核医学影像设备与应用

第8章核医学影像设备与应用核医学影像设备与应用第1页教学目标：熟悉核医学成像原理以及其作用与功效

；掌握成像特点与优缺点以及在全身各系统疾病检验和诊疗中应用价值与选择标准

；了解主要核医学新技术进展与应用

。核医学影像设备与应用第2页第8章核医学影像设备与应用核医学，又称原子（核）医学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显像含有简单、灵敏、特异、无创伤性、安全、易于重复、结果准确等特点核医学影像设备与应用第3页8.1核医学影像设备介绍核医学影像设备是指探测并显示放射性核素药品(俗称同位素药品)体内分布图像设备。核医学影像检验ECT与CT、MRI等相比，能够更早地发觉和诊疗一些疾病。

核医学显像属于功效性显像，即放射性核素显像。核医学影像设备与应用第4页8.1.1核医学影像设备发展概况核医学仪器伴伴随核医学这门学科飞快速度向前发展。核医学仪器与核医学本身是共生,它渗透在整个核医学治疗过程中,不论是过去单功效测量仪还是现在综合大型检测仪,以及最新发展起来各种治疗仪都推进核医学发展。核医学影像设备与应用第5页1.核医学影像设备发展历史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，也是以后人们建立放射自显影基础。1898年，马丽·居里与她丈夫皮埃尔·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。1923年，物理化学家Hevesy应用天然放射性同位素铅-212研究植物不一样部分铅含量，以后又应用磷-32研究磷在活体代谢路径等，并首先提出了“示踪技术”概念。1926年，美国波士顿内科医师布卢姆加特（Blumgart）等首先应用放射性氡研究人体动、静脉血管床之间循环时间，在人体内第一次应用了示踪技术。核医学影像设备与应用第6页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。1972年，库赫博士应用三维显示法和18F-脱氧葡萄糖（18F-FDG）测定了脑局部葡萄糖利用率，打开了18F-FDG检验大门。他创造成为了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，人们称库赫博士为“发射断层之父”。核医学影像设备与应用第7页2.当前核医学影像设备应用概况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SPECTPET-CT出现使医学影像技术进入了一个新阶段分子生物学技术快速发展以及与核医学技术相互融合，形成核医学又一个新分支学科—分子核医学（molecularnuclearmedicine）把两种设备图像融合起来进行分析核医学影像设备与应用第8页3.SPECT与PET-CT区分核医学中把应用计算机辅助断层技术进行显像设备统称为ECT，它是医学影像技术主要组成部分。ECT汉字名称为发射型计算机断层显像，是其英文名称缩写而成（EmissionComputedTomography）。ECT实际上又包含两大类设备即SPECT和PET-CT核医学影像设备与应用第9页SPECT并不是一个很新设备，其由Kuhl等人于1979年研制成功。经过多年不停改进，SPECT技术已经有了很大发展，产生了许多不一样型号、不一样档次产品，不过其显像基本原理没有改变，总体上仍属于比较低端核医学设备。当前国内很多三级以上医院都已经配置SPECT，数量达300台以上，主要用于全身骨骼、心肌血流、脑血流、甲状腺等显像。核医学影像设备与应用第10页ECT另一类设备PECT是以发射正电子放射性核素做为发射体，称为正电子发射型计算机断层显像，其英文名称为positronemissioncomputedtomography，即我们通常所说PET。PET是核医学领域中最先进显像设备，被视为核医学史上划时代里程碑，是最高水平核医学标志。核医学影像设备与应用第11页PET所应用显像剂如C-11、N-13，O-15等都是人体组织基本元素，易于标识到各种生命必须化合物、代谢产物或类似物上而不改变它们生物活性，且能够参加人体生理、生化代谢过程，因而能够深入分子水平反应人体生理、生化过程，从功效、代谢等方面前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其在肿瘤、脑神经系统疾病以及心脏病等方面应用。我国于1995年由山东淄博万杰医院引进国内第一台PET，其后增加较为迟缓。核医学影像设备与应用第12页PET先进性显而易见，但其最大缺点是解剖结构显示不够清楚。所以人们尝试把擅长功效显像PET与擅长显示解剖结构全身CT结合起来，于是在世界上第一台同机一体化PET/CT在美国CTI企业研制成功，被美国《时代》杂志评选为年度最伟大创造创造。因为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，一举成为当前最豪华医学影像诊疗设备。PET与CT同机组合极大地提升了临床医生对PET认知度，所以一经问世便在世界范围内高速增加。第一台PET/CT在国内安家落户，当前PET/CT在国内已经呈献快速发展趋势。核医学影像设备与应用第13页总体上讲，SPECT与PET相比二者能够说含有本质区分，数据表明，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。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档次医学影像诊疗设备，价格昂贵、投资巨大，极难普及和推广。核医学影像设备与应用第14页PET/CT和其它检验区分：单纯X线CT成像基础是依据人体组织对外源性X线吸收程度不一样来判断人体组织器官结构改变情况；磁共振检验是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；而PET检验是探测人体内物质（或药品）代谢功效动态改变。三者成像原理有本质区分。而我们当前使用PET/CT是PET和CT两种技术完美结合，相互补充。PET/CT这种技术组合能够大大提升临床诊疗准确性（如需要对体内单个孤立性小病灶进行良恶性判别诊疗和手术前定位等），包含准确定位和定性等，是其它检验不能比拟。核医学影像设备与应用第15页8.1.2核医学影像设备功效1.γ相机γ相机是核医学影像设备中最基本、最实用，而且最主要一个。γ相机，又称闪烁摄影机（ScintillationCamera），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。该仪器主要由四部分组成，即闪烁探头、电子学线路、显示统计装置以及附加设备。γ相机可同时统计脏器内各个部份射线，以快速形成一帧器官静态平面图像，同时因其成像速度快，亦可用于获取反应脏器内放射性分布改变连续照片，经过数据处理后，可观察脏器动态功效及其改变，所以γ相机既是显像仪又是功效仪。提升γ相机性能关键是增加它采集信息量,尤其是断层采集

核医学影像设备与应用第16页2.ECT发射式计算机断层（EmissionComputedtomography，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。它能够做功效、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，一类是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（singlephotonemissioncomputedtomography，SPECT）；而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（positronemissiontomography，PET）。核医学影像设备与应用第17页（1）SPECTSPECT实际上就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5.6°或6°）采集一帧图片，然后经电子计算机自动处理，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。近年来为提升诊疗灵敏度、分辨率和正确性，同时缩短采集时间，双探头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。核医学影像设备与应用第18页（2）PETPET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基本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，以显示人脑、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。PET-CT检验记核医学影像设备与应用第19页8.1.3核医学影像设备主要指标及性能要求

1.核医学成像安全指标（1）惯用辐射量及其单位①放射性活度（radioactivity）简称活度，专用单位名称是贝可勒尔（Becquerel），符号为Bq，其中1Bq＝1次衰变/秒。②照射剂量（exposuredose）dq值是在质量为dm空气中，由光子释放全部电子（负电子和正电子）在空气中完全被阻止时所产生离子总电荷绝对量。X=dQ/dm.③吸收剂量（absorbeddose）定义为dε除以dm所得商，其中dε是致电离辐射给予质量为dm受照射物质平均能量。吸收剂量单位是焦耳·千克-1，专名是戈[瑞]（gray），符号gy。核医学影像设备与应用第20页照射量x与吸收剂量d是两个意义完全不一样辐射量。照射量只能作为x或γ射线辐射场量度，描述电离辐射在空气中电离本事；而吸收剂量则能够用于任何类型电离辐射，反应被照介质吸收辐射能量程度。对于同种类、同能量射线和同一个被照物质来说，吸收剂量是与照射量成正比。核医学影像设备与应用第21页④当量剂量相同吸收剂量未必产生一样程度生物效应，因为生物效应受到辐射类型、剂量与剂量率大小、照射条件、生物种类和个体生理差异等原因影响。为了比较不一样类型辐射引发有害效应，在辐射防护中引进了一些系数，当吸收剂量乘上这些修正系数后，就能够用同一尺度来比较不一样类型辐射照射所造成生物效应严重程度或产生机率。把乘上了适当修正系数后吸收剂量称为当量剂量（equivalentdose），用符号h表示。当量剂量只限于防护中应用。核医学影像设备与应用第22页（2）人体辐射生物学效应当人体受辐射作用时，依据照射剂量、照射方式不一样，人体所产生生物效应也不一样。放射性物质以波或微粒形式发射出一个能量就叫核辐射，核爆炸和核事故都有核辐射。它有α、β、γ三种辐射形式。α辐射只要用一张纸就能挡住，但吸入体内危害大；β辐射是高速电子，皮肤沾上后烧伤显著；γ辐射和X射线相同，能穿透人体和建筑物，危害距离远。宇宙、自然界能产生放射性物质不少，但危害都不太大，只有核爆炸或核电站事故泄漏放射性物质才能大范围地对人员造成伤亡。核医学影像设备与应用第23页放射性物质可经过呼吸吸入，皮肤伤口及消化道吸收进入体内，引发内辐射，y辐射可穿透一定距离被机体吸收，使人员受到外照射伤害。内外照射形成放射病症状有：疲劳、头昏、失眠、皮肤发红、溃疡、出血、脱发、白血病、呕吐、腹泻等。有时还会增加癌症、畸变、遗传性病变发生率，影响几代人健康。普通讲，身体接收辐射能量越多，其放射病症状越严重，致癌、致畸风险越大。核医学影像设备与应用第24页（3）核医学成像相关安全指标在核医学诊疗中，对受检者检验项目、使用放射性活素与每次检验使用最大放射性活度核医学成像首先要满足其相关安全指标，在此基础上要提升核医学影像设备医学图像质量，提升诊疗率。核医学影像设备与应用第25页1腿部或者手臂进行X光检验时辐射量；8建筑材料每年所产生辐射量；10乘飞机时遭受辐射量；60人体内辐射量；700大脑扫描核辐射量；5000每年工作所遭受核辐射量；10000患癌症可能性为1／130；60000~100000出现各种辐射疾病；00~450000掉头发，血液发生严重病变，一些人在2至6周内死亡；450000~80000030天内将进入垂死状态。核辐射对人体危害取决于受不一样辐射时间以及辐射量。核医学影像设备与应用第26页2.核医学图像质量指标（1）γ摄影机图像质量指标①空间分辨率：空间分辨率表示γ摄影机探头分辨两个点源或线源最小距离能力。分为固有分辨率和系统空间分辨率。②平面源灵敏度：平面源灵敏度指某一采集平面对平行于该面放置特定平面源灵敏度。平面源灵敏度主要用来测试和检验仪器是否正常工作和比较各种准直器计数效率。灵敏度显著下降反应γ摄影机有问题，灵敏度增高则是有污染等原因造成。③空间线性：空间线性描述γ摄影机位置改变。④最大计数率：最大计数率反应γ摄影机对高计数率响应特征。核医学影像设备与应用第27页（2）SPECT图像质量指标SPECT除了包含γ摄影机全部图像质量指标外，依据SPECT断层显像特点，增加了针对断层影像质控项目。

①断层均匀性：确保断层图像均匀性，不但要把γ摄影机探头本身均匀性调整好，还要加大计数，加准直器和散射媒质。②旋转中心：SPECT旋转中心是一个虚设机械点，它位于旋转轴上，应是机械坐标系统、γ摄影机探头电子坐标和计算机图像重建坐标共同重合点。任何不重合表现为旋转轴倾斜和旋转中心漂移。

③断层厚度：SPECT断层厚度指轴向空间分辨率，又称为z轴方向空间分辨率。

④断层灵敏度和总灵敏度：断层灵敏度和总灵敏度是指SPECT计数效率。断层灵敏度定义为被放射性浓度除以断层内总计数值。总灵敏度为全部断层计数和被放射性浓度除以全部断层计数。核医学影像设备与应用第28页（3）PET图像质量指标PET图像质量指标除上述与γ摄影机和SPECT指标相同外，还包含能量分辨率、空间分辨率、系统灵敏度等。

①能量分辨率：是用来衡量PET准确分辨光电事件能力一个参数。

②空间分辨：是指PET能分辨出两个点源或线源间最小距离，即探测器在X、Y、Z三个方向能分辨最小物体能力。包含横向分辨率和轴向分辨率。

③固有计数率：包含最大计数率和死时间，最大计数率是PET在单位时间内所能探测或统计到γ射线最大值，反应了PET对入射γ射线响应能力；死时间是描述PET对两个γ入射事件分辨能力，即能分辨出两个γ事件最小时间间隔。

④系统灵敏度：是指单位时间内、单位辐射剂量条件下取得符累计数，以单位活度计数率表示。核医学影像设备与应用第29页8.2单光子发射断层成像（SPECT）设备与应用8.2.1SPECT结构SPECT(SinglePhotonEmissionComputedTomography)，是单光子发射计算机断层显像,SPECT系统普通由六部分组成：探头（旋转型γ摄影机）、机架、断层床、控制台、计算机（包含接口）和光学摄影系统。GE企业生产SPECT设备及结构

核医学影像设备与应用第30页8.2单光子发射断层成像（SPECT）设备与应用8.2.2SPECT设备特点与成像新技术1.SPECT设备特点SPECT是核医学影像设备一个，兼具核医学和CT两种影像设备优势，具备对人体生理、生化、功效、代谢等信息多维显像方式，能够有效提升病变检测率。其主要特点以下：（1）使用示踪剂适应面广，特异性高，放射性小，不干扰人体内环境稳定。（2）时域解像精度不到千分之一秒。（3）保留了γ摄影机全部平面显像性能（4）分层脏器功效能够观察到脏器功效动态改变，化学物质在脏器内代谢分布、血管量改变、肿瘤免疫及受体定位等信息。核医学影像设备与应用第31页8.2单光子发射断层成像（SPECT）设备与应用8.2.2SPECT设备特点与成像新技术2.SPECT成像新技术影响SPECT成像质量原因有很多，如人体组织衰减，运动对成像造成影响等。伴随新技术进展，这些问题逐步得以处理。（1）衰减校正技术（AttenuationCorrection，AC）（2）多探头及圆柱形探头SPECT系统核医学影像设备与应用第32页8.2单光子发射断层成像（SPECT）设备与应用8.2.3SPECT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。1． 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SPECT显像主要临床应用2. SPECT经典病历核医学影像设备与应用第33页8.3正电子发射断层成像（PET）设备与应用8.3.1PET结构PET扫描系统主要由扫描仪、显像床、电子柜、操作与分析工作站和影像硬拷贝工作站等组成。1. PET扫描仪PET扫描仪外形类似CT，为一个柱状支架，扫描视野位于支架中央，为一个环状、筒形空洞。扫描仪由探测器、射线屏蔽装置、棒源、符合事件探测及符合事件处理系统等组成2.电子柜电子柜主要由阵列处理器组成，用于贮存符合事件处理系统传来光子信号，并在工作站指令指导下经过重建将其转化为图像。3.操作与分析工作站操作与分析工作站经过人机对话控制扫描仪、显像床及电子橱进行图像采集、重建处理等，并对重建后图像重新切层和进行图像显示、图像分析和定量计算等。核医学影像设备与应用第34页8.3正电子发射断层成像（PET）设备与应用8.3.2PET性能特点1.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，费用昂贵核医学影像设备与应用第35页8.3正电子发射断层成像（PET）设备与应用8.3.2PET性能特点2.PET与CT、MRI比较PET主要测量体内化学改变及新陈代谢，而CT或MRI主要用来观察人体组织与结构，所以，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也经常和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TCT（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影像设备与应用第36页8.3正电子发射断层成像（PET）设备与应用8.3.2PET性能特点3.PET-CTPET-CT即PET与CT同机融合。它既含有多层螺旋CT高空间分辨率、显示解剖结构清楚特点；同时也含有PET功效代谢成像优势，所以能够早期发觉病变，尤其是恶性肿瘤。PET-CT一次检验即可取得全身代谢和形态信息。应用PET-C