脏器或组织横断面、矢状面以及冠状面三维图像。能够做功效、代谢方面影像观察，是由电子计算机断层（CT）与核医学示踪原理相结合高科技技术。ECT分为两大类：一类：以发射单光子核素为示踪剂，即单光子发射计算机断层显像仪（SPECT）；另一类：是以发射正电子核素为示踪剂，即正电子发射计算机断层显像仪（PET）。六、核诊疗仪器分类及应用特点核医学成像专题知识第33页3.SPECT:

SPECT是一个探头能够围绕病人某一脏器进行360°旋转γ相机，在旋转时每隔一定角度（通常是6°）采集一帧图片，然后经计算机自动处理，将图像叠加，并重建为该脏器横断面、冠状面、矢状面或任何需要不一样方位断层、切面图像。多年来为提升诊疗灵敏度、分辨率和正确性，缩短采集时间，双探头、三探头SPECT也相继应用于临床中。

SPECT同时也含有普通γ相机功效，能够进行脏器平面和动态（功效）显像。六、核诊疗仪器分类及应用特点核医学成像专题知识第34页4.PET：PET是当前在分子水平上进行人体功效显像最先进医学影像技术，它空间分辨率显著优于SPECT。

PET基础原理是利用加速器生产超短半衰期同位素，如氟-18、氮-13、氧-15、碳-17等作为示踪剂注入人体，参加体内生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是组成人体主要元素，利用它们发射正电子与体内负电子结合释放出一对伽玛光子，被探头晶体所探测，得到高分辨率、高清楚度活体断层图像，显示人脑、心脏、全身其它器官以及肿瘤组织生理和病理功效及代谢情况。

PET在临床医学应用主要集中于神经系统、心血管系统、肿瘤三大领域。六、核诊疗仪器分类及应用特点核医学成像专题知识第35页七、详细核诊疗仪器整个系统由准直器、闪烁晶体、光电倍增管阵列、位置计算电路、脉冲高度分析器与对应显示装置组成。

第一类：γ摄影机(1)系统组成核医学成像专题知识第36页γ相机探头结构核医学成像专题知识第37页伽玛摄影机探头结构显示：假如该伽玛射线能量属于需要纪录伽玛射线，则依据计算出位置值(x,y)，在示波器对应点上显示，经过一定时间后，就会形成一幅闪烁图像。定位电路：与PMT配累计算出伽玛射线出射位置(x,y)，以及该伽玛射线能量值。光电倍增管(PMT)：将可见光转化为电信号，PMT以六角蜂窝状排列，以配合定位电路计算伽玛射线出射位置。NaI(Tl)晶体：使伽玛射线转化为可见光。准直器：预防散射线进入探测器，即预防临近组织产生伽玛射线散射进入测量部位组织。核医学成像专题知识第38页

A.准直器-最主要部件之一

准直器作用：实现空间定位，是让一定视野范围内一定角度方向上γ射线经过准直器小孔进入闪烁晶体，而视野外与准直器孔角不符射线则被准直器所屏蔽，起到空间定位选择器作用。闪烁晶体与准直器含有相同直径，并紧贴安装在准直器背后。在γ摄影机中使用准直器是一块开了许多小孔有一定厚度铅板，依据小孔不一样形式可将其分为平行孔型、张角型、聚焦型与针孔型等几个类型。

第一类：γ摄影机核医学成像专题知识第39页(一)平行孔型准直器平行孔型准直器中所开孔是相互平行。使用平行孔型准直器时，γ摄影机视野与准直器直径相当。晶体上图像大小与人体放射源实际大小相同。人体与探测器距离发生改变时，所得图像大小并不会发生改变。注：灵敏度不会因为探查物距离远近而发生显著改变。前视图侧视图视野闪烁晶体放射源核医学成像专题知识第40页张角（发散）型准直器，小孔面向探查对象呈扇形。

张角型准直器能够扩充视野，得到比晶体尺寸更大放射源图像。被探查对象离准直器越远，或者准直器发散角越大，则系统视野就越大。因为人体是一个三维空间结构，不一样放射源离准直器有不一样距离，各部位放大倍数不一样将造成图像失真。另外：系统灵敏度也会伴随放射源与摄影机之间距离增大而降低。放射源闪烁晶体(二)张角（发散）型准直器核医学成像专题知识第41页（三）聚焦型准直器

把张角型准直器反转过来就是一个聚焦型准直器，以下列图所表示：

放大像使用聚焦型准直器将得到放大图像，放大程度与照相机和人体距离相关，因为聚焦型准直器含有图像放大与灵敏度高优点，所以常被用来做小器官成像。放射源闪烁晶体核医学成像专题知识第42页(四)针孔型准直器

针孔型准直器只开有一个小孔，能够确保体内不一样位置来辐射光子被限定抵达晶体一个固定对应点上，而不至于发生图像含糊。如图所表示：

辐射源

针孔型准直器视野取决于辐射源与准直器之间距离，它灵敏度要比普通多孔准直器低，源与准直器距离越大则灵敏度越低，加大小孔尺寸能够提升系统灵敏度，但却会造成图像含糊。闪烁晶体核医学成像专题知识第43页B.闪烁晶体闪烁晶体也是γ摄影机探测器中关键部件。作用：

是将γ射线转化为荧光光子。γ射线射入闪烁晶体后，使晶体原子、分子电离和激发，受激发原子或分子在退激时（退激回到基态）发出大量荧光光子，这些荧光光子进入光电倍增管产生光电子。理想闪烁晶体应满足以下要求：核医学成像专题知识第44页(一)对入射γ射线光子有较高俘获效率闪烁晶体选取高密度、高原子序数材料，尽可能多地俘获入射γ光子，方便产生足够多可见光光子。普通闪烁晶体常见铊激活碘化钠NaI(TL)、锗酸铋和氟化铯(CsF)等。在NaI(TL)晶体中，铊(TL)是活性元素，含有较高光转换效率.闪烁晶体面积可达520mm×400mm，闪烁晶体厚度为6.3mm、9mm和12.7mm等,常见6.3mm厚闪烁晶体。(二)发光效率高，发光连续时间较短γ相机要求逐次统计发生闪烁事件，必须在时间上提升判别两次不一样闪烁分辨能力。(三)材料发光效率高，良好光学性能，对荧光光损失小。

核医学成像专题知识第45页C.光导作用：把闪烁体中荧光有效地传递给PMT光阴级；光导常见材料：石英玻璃、聚苯乙烯、玻璃纤维光导。核医学成像专题知识第46页γ射线0V300V600V900V150V450V750V闪烁晶体NaI(Tl)荧光光子光电倍增管(PMT)RC前置放大器D.闪烁检测器核医学成像专题知识第47页D.闪烁检测器工作原理：当高能γ光子与闪烁晶体相互作用时，会发出荧光。在闪烁晶体和光电倍增管之间加有光导耦合，可提升光传导效率。当入射γ光子进入闪烁体时激发闪烁体发射荧光，荧光透过光导入射到光电倍增管阴极上，经光电倍增管转换为电子并进行倍增放大，在阳极上产生一个电脉冲，经前置放大器放大后输出，电脉冲幅度与入射γ光子能量成正比，单位时间输出电脉冲与单位时间入射γ光子数(即射线强度)成正比，所以闪烁检测器能够检测γ射线强度和能量。核医学成像专题知识第48页E.光电倍增管（PMT）功效：是一个光电转换器件，将闪烁晶体产生微弱荧光信号转换成放大电信号。普通在γ相机中采取多个光电倍增管排成阵列，方便覆盖整个闪烁晶体。(1000-V)核医学成像专题知识第49页F.PMT工作原理1、PMTA-K极间加有高压（1000-V)，A为+，K为-，且各分压电阻加有电压（且逐层提升一倍）2、当荧光光子入射到光阴极K上，使光阴极受光照激发，发射出电子；3、电子经光学聚焦及高压加速后入射到第一倍增D1上，倍增极发射出比入射电子数目更多二次电子。4、入射电子经N级倍增后，光电子数就放大了N倍。5、经过倍增后二次电子被阳极A搜集，形成阳极电流在负载上产生信号电压。核医学成像专题知识第50页51

PMT阵列排列方式每一个边排列3个，总共19个每一个边排列4个，总共37个每一个边排列5个，总共61个每一个边排列6个，总共91个每一个边排列7个，总共127个核医学成像专题知识第51页预放大器:对光电倍增管输出微弱信号作初步放大，再经过线路送到线性放大器继续放大。为降低外界干扰，预放大器紧靠光电倍增管上方。线性放大器:深入放大信号后，输送到X+,X-,Y+,Y-位置信号。G.预放大器与线性放大器核医学成像专题知识第52页M.位置信号和Z信号功效：是将光电倍增管输出电脉冲信号转换为确定晶体闪烁点X、Y位置信号和确定入射γ射线能量信号。核医学成像专题知识第53页(2)γ相机成像过程

人体辐射γ射线光子准直器与闪烁晶体相互作用产生可见光形成可见光图像经过光电倍增管阵列将光学图像转换成电脉冲图像输出电脉冲信号经过电阻矩阵电路形成幅度与入射γ光子能量相对应电信号,同时还能够得到与发生闪烁位置相关信号位置信号经“位置计算电路”处理准确给出闪烁点坐标能量信号与位置坐标信号组合形成核医学图像。准直器Na(T1)闪烁晶体光电倍增管前置放大器定准电路图像处理电路显示器摄影机核医学成像专题知识第54页(3)γ相机数据后处理功效及图像分析功效

γ相机装有小型计算机或高级微机，有丰富数字图像后处理功效:1.二维数字低通滤波，常见滤波器或平滑滤波器或维纳滤波器。2.多幅显示、有单幅、双幅、4幅、16幅、64幅显示形式。3.各种尺度伪彩色增强功效。4.统计图像显示。5.窗口显示、感兴趣区显示及黑白反转显示。 图像分析功效主要用于对心脏及肾等器官功效分析，主要有： 1.心室壁运动分析2.心脏血指数分析 3.心脏输出量分析4.心脏分流分析 5.心脏时相分析6.心脏发射CT图像重建 7.肾功效分析8.大脑血流分析 9.肺功效分析核医学成像专题知识第55页γ摄影机核医学成像专题知识第56页当受检者注射放射性同位素标识药品后，放射性核素有选择地浓聚在被检脏器内，该脏器就成了一个立体射线源，该射线源放射出γ射线经过准直器射在NaI(TL)晶体上，产生闪烁光点。闪烁光点发出微弱荧光被光导耦合至光电倍增管（PMT），PMT输出电脉冲信号。这些电脉冲信号经后面电子线路处理形成能量和位置两个通道信号，位置信号确定显示γ光点位置，能量信号确定该γ光点亮度。经过一定时间积累，便形成一幅闪烁图像，并可用摄影机拍摄下来，就完成了一次检验。γ相机把人体脏器内放射性核素三维分布变成一张二维分布图像。

重点总结：γ相机成像原理核医学成像专题知识第57页第二类：发射性计算机断层成像

γ摄影机所组成图像是放射性药品在人体组织中分布情况二维投影结果。用γ相机不能取得准确断面图像，即不能取得放射性药品在某截面上分布。

发射型计算机断层投影技术（emissioncomputedtomography简称：ECT）克服了上述困难，所得图像是放射性药品在人体内某一断面上分布图。

发射性计算机断层摄影有两种：单光子发射计算机断层成像（singlephotonemissioncomputedtomography，简称SPECT）与正电子发射计算机断层成像（positionemissiontomography）.因为二者都是对从病人体内放射出射性成像，所以统称为发射性CT。核医学成像专题知识第58页（1）单光子发射断层摄影（SPECT）A、原理：SPECT是经过示踪技术，将具有选择性聚集在特定脏器或病变部位放射性核素（如TC-99m、TI-201）引入体内（静注或口服）从而使该脏器成为γ射线源，根据示踪剂在体内器官发射到体表γ射线密度，由探测器检测并经过计算机重建处理生成断层影像。探测器核医学成像专题知识第59页（1）单光子发射断层摄影（SPECT）SPECT成像过程:

类似于X-CT成像，用一台γ相机围绕着被探查者作旋转运动，在不一样角度上检测人体放射出γ射线光子并计数，相机旋转一个角度可得到一组数据，旋转一周可得到若干组数据，相机在各个不一样角度上投影数据后，就可沿用在X-CT中使用图像重建方法，得到人体某一断面上放射性γ射线密度分布图像。核医学成像专题知识第60页B、SPECT基础结构SPECT普通由六个别组成：探头（旋转型γ相机）、机架、断层床、控制台、计算机和光学摄影系统。当前SPECT均由旋转γ相机做为其探头制成SPECT，所以可同时兼有平面显像、体层显像和全身显像功效，是当今SPECT主流。当前有单探头、双探头、三探头旋转型SPECTGE企业生产SPECT设备及结构核医学成像专题知识第61页单探头SPECT核医学成像专题知识第62页

双探头SPECT核医学成像专题知识第63页三探头SPECT核医学成像专题知识第64页C、SPECT主要技术指标SPECT成像系统主要技术指标，包含系统灵敏度、空间分辨率、图像对比度、能量分辨率、系统线性、均匀性、旋转中心、噪声等。1)空间分辨率空间分辨率是描述成像系统分辨相邻点间能力物理量，即能分辨两个相邻点最小距离，主要由准直器特征决定。2)系统均匀性是指γ射线均匀照射探头时，在其所产生平面影像上计数光点均匀分布情况,由探头非均匀性引发。

核医学成像专题知识第65页C、SPECT主要技术指标3）旋转中心SPECT旋转中心(COR)是一个虚设机械点，它位于旋转轴上，与地面平行，探头运动绕旋转中心旋转。(数据获取基准)核医学成像专题知识第66页C、SPECT主要技术指标4）空间非线性：是指进人探头γ射线所产生空间位置失真。γ相机空间非线性主要由探测器和电子线路造成，引发图像枕形失真或桶形失真。5）系统灵敏度：是指γ相机在单位时间内对γ源所检测能力（计数多少）。90%以上γ射线被准直器阻挡，对γ射线利用率低，所以SPECT灵敏度较低，空间分辨率要比X-CT差。核医学成像专题知识第67页C、SPECT主要技术指标6）死时间：NaI(T1)探测器在高计数率下会发生计数丢失。因两个紧跟脉冲会堆积在一起，其叠合脉冲幅度可能会超出“能窗”范围而被禁止掉；两个低能量康普顿散射脉冲叠合幅度可能恰好在“能窗”范围内而被接收而形成假事件。除堆积外，电子学系统处理每个事件都需要时间，此时出现下一个事件被忽略掉，这个时间称死时间。核医学成像专题知识第68页D、SPECT优点1）在没有增加设备成本情况下，取得了真正人体断面像；2）能够作多层面三维成像，对肿瘤及其它一些疾病诊疗很有用。3）可降低统计噪声。图像中背景噪声称为统计噪声，为了减小图像中统计噪声，可对所统计图像作平滑滤波等处理。4）SPECT设备简单，价格廉价。5）图像重建算法与X-CT类似，有线性叠加反投影法、迭代法、滤波反投影法等，滤波反投影法是SPECT最普遍采取算法。影响SPECT系统性能主要原因：γ射线在传输过程中衰减，系统极难确定体内辐射源γ强度绝对值大小。因辐射源处于人体内部，所成像希望是体内辐射源未经衰减强度分布。

核医学成像专题知识第69页E、SPECT缺点

1）SPECT中假如在重建算法中忽略人体对γ射线产生衰减原因，就会使所得图像失去定量意义或产生伪像。所以，在图像重建之前必须设法消除因为γ射线在抵达检测器之前衰减所引发误差，难度大且准确性不高。

2）SPECT空间分辨力比较低，原因是γ摄影机在完成旋转扫描过程中极难确保一直紧贴被探查病人。

3）SPECT灵敏度比较低，为确保准确取得沿某一投影线上来γ射线光子，必须采取准直器，而使用准直器结果使大个别γ光子被挡住不能进入检测器，只有少许γ光子被检测到，势必造成较低灵敏度。 核医学成像专题知识第70页F、SPECT临床应用

SPECT能显示脏器或病变血流、功效和代谢改变，有利于疾病早期诊疗及特异性诊疗，在临床当中应用十分广泛。SPECT诊疗应用范围：（1）骨骼显像（2）心脏灌注断层显像（3）甲状腺显像（4）局部脑血流断层显像（5）肾动态显像及肾图检验（6）其它主要临床应用核医学成像专题知识第71页

F、SPECT临床应用

SPECT图象显示形式:1、平面显示与断层显示2、静态显示与动态显示3、局部显示与全身显示4、电影显示5、三维立体显示核医学成像专题知识第72页静态显示核医学成像专题知识第73页

动态显示核医学成像专题知识第74页断层显示核医学成像专题知识第75页全身显示核医学成像专题知识第76页G、SPECT与γ相机比较

单光子发射计算机断层是核素显象技术中继γ相机问世后又一次突破，它属于断层成像设备。当前医院中用得最多SPECT为旋转γ相机型，这种SPECT是γ相机探头加上旋转机构和图像重建软件，它包含了γ相机功效，增加了断层图像获取和图像重建功效，而价格只比普通γ相机贵20％一30％。核医学成像专题知识第77页H、SPECT与CT比较（1）CT是透射式成像设备，射线源在人体外部；SPECT

是发射式成像设备，射线源在人体内部。（2）CT空间分辨率较高，可到达小于0.5mm，所以图像清楚；SPECT图像分辨率只有4mm左右，图像清楚度不如CT。

(3）CT射线源是X射线；SPECT射线源是γ射线。（4）CT测得图像反应是脏器形态(解剖图像)；而

SPECT测得图像可反应脏器结构和功效。（5）在图像重建方面，SPECT和CT普通都采取滤波反投影重建方法。（6）SPECT价格普通比CT廉价，约为CT1/3，为核磁共振（MRI）1/5。核医学成像专题知识第78页

A、概述：

SPECT探测器接收来自体内示踪核素发出γ射线，而PET探测器接收体内正负电子湮灭辐射所产生一对511keVγ光子，在物理上二者无显著区分，但方法上有很大不一样，即成像机制、对比度形成原理、采集数据方法、解释和分析数据模型都不一样，这些都是由系统硬件和软件来实现。(2)正电子发射计算机断层(PET)核医学成像专题知识第79页(2)正电子发射型计算机断层成像(PET)

B、PET成像基础原理

有一类放射性同位素（如：11C、13N、15O等）在衰变过程中释放正电子β+。当人体内含有发射正电子核素时，正电子β+

在人体中很短旅程内（小于1mm）即可和周围负电子β-发生湮灭而产生一对γ光子，这两个γ光子运动方向相反，能量均为511keV，所以，用两个位置相正确探测器分别探测这两个γ光子，并进行符合测量即可对人体脏器成像。临床应用中这类同位素11C、13N、15O是由盘旋加速器产生。

核医学成像专题知识第80页(2)正电子发射型计算机断层成像(PET)C、正电子湮灭辐射：放射性同位素在衰变过程中发射出正电子β+。正电子β+很快就与周围负电子β-相结合发生质量湮灭，并转化为两能量为±511keV且传输方向几乎完全相反γ射线光子（180度）。核医学成像专题知识第81页D、符合探测：利用两个γ射线光子±相反方向（1800）传输特征，在探查对象周围安放一圈检测器。各个检测器输出被接到一个符合检测电路中，假如符合检测电路在很短时间间隔内，同时取得两个检测器输出信号，则认为在这两个检测器空间连线上有释放γ核素存在。符合检测起到了电子准直作用，与SPECT相比，无须使用铅准直器，因而提升了系统灵敏度。符合检测器输出将送到计算机中作深入处理以取得γ在体内分布浓度断面像。(2)正电子发射型计算机断层成像(PET)核医学成像专题知识第82页(2)正电子发射型计算机断层成像(PET)D、符合探测电路核医学成像专题知识第83页(2)正电子发射型计算机断层成像(PET)E、PET湮灭及符合检测原理：（重点）发射正电子核素核医学成像专题知识第84页F、PET基础结构PET主要由机架、探测器、电子装置和计算机影像处理系统组成。PET结构示意图核医学成像专题知识第85页F、PET基础结构核医学成像专题知识第86页1）机架PET由数百个探测器组成环形，环直径约为100cm。一个PET系统最少有一个探测器环，可取得一个断层数据，有PET系统有几十个探测器环，能够一次取得整个容积数据。每个探测器都有NaI(T1)闪烁晶体和光电倍增管，光电倍增管输出信号送放大器放大。PET准直器采取电子准直器。电子准直：利用湮灭辐射产生在一条直线上、方向相反两个γ光子，用两个相对探头来确定闪烁点位置方法。透射源：是一个正电子发射核素固体源，用于PET校正。倾斜驱动器：用于控制探测器环角度，到达理想检测位置。核医学成像专题知识第87页

PET扫描装置是与图像重建直接相关个别，是耗资最大、决定机器性能关键部件。扫描装置由检测器阵列以各种不一样形式排列组成，从它排列方式上可分为单环、双环、多环。检测器排列在360度圆周上形成环状结构，PET分代、及性能等各种原因取决于环多少。第一代PET为单环，第二代PET为双环和多环，第三代PET为多环模块结构，第四代PET为多环模块三维结构。多环扫描器能够同时取得多个断面数据，从而能够得到示踪物三维分布。2）扫描装置核医学成像专题知识第88页2）扫描装置扫描器装置基础单元器件是检测器。检测器是由闪烁晶体、光电倍增管、前端电路及射线屏蔽装置组成，它是PET中湮灭光子符合检测基础单元。检测器在结构形式上分为：分离检测元件检测器和块状结构检测器。现在用块状结构检测器。其结构是采取在大晶体锗酸铋(BGO)上刻成许多槽，把晶体分成4×8或8×8小矩阵，后面连接4个光电倍增管。这种结构不但节约了光电倍增管，改进了光搜集效率，其灵敏度、空间分辨率和响应时间都令人满意。核医学成像专题知识第89页3）计算机图像系统PET计算机图像系统硬件设备与SPECT类似，检测程序为PET专门设计。有静态、动态和门电路三种数据采集方式检测过程：先对透视扫描，然后给药、采集、图像重建、拍照、发汇报。PET既可得到动态图像，又可得到静态解剖图像，还可得到代谢功效性图像。

PET图像重建方法也与SPECT类似，采取滤波反投影方法,用二维或三维方式显示。

核医学成像专题知识第90页4）PET组成1.操作台主要是键盘操作，选择探测条件及图像重建、图像摄影存档及数据处理。2.检验床能上、下、内、外准确移动3.示踪剂加速器或发生器，药品合成装置.示踪剂（即放射性药品）是正电子发射体，普通原子序数低，是人体内固有元素同位素，可取代正常生物物质中对应原子参加体内代谢。常用示踪剂有18F、11C、13N、15O等。核医学成像专题知识第91页G、PET技术优势1、PET在理论上能够显示机体进行生理、生化过程。2、因为采取了贫中子核素（碳、氮、氧、氟），其半衰期极短，以分钟计，有“超短半衰期核素”之称，故对人体放射性剂量很小，在临床检验上能够进行屡次给药、重复成像检验。3、PET含有自准直符合电路计数方法，省去了准直器，使探测效率即灵敏度大为提升。放射性剂量大为降低，信号信噪比高，相对SPECT图像质量更高，患者安全性更高。4、因为电子对湮灭距离为1mm左右，所以PET图像空间分辨距离较SPECT提升近十倍，可有效检出1～3mm病灶。5、PET便于做定量分析。6、PET多环检测技术能够取得大量成像数据，从而能够进行三维图像重建。核医学成像专题知识第92页H、PET性能特点PET显像特点：1.灵敏度高、分辨率强；2.示踪剂含有生物活性；3.放射性损伤较小；4.系统复杂，费用昂贵。核医学成像专题知识第93页I、PET与CT、MRI比较

PET主要测量体内化学改变及新陈代谢

CT或MRI主要用来观察人体组织与结构在区分癌症与良性组织以及区分恶性或非恶性组织时，PET比CT或MRI有效。PET经常和CT及MRI透过“影像融合”方式更清楚看到在三维空间里正确癌组织位置。CTPET透视断层(外源)X射线空间分辨<1mm解剖结组成像发射断层ECT（内源）γ射线空间分辨<5mm功效代谢成像核医学成像专题知识第94页J、PET图像重建PET图像重建普通采取两种算法，一个是滤波反投影法；另一个是迭代重建法。

(1)滤波反投影法：该方法首先将探头采集到二维投影数据经过预滤波（抑制低频又要抑制高频噪声），然后把二维投影数据反投影到预先设定三维矩阵中，反投影就是将全部经过点(x，y)(该点为物体中任意一点)投影数据累加起来运算，也就是将各投影值均匀(或加权)分配给投影线经过每一个像素运算，即为重建后图像。但重建后图像分辨率较差，图像存在固有星状伪影。尤其是小尺寸源成像效果差，且难以在重建中引入各种校正和约束，造成重建图像含糊。核医学成像专题知识第95页J、PET图像重建(2)迭代重建法:该方法是从一个假设初始图像出发，采取迭代方法，将理论投影值同实测投影值进行比较，在某种最优化准则指导下寻求最优解。该方法最大优点是能够依据详细成像条件引入与空间几何相关或与测量值大小相关约束和条件因子。如对空间不均匀校正、散射衰减校正、平滑性约束等控制迭代操作。当前用得最多是预分组最大期望值图像重建法。核医学成像专题知识第96页要求掌握迭代算法关键点：新像素预计值=原旧值（实际投影值/估算投影值）按四个方向计算：水平（00）、450

、900、1350。估算投影值为上述四个方向计算：像素值相加。确定迭代终止条件（最优化准则）。核医学成像专题知识第97页J、PET图像重建---迭代算法26.6核医学成像专题知识第98页K、临床应用

1.PET临床应用（1）癌症（2）神经疾病（3）心血管疾病2.PET-CT临床应用（1）在肿瘤学方面:主要用于肿瘤定性、分期、分型等早期诊疗和判别，治疗方案选择和疗效监测等;（2）在心脏系统疾病方面:主要用于隐性、高危和疑难冠心病诊疗，介入治疗前后监测等。

核医学成像专题知识第99页