初稿核医学成像原理

1,五、ECT,发射型计算机断层(Emission Computrd Tomography, ECT)简称ECT，它是继相机之后又一重大发展的核素脏器显影检查的仪器。其基本原理是在体外从多角度采集体内某脏器放射性示踪剂分布的二维影像，而后经过计算机数据处理重建和显示脏器的三维图像，亦可获得脏器的各种不同切面（水平、冠状、失状）或角度的剖面影像，不仅可以准确定位病变部位，做体层显像检查，还能精确分析生理、生化、代谢指标的改变，进行脏器组织功能的检查。,2,1、基本原理。单光子：相对与正电子或双光子，光子是单个的、单方向的。,SPECT显像原理SPECT单光子发射型计算机断层成像是通过示踪技术，将具有选择性聚集在特定脏器或病变部位的放射性核素或其标记化合物引入体内（吸入、静注或口服），根据示踪剂在体内器官发射到体表的光子（射线）密度，由计算机检测并通过重建处理生成断层影像。,SPECT基本原理示意图,SPECT成像系统,3,2、扫描机型：探头平动或转动，适用于快速动态断层。、照相机型：照相机构成探头。A、固定型：四台照相机90度排布，病床旋转。B、旋转型：可360度旋转获取数据。,4,3、基本结构：由探测器、机架、控制台、计算机和外围设备组成。,4、性能特点：能量范围：50600kev固有分辨：35mm计数容量：20%窗宽。显示图象：任意断层图象或 三维图象。,5,六、PET,PET是通过注入人体的放射性核素在衰变过程中产生的正负电子湮没辐射饿实现断层成像。 1、正电子：1928年Dirac发现，在贫中子核素衰变中产生。用回旋加速器生产的。,6,2PET的基本原理 PET为正电子发射型计算机断层成像。以正电子核素在湮没时发射出的双光子为探测对象。环状排列的探测器阵列，两探测器直线对置，起到准直器的作用。 3. 正电子放射性药物 目前临床上较常用的正电子放射性药物主要包括代谢类、受体类、灌注类与乏氧类，共4类。,7,4PET的基本结构 PET的结构主要由探测器、电子装置和计算机影像处理系统组成,PET结构示意图,8,5PET的技术优势：（1）PET 所用的放射性示踪剂中的核素是构成人体生物分子的主要元素。（2）由于采用了贫中子核素，其半衰期极短。（3）PET采用了具有自准直的符合电路计数方法（4）由于正电子发生电子对湮灭的距离为 1.0 mm 左右。（5）因为衰减校正更为精确，PET便于做定量分析。（6）PET多环检测技术可以获得大量容积成像数据，从而可以进行三维图像重建。,9,6.、符合电路的作用 ：记录、确定 、随机符合 、成像过程 ：标记核素制备；标记物引入体内积聚；探测电子湮没时光子对；数据处理与图象重建；图象显示与储存,10,3、PET的结构：（1）探测器：多个环阵排列（2）飞行时间技术：计算出事件发生的确切位置。 （3）时间分辨率极限：主要取决于晶体余辉时间和电路响应时间。（4）空间分辨率极限：3.7mm。,4、应用特点：、示踪剂具有理想的生物学活性。、半衰期短，放射性损伤小。、灵敏度与分辨率比ECT好。、系统复杂、技术要求高、运行费用大。,11,2、基本结构：探头、电子学线路、计算机影像处理系统和显示记录装置和四个部分组成探测器：探头是在体表检测放射性射线的分布状态的传感器，由准直器、晶体、光导、光电倍增管、前置放大器和计算电路 等部件组成。照相机型：照相机构成探头。A、固定型：四台照相机90度排布，病床旋转。B、旋转型：可360度旋转获取数据。,12, 电子学线路 电子学线路包括光电倍增管的高压电源、线性放大器和脉冲高度分析器等，基本原理和通用核仪器相同。,13,计算机影像处理系统：硬件和软件 1计算机影像处理系统的硬件 计算机影像处理系统的硬件，主要由中央处理单元、存贮器、键盘和显示器组成。2计算机影像处理系统的软件 计算机影像处理系统的软件主要系统软件和应用软件。 系统软件 系统软件是指为了方便用户和充分发挥计算机效能，向用户提供的一系列软件，包括监控程序、操作系统、诊断程序。 应用软件 应用软件是计算机影像处理系统的核心，它主要由基本应用软件和临床应用软件两大部分组成。,14,（4） 显示记录装置 SPECT的显示记录装置种类很多，常用的方法有3种： 用Polaroid 照相机直接拍摄示波器荧光屏上的影像，不需冲洗胶片，1015s 即可获得影像的正片； 用多幅照相机记录影像，这种照相机使用单面CT胶片，影像大而清晰，是目前使用较多的显示记录方法； 激光打印或热升华打印记录。,15,六、PET,PET是通过注入人体的放射性核素在衰变过程中产生的正负电子湮没辐射实现断层成像的。它克服了平面显影的缺点，促进了核医学影像学的发展，被认为是核医学发展的一个重要的、划时代的里程碑。PET可以用人体物质组成元素(150，11C，13N等)来制造放射性药物，PET特别适合做人体器官功能和生理变化等方面观察与研究，尤其是对脑神经功能的研究具有独到之处，其图像的清晰性、真实性被称为“生命体层”或“生化体层”，它也是目前唯一能够提供神经活动信息的医学仪器设备。,16,1、正电子：1928年Dirac发现，在贫中子核素衰变中产生。用回旋加速器生产的。,17,2PET的基本原理 PET为正电子发射型计算机断层成像。以正电子核素在湮没时发射出的双光子为探测对象。环状排列的探测器阵列，两探测器直线对置，起到准直器的作用。 3. 正电子放射性药物 目前临床上较常用的正电子放射性药物主要包括代谢类、受体类、灌注类与乏氧类，共4类。,18,4、符合电路的作用 ：记录、确定 、随机符合 、成像过程 ：标记核素制备；标记物引入体内积聚；探测电子湮没时光子对；数据处理与图象重建；图象显示与储存,19,5PET的基本结构 PET的结构主要由探测器、电子装置和计算机影像处理系统组成,PET结构示意图,20,6.PET在中国：2002年8月12日，我国引进的美国GE公司的PET（派特）CT一体机在山东省立医院正式开机投入使用。在当时是21世纪核医学影像疾病诊断的最顶端设备。 2009年5月26日，我国自主研发的第一台正电子发射断层扫描装置PET机在辽宁沈阳问世，我国已成为世界上除美国外第二个能够生产这一核医学影像关键设备的国家。获得了美国FDA（美国食品药物管理局）认证。,21,SIEMENS BIOGRAPY PET/CT,22,PHILIPS GIMINI PET/CT,23,GE PET-CT,24,本课内容,1、 照相机的探头结构；2、 照相机的结构；3、ECT的结构；4、同质异能素，放射性核素， 衰变， 衰变， -衰变， 衰变；5、闪烁晶体，符合探测，飞行时间技术6、ECT，PET的名词解释。,25,三、核素成像的基本过程1、放射性核素成像的基本条件2、放射性核素成像的基本过程,26,1、放射性核素成象的基本条件（1）具有合适的放射性核素或其标记化合物（2）核医学显像仪器探测成像，即脏器和病变的影像。,27,2、放射性核素成像的基本过程（1）放射性核素或标记化合物的制备（2）将放射性显像剂引入体内（3）体外测定射线（4）数据处理（5）图像显示与储存,28,四、核医学成像的特点1、功能性图像（1）显示组织或器官的形态或动态图像。（2）反映生理生化过程的图像。（3）反映组织或器官功能状态的图像。2、检查比较方便。3、空间分辨率差。,29,闪烁探测器是利用晶体使射线能量转换成荧光光子，记录荧光光子的产生数量，便可反映射线的活度和能量，这类仪器主要用于核医学显像、功能测定和体外分析。,30,（二）诊断用核医学仪器： 主要在临床核医学工作中，用来进行脏器功能测定和脏器显像。 1、显像仪器 照相机 显像仪器 单光子发射型(SPECT) 发射型计算机断层 正电子发射型(PET),(ECT),31,（一）概述 照相机是对体内脏器中的放射性核素分布进行一次成像、并可进行动态观察的核医学仪器。,图22 照相机,一、照相机,32,照相机的主要特点1、照相机的主要优点2、照相机的主要缺点：（1）图像受脏器的厚度影响较大。（2）照相机的空间分辨率较低，在形态学诊断上不及X-CT和MRI。,33,照相机主要由四部分组成：1、闪烁探头：准直器、晶体、光电倍增管2、电子线路：主要由位置信号通道和能量信号通道两部分组成。3、显示记录装置：示波器、照相机和实体 放大器等。4、附加设备,34,照相机探头结构,准 直 器,闪烁晶体,光电倍增管,数模转换器,数字信号处理器,35,（二） 照相机的基本原理,主要有探头、电子线路和显示系统三部分组成。,36,二、发射型计算机体层显像(ECT),X-CT与ECT的主要区别： 1、X-CT是利用常规X线从外部穿透机体后，根据组织密度的差异成像，ECT显像是反映放射性药物在体内的分布图。2、X-CT是反映解剖结构，ECT是既反映解剖结构又反映器官的生理和功能。,37,X-ray,探头1,探头2,CT,SPECT,PET,38,ECT的主要特点（1）可做体层显像，定位准确；（2）可用来分析脏器组织的生理、代 谢变化，做脏器的功能检查。 单光子发射型计算机断层(SPECT)(图23) 正电子发射型计算机断层(PET)(图24)还有SPECT- PET，是用SPECT实现PET的功能 目前普遍应用的是SPECT。,ECT,39,图23,40,图24,41,(一)单光子发射型计算机体层成像,SPECT可以克服平面显像对器官、组织重叠造成的小病灶的掩盖，提高对深部病灶的分辨率和定位准确性。,42,SPECT的基本组成：由探测器、机架与检查床、操作台和计算机等部分组成。,43,44,它利用引入人体内的单光子放射性核素发出的射线，在体外测定其分布浓度并转化为电信号，在计算机辅助下经过重建影像，而得到体层图像。,SPECT成像原理,45,SPECT显像,46,47,48,49,(二)正电子发射型计算机体层成像 PET是现代核医学脏器显像技术处于前沿的一种仪器，是目前最先进的核医学仪器。,50,1、正电子放射性核素为短半衰期或超短半衰期的核素，主要由加速器生产 ，如11C、13N、15O、18F、67Ca、201Tl等。,51,湮没辐射示意图,正电子放射性核素发射出的正电子，在组织中很快与负电子互相碰撞而发生湮没辐射，同时产生两个方向相反、能量相同(511kev)的光子。,511keV,511keV,+e-,52,2、 PET探测原理,53,可达32环探测器，上万个探测器,GANTRY RING,54,Siemens PET,55,3、 PET成像过程（1）标记核素制备（2）标记物引入体内积聚（3）光子对探测（4）数据处理（5）图像显示与储存,56,4、SPECT和 PET的比较 SPECT不必配备回旋加速器，价格相对便宜，因此在临床中广泛使用。 SPECT能进行放射性核素体内分布相对比较显像，但进行体内定量显像就比较困难，也不太准确。,57,SPECT与PET的共同点： 都能得到断层显像，显像原理都是利用晶体转换光子射线能量成荧光光子并被光电倍增管探测和放大，得到与放射性核素在体内分布、活性强弱一致的图像。,58,PET的应用特点1、示踪剂具有生物学活性。2、放射性损伤小。3、灵敏度与分辨率比SPECT要高。4、系统复杂费用高。,59,60,61,62,63,64,65,66,SPECT全身断层采集演示,67,SPECT断层采集演示,68,核医学成像设备分类及特点,69,照相机：组成：1、闪烁探头；2、电子线路；3、显示记录装置；4、附加设备。特点：1、连续显像；2、成像时间短；,70,单光子发射型计算机体层设备(SPECT)利用照相机围绕着诊断感兴趣的人体区域，采集各种不同角度上放射出的光子并计数，然后利用X-CT中所使用的图像重建方法，得到人体某一体层上的放射性药物浓度的分布，即可得到多层面的各方位的体层图像或三维立体像。与X-CT的区别：图像粗造，空间分辨率低。属发射型体层摄影；,71,正电子发射型计算机体层设备(PET)使用发射正电子的放射性核素；测量湮没辐射产生的光子。优点：空间分辨率高，一般45mm，最佳3mm。,72,照相机,73,光电倍增管的排列方式,每一个边排列3个，总共19个 每一个边排列4个，总共37个 每一个边排列5个，总共61个 每一个边排列6个，总共91个 每一个边排列7个，总共127个,74,位置计算电路,75,准直器,作用：滤除非规定范围和非规定方向的射线。准直器类型：,(1)、针孔形(2)、平行孔形(3)、扩散型(4)、会聚型,76,性能参数：空间分辨力：表征了对两个邻近点源加以区别的能力。 R值越小，空间分辨率越高。灵敏度：准直孔越大，灵敏度越高；准直器越厚，孔间壁越厚，灵敏度越低。准直器的灵敏度和空间分辨率难以两头兼顾。适用的能量范围：与孔间壁的厚度有关。,77,单光子发射型计算机体层设备Single Photon Emission Computed Tomography,利用引入人体内的单光子放射性核素发出的射线，在体外测定其分布浓度并转化为电信号，在计算机辅助下经过重建影像，从而得到体层图像。,什么是单光子？,78,SPECT基本结构和工作原理,分类：多探头环形（扫描型）：结构与X线CT类似，由数量众多的探头围成环状，同时分别检测各个方向的射线。 照相机型：探头固定型：探头旋转型：,79,基本成像原理,80,旋转机架,81,PET设备