核医学课程绪论ppt课件.ppt

1 影像核医学 谭庆玲 2 第一讲 绪论核医学影像基础与设备放射性药品及显像原理 3 绪论 定义影像核医学 利用放射性核素作为示踪剂进行医学成像诊断疾病 探索其机制与相关技术理论 并利用放射性核素治疗疾病的医学学科 4 影像核医学的特点现代医学影像学技术及成像原理影像学技术成像原理性质CT衰减系数 CT值 形态解剖B超超声波反射 回声 形态解剖MR质子密度 T1T2 解剖功能 照相机放射性浓度 平面 血流功能SPECT放射性浓度 半定量 血流代谢功能PET放射性浓度 定量 血流代谢功能 5 双肾血流灌注图 影像核医学的特点 6 存活心肌显像 7 功能显像分子显像动态显像定量分析 影像核医学特点 8 诊断核医学 临床核医学 治疗核医学 体外分析 体内 显像检查法 非显像检查法 核医学 实验核医学 一级学科 临床医学二级学科 影像医学与核医学 内照射 近距离 核医学的组成 9 我国影像核医学发展现状 设备相对落后 资源分配不均人员素质参差不齐 临床医师认识不够 核医学的优势和潜力没有 充分发挥 10 核医学影像基础与设备 核物理基础元素核素1 放射性核素释放的射线主要为 2 稳定性核素同位素同质异能素99mTc 11 核衰变放射性核素自发的发生核内结构或能变化 同时释放出某种射线而转化为另一种核素的现象 称为核衰变 nucleardecay 衰变类型 衰变 衰变 衰变核衰变规律N N0e t指数规律衰变 半衰期是每一种放射性核素所特有的 可测定半衰期确定核素的种类 甚至可推断放射性核素混合物中核素的种类 12 物理半衰期 physicalhalflife 指放射性核素减少一半所需要的时间 T1 2 生物半排期 biologicalhalflife 指生物体内的放射性核素经各种途径从体内排出一半所需要的 Tb 有效半减期 effectivehalflife 指生物体内的放射性核素由于从体内排出和物理衰变两个因素作用 减少至原有放射性活度的一半所需的时间 Teff 有效半减期与物理半衰期及生物半排期的关系 Teff T1 2 Tb T1 2 Tb 13 放射性活度单位时间内原子核的衰变数量 是核医学中常用的反映放射性强弱的物理量 国际制单位 Bq 贝克 KBq 103Bq MBq 106Bq GBq 109Bq 旧的专用单位 Ci 居里 mCi 10 3Ci Ci 10 6Ci 1Bq 1次衰变 秒1Ci 3 7 1010Bq 14 辐射剂量及其单位 照射量 辐射场强弱照射量率 单位时间内的照射量吸收剂量 被照射物质所吸收的能量剂量当量 不同类辐射所引起的生物效应当量剂量 生物效应 15 辐射剂量及其单位 照射量照射量率吸收剂量剂量当量当量剂量 16 射线与物质的相互作用 带电粒子与物质的相互作用电离 激发 散射 轫致辐射 湮灭辐射光子与物质的相互作用光电效应 康普顿散射 电子对生成 17 常用核医学仪器 计数器液体闪烁计数器脏器功能测定仪 照相机单光子发射型计算机断层仪SPECT正电子发射型计算机断层仪PET 用于体外诊断 18 闪烁探测器 scintillationdetector 闪烁探测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 主要部件 晶体 crystal 碘化钠 铊 NaI Tl 光电倍增管 photomultipliertube PMT 前置放大器组成 19 闪烁探测器示意图 20 闪烁体 晶体 最常见 碘化钠晶体 NaI T1 作用 波长转换器的作用 10 19nm 400nm左右 晶体的探测效率与灵敏度的矛盾 探测灵敏度越高 分辨率越低 增加晶体的厚度 可增加灵敏度 但会损失分辨率 如果将晶体从12 5mm降到6 5mm 空间分辨率可提高70 而相应的灵敏度仅损失15 表1 2 21 光电倍增管 PMT 作用 光信号转换为电信号 并对信号进行放大 光电倍增管的多少与定位的准确性密切相关 数量多探测效率和定位的准确性就高 图像的空间分辨率和灵敏度也高 但影响探头的均匀性 22 23 前置放大器光电倍增管输出的电脉冲信号很微弱 形状不规整 放大器的作用就是对电脉冲信号进行放大 整形 倒相的电子学线路 24 单光子发射型计算机断层仪 singlephotonemissioncomputedtomography SPECT 是一台高性能的 照相机的基础上增加了支架旋转的机械部分 断层床和图像重建软件 使探头能围绕躯体旋转360o或180o 从多角度 多方位采集一系列平面投影像 通过图像重建和处理 可获得横断面 transversesection 冠状面 coronalsection 和矢状面 sagittalsection 的断层影像 tomogram 25 26 27 28 探头的构成 准直器定向准直晶体波长转换器光电倍增管光电转换器 29 准直器 collimator 准直器位于探头的最前端它是由铅或铅钨合金铸成的机械装置 它的作用是把人体内四面八方分散的 射线定向准直到闪烁晶体的一定部位上 这种采用准直器的方法称作机械准直 以区别于电子准直 30 准直器的功能参数 几何参数 孔数 孔径 孔长及孔间壁厚度决定了准直器的空间分辨率 灵敏度和适用能量范围等性能参数准直器的空间分辨率与灵敏度是一个矛盾关系 31 准直器的空间分辨率 定义 描述区别两个邻近点源的能力 通常以点源或线源扩展函数的半高宽 fullwidthathalfmaximum FWHM 表示 半高宽度越小 表示空间分辨率越好 平行孔准直器 FWHM由下式估算 D为准直孔的直径 L为准直器厚度 z0为准直器表面至源的距离 准直孔越小 准直器越厚 探头距病人距离越近分辨率越高 获得的图像质量越好 32 33 X Y位置电路 一个光子在晶体中产生多个闪烁光子 被多个光电倍增管接收 各个光电倍增管接收的闪烁光子的数目随其离闪烁中心 光子处 的距离增加而减少 由位置电路和能量电路根据不同位置的光电倍增管接收到的闪烁光的强度来确定 光子的位置 PMT数目越多 图像上所有脉冲的X Y位置精度越好 图像的空间分辨率越好 34 脉冲幅度高度分析器PHA 光子能量甄别 PHA用来选择放射性核素的能量和能谱范围 单道分析器主要由上阈 下阈道宽和构成 改变道宽的大小可选择能谱的范围 伽玛照相机的道宽经常选在20 包括了放射性核素光电峰的位置 可用来选择伽玛照相机所用的放射性核素 选择设定核素能量窗的 光子被记录 剔除低能 光子 例如 散射光子 及高能 光子 35 单道脉冲幅度高度分析器 36 模数转换器 作用 把模拟信号转换成数字信号转换位数越多 图像越清晰 37 双探头符合线路断层显像仪 DHTC 特点 至少有两个探头 具有X 射线的投射衰减校正可以进行单光子核素显像和正电子核素显像 38 SPECT CT SPECT与CT的融合 同时具有功能和结构的优势 39 SPECT的图像采集 能窗的选择矩阵采集类型 静态 动态 门控 全身扫描 断层采集衰减校正散射校正 40 图像重建 由已知不同方向的投影值来求物体内各点的分布称图像重建 SPECT成像原理即将通过探头的旋转得到的各角度投影图像利用图像重建的方法重建出各方向的断层图像 目前常用的图像重建方法为滤波反投影法 FBPfilteredbackprojection 对于一些不完全角度投影可以采用迭代法 OSEM 重建图像 41 在数字图像中 图像单元的大小 是用二进制单位比特 Bit 表示的数字量 图像可划分成许多小的方块或单元 称矩阵单元 常用图像矩阵有64 64 128 128 256 256等 在SPECT中 我们事先并不知道各个矩阵单元的值 我们仅从测量中知道沿某一方向上各矩阵单元的和 称射线和或投影 从不同方向投影中可以求出矩阵单元的值 这就是图像重建的任务 显然 如果知道了图像矩阵单元值 一幅图像性质也就知道了 图象重建的预备知识 42 43 正电子发射型计算机断层仪PET主要由探测系统包括晶体 电子准直 符合线路和飞行时间技术 计算机数据处理系统 图像显示和断层床等组成 目前最先进的PET是探头多环型 模块和3D结构 其中探头晶体除外经典的锗酸铋 bismuthgerminate BGO 晶体 现已推出硅酸镥 lutetiumoxyorthosillicate LSO 和硅酸钆 gadoliniumorthosillicate GSO 等新的晶体 大大提高了探测效率 图像分辨率为3 5mm PET与SPECT比较 其具有 空间分辨率高 探测效率高 能准确地显示受检脏器内显像剂浓度提供的代谢影像和各种定量生理参数等优点 44 质量控制原理及方法 45 放射性药品及显像原理 放射性药物 radiopharmaceutical 用于诊断和治疗的放射性核素及其化合物的制剂 特点 放射性药物不具备普通药物的药理作用 其依靠所载的放射性核素起到诊断和治疗作用 开放性 放射性药物区别于肿瘤放射治疗的封闭性外围辐射源 如60Co 137Cs 的特征 46 分类 诊断类放射性药物核素特点 核射线中以 光子为主 能量以100 300keV为宜 引入体内后容易被核医学探测仪器在体外探测到 从而适用于显像 同时 光子在组织内电离密度较低 从而机体所受电离辐射损伤较小 代表核素 99Tcm核性能优良 为纯 光子发射体 能量140keV T1 2为6 02h 方便易得 几乎可用于人体各重要脏器的形态和功能显像 99Tcm是显像检查中最常用的放射性核素 目前全世界应用的显像药物中 99Tcm及其标记的化合物占80 以上 广泛用于心 脑 肾 骨 肺 甲状腺等多种脏器疾患的检查 并且大多已有配套药盒供应 131I 201Tl 67Ga 111In 123I等放射性核素及其标记药物这类 光子的核素及其标记药物也有较多应用 在临床中发挥着各自的特性和作用 正电子放射性药物11C 13N 15O和18F等短半衰期放射性核素在研究人体生理 生化 代谢 受体等方面显示出独特优势 其中氟 18F 脱氧葡萄糖 18F FDG 是目前临床应用最为广泛的正电子放射性药物 47 常用正电子放射性药物有效半衰期 15O2 05min13N9 96min11C20 34min18F110min 48 治疗类放射性药物 适宜的射线能量和在组织中的射程是选择性集中照射病变组织而避免正常组织受损并获得预期治疗效果的基本保证 49 各种常用治疗放射性药物的理化性能 核素标记T1 2 最大能量 keV 最大射主要临床应用化合物MeV程 mm 32P磷酸盐14 3d1 71 8真红 原发性血小板增胶体磷酸铬腔内治疗玻璃微球肝癌动脉栓塞131I8 06d0 61365 81 2 3甲亢 分化型甲癌及转移灶MIBG嗜铬细胞瘤153SmEDTMP40 6h0 8103 28 3 4骨转移癌疼痛89Sr50 5d1 46 2 3骨转移癌疼186ReHEDP3 8d1 07137 9 4 7骨转移癌疼痛188ReHEDP19 6h2 12155 10 骨转移癌疼痛117mSnDTPA13 6dCE159 86 0 3骨转移癌疼痛117LuEDTMP6 75d0 497113 6 4 骨转移癌疼痛90YEDTMP2 67d2 27 10骨转移癌疼痛 50 放射性核素来源 核反应堆核裂变产物放射性核素发生器回旋加速器 51 放射性核素发生器 通常根据所要求的子体核性质 如射线类型 能量 半衰期及其他有关要求来选定母体核素 母体核素除了能衰变生成合用的子体核素和化学性质上便于子体核素的分离外 还应具有适当长的半衰期 易于大量获得 而且价格低廉 放射性核素发生器是从长半衰期核素中分离出短半衰期核素的装置 52 99Mo 99mTc发生器 99Mo 99mTc发生器每隔23h可淋洗一次 这时99mTc的活度是前次淋洗时的99Mo的活度的67 6 或者是当时99Mo的活度的86 99MO半衰期66 02h 99mTc半衰期6 02h方便 经