第六章 核医学影像

1、1第六章第六章 核医学影像核医学影像第六章第六章 核医学影像核医学影像(RNI) 法国物理学家居里夫妇法国物理学家亨利.贝克勒尔2第六章第六章 核医学影像核医学影像约里奥-居里法国核物理学家约里奥-居里法国核物理学家和化学家第六章第六章 核医学影像核医学影像(RNI) 3第六章第六章 核医学影像核医学影像照相单光子发射型计算机断层(singlephotonemissioncomputedtomography)(SPECT)正电子发射型计算机断层(positronemissioncomputedtomography)(PET)第六章第六章 核医学影像核医学影像(RNI) 4第六章第六章 核医学影

2、像核医学影像第一节概述第二节射线探测第三节准直器第四节照相机和单光子发射型计算机断层原理第五节PET及其融合技术第六章第六章 核医学影像核医学影像(RNI) 5第六章第六章 核医学影像核医学影像第一节概述三、核医学影像及其技术特点一、核素示踪二、放射性制剂6第六章第六章 核医学影像核医学影像一、核素示踪两个基本根据放射性核素衰变时发射射线，利用高灵敏度放射性测量仪器可对其标记物质进行精确定性、定量及定位测量。同一元素的同位素有相同化学性质，在生物体内生物化学变化过程完全相同，生物体不能区别同一元素的各个同位素，可用放射性核素来代替其同位素中的稳定性核素。7第六章第六章 核医学影像核医学影像核素

3、示踪技术的优越性灵敏度高测量方法简便射线直接体外测量放射性示踪物质示踪量极少不干扰机体正常生理生化过程可用于生命活动过程的各个阶段 放射性测量10-14-10-18g一、核素示踪放射性核素产生的射线（主要是射线）是电离辐射，过量照射会对机体造成损伤，必须注意安全防护。8第六章第六章 核医学影像核医学影像二、放射性制剂放射性制剂(放射性药物)核医学诊断治疗显影剂(imagingagent)RNI影像诊断NaI中的131I氟l8F脱氧葡萄糖仅有示踪和辐射粒子作用性质由其标记物决定9第六章第六章 核医学影像核医学影像三、核医学影像及其技术特点 放射核素引入人体 参与人体 新陈代谢 特定脏器 组织中聚

4、集 放射性活度分布的外部测量 以图像形式显示 （功能性显像）半衰期短核素数量少灵敏度高（1）核医学影像技术方便且安全。（2）核医学影像是一种功能显像，不是组织的密度变化。特点10第六章第六章 核医学影像核医学影像第二节射线探测一、射线能谱二、闪烁计数器三、脉冲幅度分析器11第六章第六章 核医学影像核医学影像射线射在NaI(Tl)晶体上，产生光电子、康普顿散射电子等次级电子，这些电子在闪烁能谱仪中形成计数，得到脉冲高度分布曲线(脉冲高度谱)每一种放射性核素都有自己特有的辐射能谱测出射线能谱鉴定和分析放射性同位素射线能谱闪烁体碘化钠(NaI(Tl)晶体光电峰能量最大的峰（或全能峰）表示核素的特征一

5、、射线能谱12第六章第六章 核医学影像核医学影像99mTc的射线能谱一、射线能谱050100150200250310410510 能量能量(keV)记数率记数率13第六章第六章 核医学影像核医学影像临床医学测量射线能谱主要意义测定放射性同位素特定能量射线的计数率检定放射性同位素或放射性药物提高诊断结果的准确性避免康普顿散射射线及其他射线干扰与标准比较异常光电峰混有杂质一、射线能谱14第六章第六章 核医学影像核医学影像二、闪烁计数器射线晶体内产生荧光，光导和反射器组成的光收集器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，电流脉冲高度与射线能量成

6、正比，电流脉冲个数与辐射源入射晶体的光子数成正比，即与辐射源的活度成正比。测量原理15第六章第六章 核医学影像核医学影像闪烁体（NaI(Tl)晶体）光电倍增管闪烁计数器的组成二、闪烁计数器光学收集系统反射层光学耦合剂光导16第六章第六章 核医学影像核医学影像二、闪烁计数器光电倍增管17第六章第六章 核医学影像核医学影像三、脉冲幅度分析器1.脉冲幅度甄别器每一种放射性核素都有自己特有的辐射能谱。闪烁计数器产生的电流脉冲幅度和辐射光子能量成正比，测出脉冲幅度与计数关系曲线就等于测出辐射能谱。高于阈值的脉冲通过并计数,剔出低于阈值的脉冲，逐步改变甄别阈值大小可以得到计数率随甄别阈值的变化曲线。18第

7、六章第六章 核医学影像核医学影像三、脉冲幅度分析器时间CV30BV20AV10CV30BV20AV10脉冲幅度甄别器原理V30V20V10脉冲幅度计数率密度阈值计数率19第六章第六章 核医学影像核医学影像2.单道脉冲幅度分析器3.多道脉冲幅度分析器直接测出幅度在VV+V之间脉冲计数两个甄别器差值V叫道宽。下限甄别器甄别阈值V上限甄别器阈值V+V多个脉冲分析器一次测量得出一个单道脉冲幅度分析器多次测量的结果三、脉冲幅度分析器20第六章第六章 核医学影像核医学影像第三节准直器一、准直器的作用二、准直器的技术参数21第六章第六章 核医学影像核医学影像一、准直器的作用准直器(collimator)仅局

8、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。22第六章第六章 核医学影像核医学影像准直器(collimator)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。一、准直器的作用23第六章第六章 核医学影像核医学影像准直器(collimator)一、准直器的作用 准直器可以做成平行多孔型、发散型、会聚型或针孔型，起限制探测器视野的作用，起到放大和缩小图像的作用。准直器用能吸收射线的高密度物质制成，通常采用铅。准直器在闪烁计数器中闪烁体的前、侧面。准直

9、器构造上与X射线摄影的滤线器相仿。24第六章第六章 核医学影像核医学影像一、准直器的作用视野(FOV)射线在准直器的作用下直接射入晶体的区域视野以外射线不能到达的区域屏蔽区25第六章第六章 核医学影像核医学影像视野(FOV)射线在准直器的作用下直接射入晶体的区域视野以外射线不能到达的区域屏蔽区一、准直器的作用26第六章第六章 核医学影像核医学影像1.灵敏度(sensitivity)射线通过准直器的效率准直器的探测效率取决于准直器几何尺寸（孔径、长度、焦距）2.空间分辨力分辨两线源或点源的最小距离的倒数定量评价调制传递函数(MTF)两线源分辨距离R半峰宽度(FWHM)二、准直器的技术参数 27第

10、六章第六章 核医学影像核医学影像两线源分辨距离R两线源平行放置，用一带准直器探测器在垂直线源方向逐点探测计数，获得探测计数与探测位置的响应曲线。线源相距较远两个峰值对应线源位置线源距离恰可分辨峰曲线叠加一峰曲线最小值恰好落在另一峰曲线最大值位置上二、准直器的技术参数 2.空间分辨力(a)(b)R28第六章第六章 核医学影像核医学影像2.空间分辨力二、准直器的技术参数 LFdFWHMR0半峰宽度(FWHM)带准直器探测器沿垂直线源方向逐点计数获得的响应曲线最大值一半处的曲线宽度F准直器焦距d0准直器孔径L准直器宽度多孔聚焦式准直器结构DdoLF焦平面焦平面R R半峰宽度FWHM100%50%半峰

11、宽度FWHM相对计数率29第六章第六章 核医学影像核医学影像二、准直器的技术参数 2.空间分辨力系统将实物对比度MS转成图像对比度MI的传递效果SIMMMTF 调制传递函数30第六章第六章 核医学影像核医学影像系统将实物对比度MS转成图像对比度MI的传递效果SIMMMTF 二、准直器的技术参数 2.空间分辨力调制传递函数31第六章第六章 核医学影像核医学影像l空间频率较低投影函数为周期变化的矩形波l空间频率增大投影函数是周期变化近似正弦或余弦波图像边缘清晰MTF 1l图像完全不能分辨MTF0图像边缘模糊MTF12.空间分辨力空间频率一条铅条和一条空隙的宽度为空间周期，其倒数叫空间频率。二、准直

12、器的技术参数 32第六章第六章 核医学影像核医学影像空间频率C二、准直器的技术参数 MTF曲线MTF空间频率数()线对/毫米12345025. 050. 075. 000. 1AB2.空间分辨力33第六章第六章 核医学影像核医学影像3.深度响应分辨距离是最佳分辨距离两倍的两个点l焦点近限焦点远限l焦点长度焦点近限和焦点远限间的距离二、准直器的技术参数 空间分辨距离R或FWHM是辐射源到准直器距离的函数，此关系称为准直器深度响应(depthresponse)l最佳分辨距离某一深度上的一个最小分辨距离，对应的深度称为准直器的焦距F34第六章第六章 核医学影像核医学影像二、准直器的技术参数 3.深度

13、响应闪烁体脏器焦点远限焦点焦点近限准直器准直器的深度响应 35第六章第六章 核医学影像核医学影像第四节 照相机和单光子发射型计算机断层原理一、照相机原理二、照相机性能指标及质量控制三、单光子发射型计算机断层原理四、单光子发射型计算机断层的技术优势五、SPECT性能指标及质量控制36第六章第六章 核医学影像核医学影像一、照相机原理照相机构造原理1.探头射线源探头位置信号能量信号照相示波器准直器电阻矩阵光电倍增管闪烁体XYZ射线Z信号位置信号“复眼”37第六章第六章 核医学影像核医学影像闪烁体光电倍增管电阻矩阵激发荧光荧光准直器排除干扰成像的射线铅制NaI(Tl)晶体电脉冲增强六角形排列每个并接四

14、个电阻输出X-、X+、Y-、Y+四组电流1.探头一、照相机原理38第六章第六章 核医学影像核医学影像一、照相机原理电阻矩阵 1.探头39第六章第六章 核医学影像核医学影像一、照相机原理1.探头40第六章第六章 核医学影像核医学影像2.位置信号和Z信号YXXY加法器减法器位置信号亮度信号示波器示波器一、照相机原理闪烁点定位原理：靠闪烁点近的光电倍增管输出光电信号较强，反之则异光电倍增管输出的位置信号同光电倍增管所处的位置有关，这是由电阻矩阵配置决定。加在照相示波器水平和竖直偏转板上控制亮点位置。41第六章第六章 核医学影像核医学影像3.显示和记录延迟电路控制信号延迟电路控制信号示波器显示图形一、

15、照相机原理42第六章第六章 核医学影像核医学影像二、照相机的性能指标及质量控制2i2csRRR1.空间分辨力RS照相机对位置的分辨能力用两个点(线)源的分辨距离或半高宽度FWHM及调制传递函数MTF表示Rc准直器分辨力Ri照相机的固有分辨力2.固有空间线性照相机对光子位置产生畸变(失真)程度空间线性不好图像失真43第六章第六章 核医学影像核医学影像%100PEFWHMIER3.固有能量分辨力照相机精确分辨光电峰事件的能力照相机鉴别原闪烁事件和散射事件的能力二、照相机的性能指标及质量控制44第六章第六章 核医学影像核医学影像4.固有泛源均匀性照相机计数密度的差异积分均匀性(IU)微分均匀性(DU

16、)探头对均匀分布放射源响应差异对均匀分布放射源的最大响应误差minmaxminmax100IIIIIU一定距离间计数密度最大变化率lowhighlowhigh100IIIIDU二、照相机的性能指标及质量控制45第六章第六章 核医学影像核医学影像5.多窗空间配准度照相机在不同能量情况下图像位置偏离6.固有计数率特性计数率容量（最大计数率）死时间照相机对射线的响应能力能分辨两个事件的最小时间间隔二、照相机的性能指标及质量控制46第六章第六章 核医学影像核医学影像7.系统灵敏度系统对射线的探测效率单位时间内单位活度的计数率单位Cmin-1Bq-1图像质量集中指标探测灵敏度图像的线性二、照相机的性能指

17、标及质量控制47第六章第六章 核医学影像核医学影像三、单光子发射型计算机断层原理发射型计算机断层（ECT）图像重建显示放射性核素在断层分布断层图像功能代谢单光子发射型计算机断层(SPECT)正电子发射型计算机断层(PET)48第六章第六章 核医学影像核医学影像1.SPECT成像的本质与方法ECT体外测量发自体内的射线建立断层投影函数卷积处理反投影重建二维的活度分布体外单光子数量的探测SPECT确定体内放射性核素的活度三、单光子发射型计算机断层原理49第六章第六章 核医学影像核医学影像SPECT成像方法数据采集照相机探头步进式 29 静止采集旋转式 360运动采集选层位置电路确定层厚任选数据采集

18、后选定三、单光子发射型计算机断层原理50第六章第六章 核医学影像核医学影像2.数据的衰减校正SPECT要求射线无衰减实际情况衰减不可避免衰减补偿精度校正三、单光子发射型计算机断层原理51第六章第六章 核医学影像核医学影像四、单光子发射型计算机断层的技术优势1.SPECT在空间分辨力、定位的精确度2.图像受脏器大小、厚度影响大大低于照相3.对一些深度组织的探测能力显著提高4.发现早期病变优于X-CT和B超甚至MR计算病变部位的大小和体积等远优于照相52第六章第六章 核医学影像核医学影像四、单光子发射型计算机断层的技术优势99mTc-MIBI心肌血流灌注SPECT53第六章第六章 核医学影像核医学

19、影像五、SPECT性能指标及质量控制1.物理方面的一般检查2.像素绝对大小的测定3.旋转中心偏离的检查4.断层均匀性的测量5.断层分辨力的测试6.总体性能的评价54第六章第六章 核医学影像核医学影像第五节PET及其融合技术一、PET原理二、PET技术优势三、PET融合技术四、ECT的应用评价及发展趋势55第六章第六章 核医学影像核医学影像1.采用具有自准直符合计数方法衰变区域两侧放置两个光子探测器两探测器同时(10-8s内)接收光子符合电路给出一个计数湮灭辐射产生的双光子同一直线上反方向飞行一、PET原理56第六章第六章 核医学影像核医学影像1.符合探测一、PET原理57第六章第六章 核医学影

20、像核医学影像2.衰减校正3.PET的检测系统湮灭辐射发生地点对测量结果影响不大且可精确校正早期六角阵列目前多环结构一次63个断层32环一、PET原理58第六章第六章 核医学影像核医学影像3.PET的检测系统一、PET原理59第六章第六章 核医学影像核医学影像图0正常PET代谢显示图图1肺癌光子刀术前图2术后瘤灶基本消失PET像一、PET原理60第六章第六章 核医学影像核医学影像二、PET技术优势1.PET所用核素是构成人体生物分子主要元素，可以显示机体生理生化过程“生命断层”“生化断层”“活体分子断层”2.采用贫中子核素半衰期极短“超短半衰期核素”3.PET采用具有自准直的符合电路计数方法，省去准直器,灵敏度提高，图像质量高放射性剂量很小61第六章第六章 核医学影像核医学影像4.电子对湮灭的距离为1.5mm左右空间分辨距离高可检出510mm的病灶5.衰减校正精确，便于定量分析6.