1、一、核醫(yī)學成像概述一、核醫(yī)學成像概述二、核診斷用放射性同位素二、核診斷用放射性同位素 三、核物理學中的一些概念三、核物理學中的一些概念 四、核診斷學的檢測手段四、核診斷學的檢測手段五、核診斷儀器的組成五、核診斷儀器的組成 六、照相機（六、照相機（Gamma cameraGamma camera） 七、發(fā)射性計算機斷層成像七、發(fā)射性計算機斷層成像八、核醫(yī)學影成像圖像質量指標八、核醫(yī)學影成像圖像質量指標核醫(yī)學成像是以臟器內、外，或臟器內各部分之間核醫(yī)學成像是以臟器內、外，或臟器內各部分之間 的放射性濃度差別為基礎，顯示的靜態(tài)和動態(tài)圖像，的放射性濃度差別為基礎，顯示的靜態(tài)和動態(tài)圖像， 該圖像不僅反映

2、了人體組織、臟器和病變的位置、形該圖像不僅反映了人體組織、臟器和病變的位置、形 態(tài)、大小，而且還提供了組織、臟器每個微小局部變態(tài)、大小，而且還提供了組織、臟器每個微小局部變 化和差別?；筒顒e。(6)(6)核醫(yī)學成像具有多種動態(tài)成像方式，同時提供多種功能核醫(yī)學成像具有多種動態(tài)成像方式，同時提供多種功能參數(shù)以反映機體及組織的血流功能、代謝等方面的信息。參數(shù)以反映機體及組織的血流功能、代謝等方面的信息。(7)(7)一些放射性核素具有向臟器或病變的特異性聚集，由此一些放射性核素具有向臟器或病變的特異性聚集，由此而獲得的核素成像具有較高的特異性，可顯示不同組織類而獲得的核素成像具有較高的特異性，可顯示

3、不同組織類型的腫瘤、各種神經受體、炎癥、轉移灶等組織器官的影型的腫瘤、各種神經受體、炎癥、轉移灶等組織器官的影像，而這些單靠形態(tài)學檢查常常難以實現(xiàn)。像，而這些單靠形態(tài)學檢查常常難以實現(xiàn)。最重要的特點是能提供身體內各組織功能性的變化，而功能最重要的特點是能提供身體內各組織功能性的變化，而功能性的變化常發(fā)生在疾病的早期。性的變化常發(fā)生在疾病的早期。核醫(yī)學成像具有簡單、靈敏、特異、無創(chuàng)傷性、安全、易于核醫(yī)學成像具有簡單、靈敏、特異、無創(chuàng)傷性、安全、易于重復、結果準確等特點。重復、結果準確等特點。 核醫(yī)學成像的過程是先把某種放射性同位素標記核醫(yī)學成像的過程是先把某種放射性同位素標記在藥物上，形成放射性

4、藥物并引入人體內，當它在藥物上，形成放射性藥物并引入人體內，當它被人體的臟器和組織吸收后，就在體內形成了輻被人體的臟器和組織吸收后，就在體內形成了輻射源。用射源。用 射線檢測裝置可以從體外檢測體內放射線檢測裝置可以從體外檢測體內放性核素在衰變過程中放出的性核素在衰變過程中放出的 射線，從而構成放射線，從而構成放射性同位素在體分布密度的圖像。由于放射性藥射性同位素在體分布密度的圖像。由于放射性藥物能夠正常地參與機體的物質代謝，因此核醫(yī)學物能夠正常地參與機體的物質代謝，因此核醫(yī)學成像的圖像不僅反映了臟器和機體組織的形態(tài)，成像的圖像不僅反映了臟器和機體組織的形態(tài)，更重要的是提供有關臟器功能的生理、生

5、化信息。更重要的是提供有關臟器功能的生理、生化信息。 1896 1896年，法國物理學家年，法國物理學家貝克勒爾貝克勒爾在研究鈾礦時發(fā)現(xiàn)，在研究鈾礦時發(fā)現(xiàn)，鈾礦能使包在黑紙內的感光膠片感光鈾礦能使包在黑紙內的感光膠片感光，這是人類第一次認，這是人類第一次認識到識到放射現(xiàn)象放射現(xiàn)象。 1898 1898年，馬麗年，馬麗居里與她的丈夫皮埃爾居里與她的丈夫皮埃爾居里共同發(fā)現(xiàn)了居里共同發(fā)現(xiàn)了鐳鐳，此后又發(fā)現(xiàn)了钚和釷等許多，此后又發(fā)現(xiàn)了钚和釷等許多天然放射性元素天然放射性元素。 1926 1926年，美國波士頓內科醫(yī)師年，美國波士頓內科醫(yī)師布盧姆加特布盧姆加特（BlumgartBlumgart）首先應用

6、放射性氡研究人體動、靜脈血管之間的循環(huán)時間，首先應用放射性氡研究人體動、靜脈血管之間的循環(huán)時間，在人體內在人體內第一次應用了示蹤技術第一次應用了示蹤技術。 1)1)單純單純X X線線CTCT成像的基礎：成像的基礎：根據人體組織對外源根據人體組織對外源X X線的吸收線的吸收 程度不同來判斷人體組織器官的結構改變情況；程度不同來判斷人體組織器官的結構改變情況； 2)2)磁共振檢查磁共振檢查: :將人體置入外加磁場內，然后探測人體內將人體置入外加磁場內，然后探測人體內 組織成分的磁信號變化情況；組織成分的磁信號變化情況； 3)3)醫(yī)學超聲成像醫(yī)學超聲成像：依靠超聲在人體內傳播，遇到不同的組織依靠超聲

7、在人體內傳播，遇到不同的組織和器官時，因其聲特性阻抗不同而產生聲強有差異的回波和器官時，因其聲特性阻抗不同而產生聲強有差異的回波（超聲（超聲在人體組織上的反射波）來建立影像在人體組織上的反射波）來建立影像; ; 4)4)PETPET檢查：檢查：探測人體內物質（或藥物）代謝功能的動態(tài)變探測人體內物質（或藥物）代謝功能的動態(tài)變化?；?四四者的成像原理有本質的區(qū)別者的成像原理有本質的區(qū)別。 , ,(), 和 SPECT SPECT最常用的放射性核素為最常用的放射性核素為9999TcTcm m 其次為其次為 131131I I PET PET 最常用的放射性核素為最常用的放射性核素為 1818F F

8、 其次為其次為 1111C C、 1313N N 、1515O O (7)(7)脈沖高度分析器的原理脈沖高度分析器的原理：如果沒有：如果沒有康普康普頓效應頓效應而只有而只有光電效應光電效應，則，則發(fā)射發(fā)射粒子的放粒子的放射性物質的密度譜只在一定能量處有一峰值射性物質的密度譜只在一定能量處有一峰值。因此，用因此，用加加“窗口窗口”技術來進行脈沖選擇技術來進行脈沖選擇，選擇具有一定幅值的脈沖通過而其它幅值的選擇具有一定幅值的脈沖通過而其它幅值的脈沖被濾掉，可以脈沖被濾掉，可以保證計數(shù)率的準確性保證計數(shù)率的準確性。五、核診斷儀器的組成五、核診斷儀器的組成(1)(1)照相機是核醫(yī)學影像設備中照相機是核

9、醫(yī)學影像設備中最基本、最重要最基本、最重要的一的一種，種，照相機，又稱照相機，又稱閃爍照相機閃爍照相機是一種能對臟器中的放是一種能對臟器中的放射性核素分布進行一次成像和連續(xù)動態(tài)觀察的儀器。射性核素分布進行一次成像和連續(xù)動態(tài)觀察的儀器。( (2 2) )該儀器主要由四部分組成，即該儀器主要由四部分組成，即閃爍探頭、電子線路、閃爍探頭、電子線路、顯示記錄裝置顯示記錄裝置以及以及附加設備附加設備。(3)(3)照相機可同時照相機可同時記錄臟器內各個部份的射線記錄臟器內各個部份的射線，快速快速形成一幀器官靜態(tài)平面圖像形成一幀器官靜態(tài)平面圖像，亦可用于獲取反映臟器內，亦可用于獲取反映臟器內放射性分布變化的

10、連續(xù)照片，經數(shù)據處理后，可觀察臟放射性分布變化的連續(xù)照片，經數(shù)據處理后，可觀察臟器的動態(tài)功能及其變化，因此器的動態(tài)功能及其變化，因此照相機既是照相機既是顯像儀又是顯像儀又是功能儀功能儀。是利用儀器探測人體內同位素動是利用儀器探測人體內同位素動態(tài)分布成像，并通過計算機進行數(shù)據處理和斷層重建，來獲態(tài)分布成像，并通過計算機進行數(shù)據處理和斷層重建，來獲得得臟器或組織的橫斷面、矢狀面以及冠狀面的三維圖像。臟器或組織的橫斷面、矢狀面以及冠狀面的三維圖像。 可以可以做功能、代謝方面的影像觀察做功能、代謝方面的影像觀察，是由，是由電子計算機斷層電子計算機斷層（CTCT）與核醫(yī)學示蹤原理）與核醫(yī)學示蹤原理相結合

11、的高科技技術。相結合的高科技技術。ECTECT分為兩大類：分為兩大類：一類：一類：以發(fā)射單光子的核素為示蹤劑以發(fā)射單光子的核素為示蹤劑的，即單光子發(fā)射計的，即單光子發(fā)射計算算 機斷層顯像儀（機斷層顯像儀（SPECTSPECT）；）；另一類：另一類：是以發(fā)射正電子的核素為示蹤劑是以發(fā)射正電子的核素為示蹤劑的，即正電子發(fā)的，即正電子發(fā)射射 計算機斷層顯像儀（計算機斷層顯像儀（PETPET）。）。 SPECTSPECT是一個是一個探頭可以圍繞病人某一臟器進行探頭可以圍繞病人某一臟器進行360360旋旋轉的轉的相機相機，在旋轉時每隔一定角度（通常是，在旋轉時每隔一定角度（通常是6 6）采集）采集一幀圖

12、片，然后經計算機自動處理，將圖像疊加，并重建一幀圖片，然后經計算機自動處理，將圖像疊加，并重建為該臟器的為該臟器的橫斷面、冠狀面、矢狀面或任何需要的不同方橫斷面、冠狀面、矢狀面或任何需要的不同方位的斷層、切面圖像位的斷層、切面圖像。 近年來為提高診斷近年來為提高診斷靈敏度、分辨率和正確性靈敏度、分辨率和正確性，縮短采縮短采集時間集時間，雙探頭、三探頭的，雙探頭、三探頭的SPECTSPECT也相繼應用于臨床中。也相繼應用于臨床中。SPECTSPECT同時也具有一般同時也具有一般相機的功能，可以進行臟器相機的功能，可以進行臟器的平面和動態(tài)（功能）顯像。的平面和動態(tài)（功能）顯像。六、核診斷儀器分類及

13、應用特點六、核診斷儀器分類及應用特點PETPET是目前在分子水平上進行人體功能顯像的是目前在分子水平上進行人體功能顯像的最先進最先進的醫(yī)學影像技術的醫(yī)學影像技術，它的，它的空間分辨率明顯優(yōu)于空間分辨率明顯優(yōu)于SPECTSPECT。PETPET的基本原理是利用加速器生產的基本原理是利用加速器生產超短半衰期同位素超短半衰期同位素，如氟，如氟- -1818、氮、氮-13-13、氧、氧-15-15、碳、碳-17-17等作為等作為示蹤劑注入人體示蹤劑注入人體，參與體參與體內的生理生化代謝過程內的生理生化代謝過程。這些超短半衰期同位素是組成人體。這些超短半衰期同位素是組成人體的主要元素，利用它們的主要元素

14、，利用它們發(fā)射的正電子與體內的負電子結合釋發(fā)射的正電子與體內的負電子結合釋放出一對伽瑪光子放出一對伽瑪光子，被探頭的晶體所探測，得到高分辨率、，被探頭的晶體所探測，得到高分辨率、高清晰度的活體斷層圖像，顯示人腦、心臟、全身其它器官高清晰度的活體斷層圖像，顯示人腦、心臟、全身其它器官以及腫瘤組織的生理和病理的功能及代謝情況。以及腫瘤組織的生理和病理的功能及代謝情況。 PETPET在臨床醫(yī)學的應用主要集中于在臨床醫(yī)學的應用主要集中于神經系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、神經系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、腫瘤三腫瘤三大領域。大領域。 六、核診斷儀器分類及應用特點六、核診斷儀器分類及應用特點 A.A.準直器準直器- -最重要部件

15、之一最重要部件之一 準直器的作用：準直器的作用： 在在照相機中使用的準直器是一塊開了許多小孔的照相機中使用的準直器是一塊開了許多小孔的有一定厚度的鉛板，根據小孔的不同形式可將其分為有一定厚度的鉛板，根據小孔的不同形式可將其分為平平行孔型、張角型、聚焦型與針孔型行孔型、張角型、聚焦型與針孔型等幾種類型。等幾種類型。 平行孔型準直器中所開的孔是相互平行的。平行孔型準直器中所開的孔是相互平行的。 使用平行孔型準直器時，使用平行孔型準直器時，照相機的視野與準直器的直徑照相機的視野與準直器的直徑相當相當。晶體上的圖像大小與人體放射源的實際大小相同。晶體上的圖像大小與人體放射源的實際大小相同。人體與探測器

16、的距離發(fā)生變化時，所得的圖像大小并不會人體與探測器的距離發(fā)生變化時，所得的圖像大小并不會發(fā)生變化。發(fā)生變化。注：注：靈敏度不會因為探查物距離的遠近而發(fā)生明顯變化靈敏度不會因為探查物距離的遠近而發(fā)生明顯變化。前視圖前視圖側視圖側視圖視野視野閃爍晶體閃爍晶體放射源放射源放射源放射源閃爍晶體閃爍晶體放射源放射源閃爍晶體閃爍晶體閃爍晶體閃爍晶體射線射線0V0V300V300V600V600V900V900V150V150V450V450V750V750V閃爍晶體閃爍晶體 NaI(Tl)NaI(Tl)熒光光子熒光光子光電倍增管光電倍增管(PMT)(PMT)R RC C前置放大器前置放大器(1000-20

17、00V)AILR0U51 每一個邊排列每一個邊排列3個，總共個，總共19個個 每一個邊排列每一個邊排列4個，總共個，總共37個個 每一個邊排列每一個邊排列5個，總共個，總共61個個 每一個邊排列每一個邊排列6個，總共個，總共91個個 每一個邊排列每一個邊排列7個，總共個，總共127個個M.功能功能：是將光電倍增管輸出的電脈沖信號轉換為確：是將光電倍增管輸出的電脈沖信號轉換為確定晶體閃爍點的定晶體閃爍點的X X、Y Y位置信號和確定入射位置信號和確定入射射線的射線的能量信號。能量信號。人體輻射的人體輻射的射線光子射線光子準直器準直器與閃爍晶體相互與閃爍晶體相互作用作用產生可見光產生可見光形成形成

18、可見光圖像可見光圖像通過光電倍通過光電倍增管陣列增管陣列將光學圖像轉將光學圖像轉換成電脈沖圖像換成電脈沖圖像輸出電輸出電脈沖信號脈沖信號經過電阻矩陣經過電阻矩陣電路電路形成幅度與入射形成幅度與入射光子能量相對應的電信號光子能量相對應的電信號, , 同時還可以得到與發(fā)生閃同時還可以得到與發(fā)生閃爍的位置相關的信號爍的位置相關的信號位位置信號經置信號經“位置計算電路位置計算電路”處理處理準確給出閃爍點的準確給出閃爍點的坐標坐標能量信號與位置坐能量信號與位置坐標信號組合標信號組合形成核醫(yī)學形成核醫(yī)學圖像。圖像。準直器準直器Na(T1)Na(T1)閃爍晶體閃爍晶體光電倍增管光電倍增管前置放大器前置放大器

19、定準電路定準電路圖像處理電路圖像處理電路顯示器顯示器照相機照相機照相機照相機 當受檢者注射放射性同位素標記藥物后，放射性當受檢者注射放射性同位素標記藥物后，放射性核素有選擇地濃聚在被檢臟器內，該臟器就成了核素有選擇地濃聚在被檢臟器內，該臟器就成了一個立體射線源，該射線源放射出的一個立體射線源，該射線源放射出的射線經過射線經過準直器射在準直器射在NaI(TL)晶體上，產生閃爍光點。閃爍晶體上，產生閃爍光點。閃爍光點發(fā)出的微弱熒光被光導耦合至光電倍增管光點發(fā)出的微弱熒光被光導耦合至光電倍增管（PMT），），PMT輸出電脈沖信號。這些電脈沖信輸出電脈沖信號。這些電脈沖信號經后面的電子線路處理形成能量

20、和位置兩個通號經后面的電子線路處理形成能量和位置兩個通道的信號，位置信號確定顯示道的信號，位置信號確定顯示光點的位置，能光點的位置，能量信號確定該量信號確定該光點的亮度。經過一定時間的積光點的亮度。經過一定時間的積累，便形成一幅閃爍圖像，并可用照相機拍攝下累，便形成一幅閃爍圖像，并可用照相機拍攝下來，就完成了一次檢查。來，就完成了一次檢查。 相機把人體臟器內的放射性核素的三維分布變相機把人體臟器內的放射性核素的三維分布變成一張二維分布的圖像。成一張二維分布的圖像。照相機所構成的圖像是放射性藥物在人體照相機所構成的圖像是放射性藥物在人體組織中分布情組織中分布情況的二維投影結果況的二維投影結果。用

21、用相機不能獲得準確的斷面圖像相機不能獲得準確的斷面圖像，即不能獲得放射性藥物在某截面上的分布。即不能獲得放射性藥物在某截面上的分布。 （emission computed emission computed tomography tomography 簡稱：簡稱：ECTECT）克服了上述困難，所得的圖像是）克服了上述困難，所得的圖像是放射性藥物在人體內某一斷面上的分布圖。放射性藥物在人體內某一斷面上的分布圖。 發(fā)射性計算機斷層攝影有兩種發(fā)射性計算機斷層攝影有兩種：單光子發(fā)射計算機斷層單光子發(fā)射計算機斷層成像成像（single photon emission computed tomograph

22、ysingle photon emission computed tomography，簡稱簡稱SPECTSPECT）與）與正電子發(fā)射計算機斷層成像正電子發(fā)射計算機斷層成像（position position emission tomographyemission tomography）. .由于兩者都是對從病人體內放射由于兩者都是對從病人體內放射出的射性成像，因此統(tǒng)稱為發(fā)射性出的射性成像，因此統(tǒng)稱為發(fā)射性CTCT。探測器GEGE公司生產的公司生產的SPECTSPECT設備及結構設備及結構單探頭單探頭SPECTSPECT 雙探頭雙探頭SPECTSPECT三探頭三探頭SPECTSPECT 有一類

23、放射性同位素（如：有一類放射性同位素（如：1111C C、1313N N、1515O O等）在衰變過程中等）在衰變過程中釋放釋放正電子正電子+ + 。 臨床應用中這類同位素臨床應用中這類同位素1111C C、1313N N、1515O O是由是由回旋加速器產生回旋加速器產生的。的。 ：放射性同位素在衰變過程中放射性同位素在衰變過程中發(fā)射出正電發(fā)射出正電子子+ +。正電子。正電子+ +很快就與周圍的負電子很快就與周圍的負電子 相結合發(fā)生相結合發(fā)生質量質量湮滅湮滅，并轉化為兩能量為，并轉化為兩能量為511keV511keV且傳播方向幾乎完全相反且傳播方向幾乎完全相反的的射線光子（射線光子（1801

24、80度）。度）。PETPET由數(shù)百個探測器組成環(huán)形，環(huán)的直徑約為由數(shù)百個探測器組成環(huán)形，環(huán)的直徑約為100cm100cm。一個。一個PETPET系統(tǒng)至少有一個探測器環(huán)，可獲得一個斷層的數(shù)據，有的系統(tǒng)至少有一個探測器環(huán)，可獲得一個斷層的數(shù)據，有的PETPET系統(tǒng)有幾十個探測器環(huán)，可以一次獲得整個容積的數(shù)據。每個系統(tǒng)有幾十個探測器環(huán)，可以一次獲得整個容積的數(shù)據。每個探測器都有探測器都有NaI(T1)NaI(T1)閃爍晶體和光電倍增管，光電倍增管的輸閃爍晶體和光電倍增管，光電倍增管的輸出信號送放大器放大。出信號送放大器放大。PETPET的準直器采用電子準直器。的準直器采用電子準直器。電子準直：電子準

25、直：利用湮滅輻射產生在一條直線上、方向相反的兩個利用湮滅輻射產生在一條直線上、方向相反的兩個光子，用兩個相對探頭來確定閃爍點位置的方法。光子，用兩個相對探頭來確定閃爍點位置的方法。透射源：透射源：是一個正電子發(fā)射核素固體源，用于是一個正電子發(fā)射核素固體源，用于PETPET的校正。的校正。傾斜驅動器：傾斜驅動器：用于控制探測器環(huán)的角度，達到理想的檢測位置。用于控制探測器環(huán)的角度，達到理想的檢測位置。 2）掃描裝置）掃描裝置2）掃描裝置）掃描裝置CTCTPETPET透視斷層透視斷層 ( (外源外源) )X X射線空間分辨射線空間分辨1mm1mm解剖結構成像解剖結構成像發(fā)射斷層發(fā)射斷層ECTECT（

26、內源）（內源）射線射線空間分辨空間分辨5mm5mm功能代謝成像功能代謝成像8.2 SPECT8.2 SPECT圖像質量指標圖像質量指標 SPECTSPECT除了包含除了包含相機的所有圖像質量指標外，增加了斷相機的所有圖像質量指標外，增加了斷層影像的質控項目。層影像的質控項目。 斷層均勻性：斷層均勻性：不僅要把不僅要把相機探頭本身的均勻性調節(jié)相機探頭本身的均勻性調節(jié)好，還要將計數(shù)、準直器等調節(jié)好。好，還要將計數(shù)、準直器等調節(jié)好。 旋轉中心：旋轉中心：旋轉中心是一虛設的機械點，位于旋轉軸旋轉中心是一虛設的機械點，位于旋轉軸上是機械坐標系統(tǒng)、上是機械坐標系統(tǒng)、相機探頭電子坐標和計算機圖像重建相機探頭電子坐標和計算機圖像重建坐標共同的重合點。不重合表現(xiàn)為旋轉軸傾斜和旋轉中心漂坐標共同的重合點。不重合表現(xiàn)為旋轉軸傾斜和旋轉中心漂移。移。 斷層厚度：斷層厚度：斷層厚度指軸向空間分辨率，又稱為斷層厚度指軸向空間分辨率，又稱為z z軸方軸方向的空間分辨率。向的空間分辨率。 斷層靈敏度和總靈敏度：斷層靈敏度和總靈敏度：斷層靈敏度和總靈敏度是指斷層靈敏度和總靈敏度是指SPECTSPECT的計數(shù)效率。的計數(shù)效率。發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢PET-CTPET-CT即即PETPET與與CTCT的同機融合。的同機融合。既具有多層螺旋既具有多層螺旋CTCT高空間分高空