核醫(yī)學(xué)成像,核醫(yī)學(xué)的定義：核醫(yī)學(xué)是核技術(shù)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合的學(xué)科核醫(yī)學(xué)的任務(wù)是用放射性核素及核技術(shù)來診斷、治療及研究疾病。核醫(yī)學(xué)涉及的學(xué)科：核物理、核電子、核探測、計算機控制及圖像處理、數(shù)學(xué)、放射化學(xué)、醫(yī)學(xué)的各科等,第五章核醫(yī)學(xué)成像NUCLEARMEDICINEIMAGING,核醫(yī)學(xué)成像,放射性核素顯像Radionuclearimaging,RNI,將放射性藥物通過注射或口服引入體內(nèi)，吸收后能在某一器官內(nèi)積聚而成為放射源。用核素成像儀器探測處理，顯示核素濃度分布，反映人體代謝（功能）動態(tài)變化（物質(zhì)的輸運、集聚、排泄、物質(zhì)代謝及其分布）,RNI是四大醫(yī)學(xué)影像之一,功能性顯像為主，形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)顯像為輔,核醫(yī)學(xué)成像,概述一、放射性核素顯像的技術(shù)特點,主要技術(shù)：相機；單光子發(fā)射型計算機斷層（SPECT）；正電子發(fā)射型計算機斷層（PET）；RNI技術(shù)特點：檢測靈敏度高；10-1410-18g，一般化學(xué)方法難以測出；定性、定量、定位；測量簡便：只對放射性核素示蹤物進行測量；準(zhǔn)確性高：微量示蹤物，不干擾研究對象的正常生理、生化過程；功能性顯像；,核醫(yī)學(xué)成像,二、核素示蹤示蹤的基本根據(jù)：同一元素的同位素化學(xué)性質(zhì)相同，在生物體內(nèi)的化學(xué)變化和生物學(xué)過程相同，生物體不能區(qū)別，可以用放射性核素代替同位素中的穩(wěn)定性核素；放射性核素能放射出易被探測到的射線（示蹤原子），放射性測量儀器可以對它標(biāo)記的物質(zhì)進行定性、定量及定位測量。放射性核素分布反映了體內(nèi)臟器的功能和代謝情況。如：甲狀腺有攝取或濃集131I的功能，131I的攝取速度和攝取量與甲狀腺功能狀態(tài)有關(guān),核醫(yī)學(xué)成像,核醫(yī)學(xué)檢查項目統(tǒng)計情況檢查項目所占比例(%)骨顯象25腦顯象2心肌血流灌注顯象35腫瘤定位顯象15肝膽/腎臟顯象5呼吸系統(tǒng)顯象12甲狀腺顯象5其他1注:骨和心肌顯象占60%的總檢查,核醫(yī)學(xué)成像,三、放射性制劑放射性藥物是能夠安全用于診斷的放射性標(biāo)記化合物,標(biāo)記物放射性核素,被標(biāo)記物化合物（藥物）,在特定組織內(nèi)選擇性積聚參與生理、生化代謝過程,125I125I-胰島素18F18F-脫氧葡萄糖（FDG),例如：,核醫(yī)學(xué)成像,核素要求1.能量適中：100400KeV，一般臨床應(yīng)用50500KeV太低易被機體吸收，探測效率低；太高準(zhǔn)值效果差（屏蔽困難），空間分辨率低,2.半衰期適中：T1/2盡可能短減少輻射劑量；核素在靶器官有合適的存留時間，保障探測采集足夠的數(shù)據(jù)；顯像后，放射性藥物應(yīng)盡快地從體內(nèi)清除掉，減少輻射危害。,第一節(jié)核醫(yī)學(xué)成像的物理基礎(chǔ),一、核醫(yī)學(xué)成像用放射性核素,核醫(yī)學(xué)成像,4.穩(wěn)定性好：化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易發(fā)生分解、氧化還原等化學(xué)反應(yīng)；核素與化合物結(jié)合穩(wěn)定，不因體內(nèi)介質(zhì)條件或生物活性物質(zhì)的改變（如酶作用）而發(fā)生分解、變性和脫落；對自身輻射作用耐受能力高。5.無毒害：核素的衰變產(chǎn)物應(yīng)該是穩(wěn)定產(chǎn)物。,3.易標(biāo)記：合適的化學(xué)價態(tài)和較強的化學(xué)活性。,核醫(yī)學(xué)成像,2.碘(I)：98%;668KeV(伴有射線)；能量(偏高，探測效率低，分辨率差）；T1/28.04h。適合于甲狀腺、腎、肝、腦、肺、膽顯像，功能測量和治療,常用于臨床的放射性核素1.锝（Tc)：90%;不伴有輻射；能量140KeV(適合探測）；T1/26.02h適合所有器官顯像。,核醫(yī)學(xué)成像,3.正電子衰變類（用于PET)11C20.3min;13N10min;15O123s;18F110min優(yōu)點：人體的基本元素，易于標(biāo)記各種生命所必需的化合物及其代謝產(chǎn)物，且易于參與人體生理、生化代謝過程；T短，檢查時可給予較大的劑量，提高對比度和分辨率；反映人體生理、生化、病理和功能等方面的改變。反映精神情感、思維、行為等人腦的活動。,核醫(yī)學(xué)成像,二、能譜,光電效應(yīng)(PE)全部能量光電峰（全能峰）。表征核素特征康普頓散射部分能量、散射角脈沖幅度低、范圍分布寬,光電峰,意義：計數(shù)率測定時，避免其他能量射線的干擾；鑒定放射性同位素種類和含量,核醫(yī)學(xué)成像,1956年Anger發(fā)明了閃爍相機同時紀(jì)錄各臟器核素的射線，成像時間短；探頭靈活，可進行多體位成像，使用方便；Polaroid相機一步顯、定影，定時相機連續(xù)拍攝，反映代謝過程的動態(tài)變化；,Thetumorsarethedarkareas,5-2相機,核醫(yī)學(xué)成像,探頭,位置信號,能量信號,照相示波器,XY,Z,射線源,一、照相機的基本結(jié)構(gòu),核醫(yī)學(xué)成像,1、準(zhǔn)直器空間定位,作用：允許特定方向光子進入探測器，屏蔽與孔角不符的散射光子。,材料：鉛或鉛合金；屏蔽效果好；易加工,（一）探頭裝置,核醫(yī)學(xué)成像,不同類型準(zhǔn)值器臨床應(yīng)用,核醫(yī)學(xué)成像,不同準(zhǔn)值器的物理性能,核醫(yī)學(xué)成像,2、閃爍晶體,閃爍體：摻入約0.5%鉈(Tl)做激活劑的碘化鈉(NaI)透明晶體。,NaI(Tl)晶體優(yōu)點：射線阻滯本領(lǐng)高（探測效率高）；熒光閃爍時間短（時間分辨力高）；熒光光子數(shù)與射線能量的線性關(guān)系好,核醫(yī)學(xué)成像,光學(xué)收集系統(tǒng)提高光電轉(zhuǎn)換傳輸效率（減少反射）反射層（氧化鎂）和光耦合劑（硅油、甘油等）組成光收集系統(tǒng),光導(dǎo)：非直接耦合材料：聚乙烯基甲苯、有機玻璃、光導(dǎo)纖維等,3、光電倍增管,光電轉(zhuǎn)換：光敏陰極受激產(chǎn)生光電子光電倍增：（106108）電信號放大；光子的數(shù)目越多，相應(yīng)的脈沖數(shù)目也越多。,核醫(yī)學(xué)成像,（二）電子學(xué)系統(tǒng)位置信號和Z信號,位置通道,能量通道,示波器、照相機,Z輝度,X、y位置,將光電倍增管輸出的電脈沖信號轉(zhuǎn)換為確定晶體閃爍點位置的X、Y信號和確定入射射線的能量信號,脈沖高度分析器,電阻矩陣,核醫(yī)學(xué)成像,（三）顯示和記錄,基本顯示裝置示波器記憶示波器儲存圖像；普通示波器照相；普通示波器圖像觀察,功能測定裝置計數(shù)率儀將計數(shù)率轉(zhuǎn)化為直流電信號，繪制放射性活度隨時間變化曲線，顯示臟器功能狀況,核醫(yī)學(xué)成像,二、照相機的性能指標(biāo)及質(zhì)量控制,測試標(biāo)準(zhǔn)：美國電器制造商會(NEMA)標(biāo)準(zhǔn)NationalElectricalManufacturersAssociation,空間分辨力：兩個點（線）源的分辨距離；半高寬度FWHM；調(diào)制傳遞函數(shù)MTF,核醫(yī)學(xué)成像,圖像質(zhì)量控制：探測靈敏度和圖像的線性,幅度分析器窗位全能峰探測靈敏度對比度、均勻性等,準(zhǔn)直器、X、Y位置線路圖像線性圖像與實物比例、對稱性,核醫(yī)學(xué)成像,5-3單光子ECT,ECT類型：ECT利用相機原理，加入計算機信息處理功能，可對某一斷層進行成像。據(jù)射線源性質(zhì)的不同，ECT可分為兩類。SPECT(SinglePhotonECT):探測的示蹤核素為放射出射線（單光子）的核素；PECT(PositronECT)：探測的核素為放射出正電子（+）的核素。,核醫(yī)學(xué)成像,1、SPECT成像的本質(zhì)與方法,探頭圍繞病人某一臟器進行360旋轉(zhuǎn)的相機，在旋轉(zhuǎn)時每隔一定角度（3或6）采集一幀圖片經(jīng)計算機處理，將圖像疊加，利用濾波反投影方法，從一系列投影像重建橫斷層影像。由橫斷層影像的三維信息再經(jīng)影像重新組合可以得到矢狀、冠狀斷層和任意斜位方向的斷層影像。,SPECT斷層厚度：采集全部數(shù)據(jù)并處理后任意選定,SPECT成像原理：,核醫(yī)學(xué)成像,2、數(shù)據(jù)的衰減校正,取決于人體衰減系數(shù)圖(map)的獲取和衰減校正的算法。量化精度25%50%,平均衰減校正：設(shè)人體等密度，衰減只與光子路經(jīng)有關(guān)；人體或臟器假定為橢圓；據(jù)指數(shù)衰減公式建立斷層衰減圖；據(jù)圖給出的光子通量與路徑的關(guān)系對斷層圖像上各像素進行信號強度補償,SPECT是通過射線的體外技術(shù)來標(biāo)定體內(nèi)放射性活度，無衰減時計數(shù)率正比于放射性活度,斷層中射線的衰減與路經(jīng)和組織成分等因素有關(guān),核醫(yī)學(xué)成像,3、旋轉(zhuǎn)中心偏移檢查斷層時加以校正SPECT掃描時間:PETSPECT,核醫(yī)學(xué)成像,PET/CT的發(fā)明是醫(yī)學(xué)影像學(xué)的又一次革命,PETPET/CT的主體CT的作用：為PET提供衰減校正為PET提供解剖位置信息提