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第六章 核医学影像 (RNI) 核医学影像 (RNI)： 通过探测引入人体内的放射性核素直接或间接 放射出 射线，利用计算机辅助进行图像重建，从 而对病灶进行定位和定性。也称为放射性核素显像 。它是核医学诊断中的重要技术手段。 1 示踪原理 （即放射性核素或其标记化合物应用于示踪 的基本根据）： 1、 同一元素的同位素在生物体内有相同的化学变化和 生物学过程，而且生物体不能区别同一元素的各个同位素 ，它们在生物体内参与的转化过程相同，只是具有不同的 核物理性质。因此，示踪剂基本上能够反映被研究物质的 行为，就可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素的 标记化合物（如标记食物，药物和代谢物质等）代替相应 的非标记化合物。 2 2、示踪剂的可测性 放射性核素能自发地放射出射线。利用高灵敏度的 仪器可对示踪剂进行精确的定量、定位、定性探测。动 态观察各种物质在生物体内的量变规律 。 这两点的有机结合是建立放射性核素示踪技术的理 论基础。借助这种技术，就能有效地动态研究各种物质 在生物体内的运动规律，揭示其内在关系。 示踪原理 （即放射性核素或其标记化合物应用于示 踪的基本根据）： 3 二、放射性制剂 放射性制剂 (也叫放射性药物 )是指用于核医学 诊断和治疗的、含有放射性核素的一类特殊药物。 核医学影像诊断用的放射性制剂也叫做显影剂。 放射性制剂可以是放射性核素以及用放射性核 素标记的化合物，如用作甲状腺扫描的 ，正电子 发射断层用的氟 18-脱氧葡萄糖 放射性核素仅具有示踪和辐射粒子的作用，放 射性制剂的性质决定于被标记的化合物。 如 胰岛素和 甲状腺素虽然都是碘 125标 记的化合物，但是具有完全不同的生化特性。 131I l8F-FDG 125I- 125I- 4 三、核医学影像及其技术特点 放射性核素 引入人体 参与人体新陈代谢 或者在特定脏器 或组织中聚集 测量体内放射 性活度的分布 以图像形式显示 （功能性显像） 核医学影像的本质就是体内放射性活度分布的外部 测量，并将测量结果以图像的形式显示出来。 生物体的组织与器官的功能主要表现为物质在生物体 内的动态变化规律，例如：组织、器官的运动性功能，物 质在生物体内的运输、集聚、排泄，物质在细胞内的代谢 ，物质代谢在空间的分布等。 5 核医学影像技术特点： 1） 核医学影像技术方便且安全。因为引入人体内放 射性核素的数量很少、半衰期极短，病人所接受的辐射 剂量低。 2） 核医学影像最重要的特点是能够提供身体内各组 织功能性变化。 CT、 MR以及超声显像主要显示脏器或组织的解剖学 形态变化。而核医学影像含有丰富的人体内部功能性信 息，因此，核医学影像以功能性现象为主。 6 3）核医学影像是一种功能显像，清晰度主要由脏器或 组织的功能状态决定，而不是组织的密度变化。 缺点：核医学检查受引入放射性活度及仪器分辨率的 限制，其影像的清晰度不如 CT、 MR。 7 四、闪烁计数器 射线 闪烁体 光学收集系统 光电倍增管 闪烁计数器实际上是一种能量转换器，其作用是 将探测到的 射线能量转换成可以记录的电脉冲信号。 主要由闪烁体、光学收集系统和光电倍增管组成 。 8 射线在闪烁体内产生荧光，利用光学收集系统将光 子投射到光电倍增管光阴极上，击出光电子，光电子在 光电倍增管内倍增、加速在阳极上形成电流脉冲。 闪烁计数器测量原理： 9 引入放射性制剂的人体中的 射线一般是各向同性的 ，记录 射线的闪烁计数器会接受 360度立体角的 射线， 这样所形成的核素显像就是模糊而混乱的，不可能形成 反映放射性核素数量在人体内的分布图像，即不可能获 得生物体的形态图像。 五、准直器 10 为建立放射性核素与图像空间对应关系，必须仅局限于某一 空间单元的射线能进入闪烁计数器，其他区域射线不得进入，排 除干扰成像的射线 ,建立放射性核素与图像的空间对应关系。 准直器的作用就是 把人体内四面八方分散的 射线定向准直到 闪烁体的一定部位上。 排 除对成像起干扰作用的射线。 11 核医学影像设备的分类 按照示踪剂的不同分为两大类： （ 1）单光子成像设备，有 相机、 SPECT，所用的示 踪剂释放 射线，如锝同位素 99mTc等。 （ 2）正电子成像设备，有 PET，为采用正电子发射能 力的示踪剂，如碳同为素 11C等。 12 照相机是核医学影像设备中最基本、最实用的显像 仪器，而且是最重要的一种。又称 闪烁照相机。 六、 照相机原理 照相机不仅可以快速形成器官的静态平面图像，同时 因其成像速度快（目前可以做到每秒 20帧画面），所以，也 可观察脏器的动态功能及其变化。也就是说它不仅可以提供 静态图像，而且也可以进行动态观测。 13 照相机主要由探头、支架、电子线路、计算 机和显示系统组成 。 14 探头是照相机的核心，它由准直器、闪烁体、光 电倍增管、电阻矩阵等部件组成。 探头的作用是用准直器把人体内分布的放射性核素 辐射的 射线限束、定位，用多个光电倍增管将由 射 线在闪烁体激起的荧光转化为电脉冲，再将这些电脉冲 转化为控制像点位置的位置信号和控制像点亮度的 Z信 号。 准直器 电阻矩阵 光电倍增管 闪烁体 射线 Z 信号 位置 信号 15 发射型计算机断层（ ECT）是通过计算机图像重建 来显示已进人体内的放射性核素在断层上的分布。 ECT分为两大类，一类是以发射单光子的核素为示 踪剂的，即单光子发射型计算机断层显像仪（ single photon emission computed tomography， SPECT）； 而另一类是以发射正电子的核素为示踪剂的，即正电 子发射计算机断层显像仪（ positron emission tomography， PET）。 七、单光子发射型计算机断层显像仪 SPECT 16 SPECT实际上就是一个探头可以围绕病人某一脏器进 行 360 旋转的 相机。在体外通过探头绕人体的旋转， 获得从多角度、多方位采集的一系列投影图像，再通过图 像重建和处理，可获得各方向记录脏器组织中放射性分布 的断层影像。 SPECT同时也具有 一般 相机的功能， 可以进行脏器的平面 和动态（功能）显像 。 17 SPECT并不是一种很新的设备，其是在 1979年研 制成功的。经过多年不断的改进， SPECT技术已经有 了很大的发展，产生了许多不同型号、不同档次的产 品，但是其显像的基本原理没有变化，总体上仍属于 比较低端的核医学设备。目前国内很多三级以上医院 都已经配备 SPECT。 18 ECT的另一类设备 PECT是利用能发生正电子衰变 C11 、 N13、 O15、 F18进行的断层成像的，全称为正电子发 射型计算机断层显像（ positron emission computed tomography）。即我们通常所说的 PET。 当人体中引入这些放射性核素后，衰变产生的正电 子在体内移动大约 1.5mm后即与电子发生湮灭辐射，产 生一对飞行反向相反、能量都为 0.511Mev的光子即双 光子。 PET就是探测这一对光子来表征衰变的发生。所 以， PET又有双光子 ECT的称谓。 八、 PET 19 符合探测：根据动量守恒，湮灭辐射产生的双 光子飞行在同一直线上，但方向相反。在衰变发生 的区域两侧放置两个光子探测器，当两个探测器同 时接收到光子时，符合电路会给出一个计数。 20 PET为什么不需要准直器？ 在 SPECT中，由于射线是各向同性辐射的，为获得 投影数据要求探测在某一方向上的计数，需要在探测器 中加装准直器，这样很多的光子就被准直器阻挡掉了。 根据动量守恒，正负电子湮灭辐射产生的双光子飞 行在同一直线上，但方向相反。所以，湮灭辐射有自准 直作用，无需准直器，这样 PET的灵敏度大大提高了， 引入体内的放射性制剂的量也减少了。 21 SPECT与 PET二者可以说具有本质的区别，数据表明 ， SPECT的最高探测效率仅为 PET的 1%-3%左右，图像质 量远不能与 PET相比，诊断效能上差距较大。 SPECT是普及型的低端产品，价格较低；而 PET是世 界上公认的最高档次的医学影像诊断设备，价格昂贵、 投资巨大，很难普及和推广。 我国于 1995年由山东淄博万杰医院引进国内第一台 PET，其后增长较为缓慢。 22 根据医学图像所提供的信息内涵不同，将医学影像分为 两大类：解剖结构图像（ CT、 MR、 B超等）和功能图像（ SPECT、 PET等）。 这两类图像各有其优缺点。解剖图像以高分辨率提供了 脏器的解剖形态信息，但无法反映脏器的功能情况；然而， 功能图像分辨