1、第五章 核医学成像系统,主讲：刘利军 E-mail:CloneIQ,生物医学工程系 2006级 医学成像,一、核医学成像概述 二、核诊断用放射性同位素 三、核物理学中的一些概念 四、核诊断学的检测手段 五、核诊断仪器的组成 六、照相机（Gamma camera） 七、发射性计算机断层成像 八、核医学影成像图像质量指标,第五章 超声成像系统主要内容,一、核医学成像概述,放射性核素成像的过程：把某种放射性同位素标记在药物上形成放射药物并引入体内，当被人体的脏器和组织吸收后，就在体内形成辐射源，然后，用核子探测装置可以从体外检测体内同位素在衰变过程中放出的射线，从而构成放射性同位素在体内分布密度的图
2、像。成像基础：以脏内外或脏器内正常组织与病变组织之间的放射性浓度差别。基本条件：具有能够选择性聚集在特定脏器或病变的放射性核素或其它标记化合物，使该脏器或病变与邻近组织之间的放射性浓度差达到一定程度。利用核医学成像仪器探测到这种放射性浓度差，并根据需要以一定的方式将它们显示成像，即脏器和病变的影像。核医学成像设备主要包含 照相机、SEPPECT和PET等。,一、核医学成像概述,放射性同位素在医学上取得很多应用，已经形成科学上的一个分支：核医学（Nuclear medicine）。核医学可分为核诊断学（Nuclear Diagnostic）与核治疗学（Nuclear Therapy）两在分支。放
3、射性核素显像（radio nuclear imaging, RNI）是四大医学影像之一，是核医学诊断中的重要技术手段。核诊断学的主要方法：放射性核素成像。放射性核素成像依赖于放射性药物的定位和清除特性，即利用某些半衰期短而能产生穿透力强的 射线或 射线的放射性药物易在人体的某些器官和组织沉积和清除的特性，利用探测器在人体外采用计数方法探测放射性在人体内的分布，并利用计算机获得人体内放射性分布的二维图像或三维图像。图像对评价器官功能和代谢及形态改变十分有效，成为医学诊断的一种重要手段。,一、核医学成像概述,1.1发展简史1896年，法国物理学家贝克勒尔在研究铀矿时发现，铀矿能使包在黑纸内的感光胶
4、片感光，这是人类第一次认识到放射现象，也是后来人们建立放射自显影的基础。1898年，马丽居里与她的丈夫皮埃尔居里共同发现了镭，此后又发现了钚和钍等许多天然放射性元素。1923年，物理化学家Hevesy应用天然的放射性同位素铅-212研究植物不同部分的铅含量，后来又应用磷-32研究磷在活体的代谢途径等，并首先提出了“示踪技术”的概念。1926年，美国波士顿内科医师布卢姆加特（Blumgart）等首先应用放射性氡研究人体动、静脉血管床之间的循环时间，在人体内第一次应用了示踪技术。,一、核医学成像概述,1951年，美国加州大学的卡森（Cassen）研制出第一台扫描机，通过逐点打印获得器官的放射性分布
5、图像，促进了显像的发展。1957年，安格（Hal O. Anger）研制出第一台照相机，称安格照相机，使得核医学的显像由单纯的静态步入动态阶段，并于60年代初应用于临床。1959年，他又研制了双探头的扫描机进行断层扫描，并首先提出了发射式断层的技术，从而为日后发射式计算机断层扫描机ECT的研制奠定了基础。1972年，库赫博士应用三维显示法和18F-脱氧葡萄糖（18F-FDG）测定了脑局部葡萄糖的利用率，打开了18F-FDG检查的大门。他的发明成为了正电子发射计算机断层显像（PET）和单光子发射计算机断层显像（SPECT）的基础，人们称库赫博士为“发射断层之父”。目前，绝大多数照相机不是真正数字
6、式的，而是混合型的，在探头内部仍以模拟式为主，从探头输出位置信号开始进入数字式。随着计算机在核医学中的应用，使核医学仪器趋向于“智能化”。,一、核医学成像概述,1.2 当前核医学影像设备的应用概况目前广泛使用的单光子发射计算机断层（SPECT），已从单探头、双探头和三探头，直至现在发展为带衰减校正的能进行符合线路成像的SPECT.PET-CT的出现使医学影像技术进入了一个新的阶段。分子生物学技术的迅速发展以及与核医学技术的相互融合，形成核医学又一个新的分支学科分子核医学（molecular nuclear medicine）。把两种设备的图像融合起来进行分析。 1.3 SPECT与PET-CT
7、的区别核医学中把应用计算机辅助断层技术进行显像的设备统称为ECT，它是医学影像技术的重要组成部分。ECT的中文名称为发射型计算机断层显像，是其英文名称缩写而成（Emission Computed Tomography）。ECT实际上又包括两大类设备即SPECT和PET-CT,一、核医学成像概述,SPECT并不是一种很新的设备，其由Kuhl等人于1979年研制成功。经过多年不断的改进，产生了许多不同型号、不同档次的产品，其显像的基本原理没有变化，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，数量达300台以上。主要用途：用于全身骨骼、心肌血流、脑血流、甲状腺等显像。P
8、ET所应用的显像剂如C-11、N-13，O-15等都是人体组织的基本元素，易于标记到各种生命必须的化合物、代谢产物或类似物上而不改变它们的生物活性，且可以参与人体的生理、生化代谢过程，能够深入分子水平反映人体的生理、生化过程，从功能、代谢等方面前面评价人体的功能状态，达到早期诊断疾病、指导治疗的目的。定性准确和一次性完成全身显像的特点极大地促进了其在肿瘤、脑神经系统疾病以及心脏病等方面的应用。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。,一、核医学成像概述,PET的先进性显而易见，最大的缺点是解剖结构显示不够清晰。人们尝试把擅长功能显像的PET与擅长显示解剖结构的
9、全身CT结合起来，于是在2000年世界上第一台同机一体化PET/CT在美国CTI公司研制成功，被美国时代杂志评选为年度最伟大的发明创造。PET/CT是目前最先进的PET与最好的多排螺旋CT的完美组合，达到了一加一大于二的效果，一举成为目前最豪华的医学影像诊断设备。PET与CT的同机组合极大地提高了临床医生对PET的认知度，一经问世便在世界范围内高速增长。2002年第一台PET/CT在国内安家落户，目前PET/CT在国内已经呈献快速发展的趋势。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/CT相比，诊断效能上差距较大。比较：二者一种是普及型的低端产品，价格较低；一种
10、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。,一、核医学成像概述,PET/CT和其他检查的区别：(1)单纯X线CT成像的基础：根据人体组织对外源性X线的吸收程度不同来判断人体组织器官的结构改变情况；(2)磁共振检查:将人体置入外加磁场内，然后探测人体内组织成分的磁信号变化情况；(3)医学超声成像：依靠超声在人体内传播，遇到不同的组织和器官时，会因其声特性阻抗不同而产生声强有差异的回波（超声在人体组织上的反射波或背向散射波）来建立影像(4)PET检查：探测人体内物质（或药物）代谢功能的动态变化。四者的成像原理有本质的区别。目前使用的PET/CT是PET和CT两种
11、技术的完美结合，相互补充。PET/CT这种技术的组合可以大大提高临床诊断的准确性（如需要对体内单个孤立性小病灶进行良恶性鉴别诊断和手术前定位等），包括精确的定位和定性等，是其他检查不能比拟的。,二、核诊断用放射性同位素,(1)同位素：原子核中质子数相同而中子数不同的化学元素。放射性同位素与非放射性同位素在化学性质上是相同的，不同的是前者可以衰变，同时放出射线，放射性同位又称为放射性核素（Radionuclide）。 (2)衰变：放射性同位素自发地放射出 射线后，本身转化为另一种核素，这种现象儿为“衰变”。 (3)放射射线：放射性核素放出的射线有三种： ，在核医学中主要用射线（光子）和（ 正电子
12、）射线来进行诊断，为什么？注： 射线穿透力不强，对人体辐射危害较大，而 射线穿透力强，对人体辐射危害较小。 (4)放射射线的性质：1.能使气体电离； 2.能激发荧光物质； 3.能使照相底片感光；4.具有穿透性，射线足够强时，还会破坏生物组织的细胞。,二、核诊断用放射性同位素,(5)射线能量要求：为了保证成像的质量而对患者的辐射剂量维持在容许的水平上，对射线的能量有一定的要求。一般认为，发射能量在25-511kev范围内的X射线或射线的放射性核素，对成像目的有用，而且要求放射性核素的纯度必须足够高。(6)核医学中用的放射性核素：一般是人工制造的，利用原子反应堆或离子加速器产生的高能一碰撞粒子轰击
13、某些原子核来产生，然后用化学的方法进行分离。(7)放射性核素的化学载体：放射性核素必须要有适当的化学载体，即制成放射性药物。(8)放射性药物的要求：放射性药物要能对靶器官有定位特性和清除率特性，即能被靶器特定吸收而又能及时排出，要求无菌、无毒性（通过注射或口服）。,三、核物理学中的一些概念,(1)核物理中的基本粒子：在核物理中以基本粒子为单位参加核反应，基本粒子有：质子、中子、 粒子、 粒子、 粒子等。 (2)蜕变：原子核的质量或电荷的变化称为蜕变。核蜕变方程：碰撞粒子+父核子核+发射粒子 (3)自动核衰变：特殊核蜕变称为自动核衰变,特殊核蜕变方程：父核子核+发射粒子 (4)放射性核素：核能够
14、自动衰变者称为放射性核素。 (5)原子核的稳定性：原子核的稳定性依赖于中子与质子的比值，比值越近于1越稳定，越远离1越具有自发蜕变的趋势，这种趋势的强烈程度可用半衰期来表示。 (6)半衰期：放射性核素由于衰变而使原有的一半成为其他元素所需的时间。,二、核诊断用放射性同位素,放射性核素放出的射线有三种： 粒子.粒子总是伴随 着粒子的发射。一种称为亚稳态的放射性核素能发射纯的 粒子， 粒子不带电，又称为光子，穿透力最强；粒子带电，带正电的 粒子叫正电子，穿透力较强；粒子带正电，穿透力不强。,四、核诊断学的检测手段,(1)核诊断的计数与定位：核诊断需要对发射粒子进行计数和定位。由于核蜕变不能直接观察
15、到，必须通过探头测量其产生的效果。(2)发射粒子的探测：利用发射离子的吸收效果，有两种方法进行探测：一、由电离而产生的电导性测量；二、物质中产生的闪烁光的测量。(3)探测器的分类：一是电离探测器；二是闪烁探测器。(4)电离探测器：利用发射粒子的电离效应，离子在电场的作用下将产生电流的特性。在随机碰撞所产生的重新组合发生之前，离子在电场中所通过路径越长，检测的灵敏度越高，气体材料是适用于电离探测器。由于气体材料组成的探头物质的密度很低，对粒子的检测效率很低，因此气体电离探测器在核诊断中的作用是次要的，主要用于X射线的探测。,四、核诊断学的检测手段,另外：半导体材料组成的探测器也属于离子探测器，发
16、射离子在半超导体中并不形成离子，而只形成电子空穴对，优点是灵敏度高，电离能量只需气体材料的十分之一。(5)闪烁探测器：辐射能量被吸收将引起电子层的重新排列，使能量转换成紫外线或可见光，这种现象称为闪烁，闪烁探测器常使用碘化钠晶体材料，并用光电倍增管来实现光能到电信号的转换。每一个发射粒子引起的闪烁效应将产生一个电脉冲信号，对这个电脉冲进行计数，就可得到蜕变速率。放射性的检测主要是蜕变速率的检测。(6)脉冲高度分析器：为了能与蜕变速率成正比，去掉随机产生的噪声，必须对脉冲幅度（与发射粒子的能量有关）进行选择，选择那些由全部吸收均在探头中发生的发射粒子引起的脉冲，这在电路上称为“脉冲高度分析器”。
17、,五、核诊断仪器的组成,(7)脉冲高度分析器的原理：如果没有康普顿效应而只有光效益，则发射粒子的放射性物质的密度谱只在一定能量处有一峰值。因此，用加窗口技术的脉冲进行选择，可以保证计数率与蜕变的比例关系。(8)核诊断仪器的组成：探测器、线性放大脉冲高度分析器（鉴别器）、脉冲计数器及显示打印部分，以及探测器装置、病人床的机械运动机构及复杂的计算机控制与图像处理系统。(9)探测器：由准直器、NaI（T1）晶体、光电倍增管及前置放大器等组成，其作用是将射线的能量转换成电压脉冲信号，其幅度与射线的能量成正比。 线性放大器：功能是将探测器来的电信号进一步放大及处理。脉冲高度分析器：利用加窗技术，选择具有
18、一定幅值（通常采用光峰的）的脉冲通过而其它幅值的脉冲抑制下去。,五、核诊断仪器的组成,脉冲记数器：对脉冲高度分析器出来的脉冲进行测量，有两种测量方法：一种计数法，称为记数器；另一种是对脉冲序列进行平均，称为速率计。不同类型的核诊断仪器，对 射线光子的能量范围也有一定要求，一般认为，25511KeV范围内的X射线或 射线的放射性核素，对成像目的有用。对于Anger单晶闪烁照相机， 光子的能量范围为75-300KeV成像最有效；而直线扫描仪则是此能量范围以上或以下了有效。正电子发射断层成像则利用正电子灭过程中解释放出的511KeV的 光子。,六、分类及应用特点,1.照相机(1)照相机是核医学影像设
19、备中最基本、最实用，而且最重要的一种。(2)照相机，又称闪烁照相机（Scintillation Camera），是一种能对脏器中的放射性核素分布进行一次成像和连续动态观察的仪器。该仪器主要由四部分组成，即闪烁探头、电子学线路、显示记录装置以及附加设备。(3)照相机可同时记录脏器内各个部份的射线，以快速形成一帧器官的静态平面图像，同时因其成像速度快，亦可用于获取反映脏器内放射性分布变化的连续照片，经过数据处理后，可观察脏器的动态功能及其变化，因此照相机既是显像仪又是功能仪。提高照相机性能的关键是增加它采集的信息量,特别是断层采集。,2.ECT发射式计算机断层（Emission Computed
20、tomography，ECT）是利用仪器探测人体内同位素动态分布成像，并通过计算机进行数据处理和断层重建，来获得脏器或组织的横断面、矢状面以及冠状面的三维图像的。它可以做功能、代谢方面的影像观察，是由电子计算机断层（CT）与核医学示踪原理相结合的高科技技术。ECT分为两大类：一类：以发射单光子的核素为示踪剂的，即单光子发射计算机断层显像仪（single photon emission computed tomography，SPECT）；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）。,六、分类及应用特点
21、,（1）SPECTSPECT是一个探头可以围绕病人某一脏器进行360旋转的相机，在旋转时每隔一定角度（通常是5. 6或6）采集一帧图片，然后经电子计算机自动处理，将图像叠加，并重建为该脏器的横断面、冠状面、矢状面或任何需要的不同方位的断层、切面图像。近年来为提高诊断的灵敏度、分辨率和正确性，同时缩短采集时间，双探头的SPECT也相继应用于临床中。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。,六、分类及应用特点,（2）PETPET是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先进的医学影像技术，它的空间分辨率明显优于SPECT。PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同
22、位素，如氟-18、氮-13、氧-15、碳-17等作为示踪剂注入人体，参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是组成人体的主要元素，利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子，被探头的晶体所探测，得到高分辨率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心脏、全身其它器官以及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。PET在临床医学的应用主要集中于神经系统、心血管系统、肿瘤三大领域。,六、分类及应用特点,六、照相机（Gamma camera）,直线扫描仪:50年代出现的，通过机械驱动装置，使探头在患者上方作屏幕扫描式移动，并同步地驱动一支笔依次在一张纸上做标记（打点），将一幅二维图像记
23、录下来。图像上打点的疏密程度表示脏器对放射性药物吸收程度的不同。80年代初，国内有人采用计算机控制，并将不同的计数率赋与不同的颜色，打印出彩色图像，称为彩色扫描仪。直线扫描仪的缺点：成像时间长，无法提供动态图像，而且成像效率低，操作不灵活，对不同深度的成像，要更换不同的焦距的准直器。,六、照相机（Gamma camera）,照相机是在直线扫描仪的基础上发展起来的，它可以摄下所感兴趣的区域中放射性药物浓度的分布图，形成一幅完整的图像大约只需要零点几秒，如果在一定时间间隔中摄取一系列的药物分布图，就可以对脏器的功能进行动态分析。照相机无需移动探测器，可使大面积的人体或整个器官成像，而且它能提供用来
24、研究放射性药物沉积和清除率的动态图像的手段，其成像效率高，空间分辨高。 (1)系统构成整个系统由准直器、闪烁晶体、光电倍增管阵列、位置计算电路、脉冲高度分析器与相应的显示装置构成。,六、照相机（Gamma camera）,A.准直器-最重要部件之一准直器的作用：实现空间定位，使得来自不同空间部位的射线照射到闪烁体的特定位置上。让人体内向外辐射的射线能准确地投射到闪烁晶体的相应位置上，以便构成闪烁图像。闪烁晶体与准直器具有相同的直径，并紧贴也安装在准直器的背后。在照相机中使用的准直器是一块开了许多小孔的有一定厚度的铅板，根据小孔的不同形式可将其分为平行孔型、张角型、聚焦型与针孔型等几种类型。(一
25、)平行孔型准直器平行孔型准直器中所开的孔是相互平行的。,六、照相机（Gamma camera）,使用平行孔型准直器时，照相机的视野与准直器的直径相当。晶体上的图像大小与人体放射源的实际大小相同。当人体与探测器的距离发生变化时，所得的图像大小并不会发生变化。注：灵敏度不会因为探查物距离的远近而发生明显变化。(二)张角型准直器发散型准直器，小孔面向探查对象呈扇形。使张角型准直器可以扩大视野，得到比晶体尺寸更大的放射源图像。被探查对象离准直器越远，或者准直器的发散角越大，则系统的视野就越大。由于人体是一个三维空间结构，不同的放射源离准直器有不同的距离，各部位的放大倍数不同将造成图像的失真。另外：系统
26、灵敏度也会随着放射源与照相机之间的距离增大而降低。,六、照相机（Gamma camera）,（三）聚焦型准直器把张角型准直器反转过来就是一个聚焦型准直器，如下图所示：使用聚焦型准直器将得到放大的图像，放大的程度与照相机和人体的距离有关，由于聚焦型准直器具有图像放大与灵敏度高的优点，因此常被用来做小器官的成像。,六、照相机（Gamma camera）,(四)针孔型准直器针孔型准直器只开有一个小孔，可以保证体内不同位置来的辐射光子被限定到达晶体的一个固定的对应点上，而不至于发生图像的模糊。如图所示：针孔型准直器的视野取决于辐射源与准直器之间的距离，它的灵敏度要比一般的多孔准直器低，源与准直器的距离
27、越大则灵敏度越低，加大小孔的尺寸可以提高系统的灵敏度，但却会导致图像模糊。,六、照相机（Gamma camera）,B.闪烁晶体 闪烁晶体也是照相机探测器中的关键部件，它与入射的射线光子发生相互作用时会发出短暂的荧光。理想的闪烁晶体应满足以下要求： (一)对入射的射线光子有较高的俘获效率。闪烁晶体一般都选用高密度、高原子序数的材料，在使用中俘获效率尽量高。核子探测器中的闪烁晶体一般做得比较厚，目的是尽可能多地俘获入射光子，以便产生足够多的可见光光子。 (二) 发光效率高，发光的持续时间较短。在照相机要求逐次记录发生闪烁的事件，必须在时间上提高鉴别两次不同烁的分辨能力，或者说要求晶体发光后衰减的
28、时间尽量短。 (三)材料发光效率高，良好的光学性能，对荧光的传播呈透明且折射小NaI（TI）晶体的发光效率高，每keV辐射能量平均产生40个可见光光子，而且其闪光亮度与入射光子的能量成正比。此外，NaI（TI）晶体对光线是透明的，即使很厚的晶体由自吸收造成的光损失也很小。,六、照相机（Gamma camera）,(3)成像过程人体辐射的射线光子准直器与闪烁晶体相互作用产生可见光形成可见光图像通过光电倍增管阵列将光学图像转换成电脉冲图像输出电脉冲信号经过电阻矩阵电路形成幅度与入射光子能量相对应的电信号, 同时还可以得到与发生闪烁的位置相关的信号位置信号经“位置计算电路”处理准确给出闪烁点的坐标能
29、量信号与位置坐标信号组合形成核医学图像。,准直器,Na(T1)闪烁晶体,光电倍增管,前置放大器,定准电路,图像处理电路,显示器,照相机,六、照相机（Gamma camera）,(4)照相机的数据后处理功能及图像分析功能 照相机装有小型计算机或高档微机，有丰富的数字图像后处理功能，主要有：1.二维数字低通滤波，常用值滤波器或平滑滤波器或用维纳滤波器。2.多幅显示、有单幅、双幅、4幅、16幅、64幅显示形式3.各种尺度的伪彩色增强功能。4.统计图像显示。5.窗口显示、感兴趣区显示及黑白反转显示。图像分析功能主要用于对心脏及肾等器官的功能分析，主要有：1.心室壁的运动分析 2.心脏射血指数分析3.心
30、输出量分析 4.心脏分流分析5.心脏时相分析 6.心脏的发射CT图像重建7.肾功能分析 8.大脑血流分析9.肺功能分析,七、发射性计算机断层成像,照相机所构成的图像是放射性药物在三维立体组织中分布情报的二维投影结果。用照相机并不能获得一幅准确的断面图像，即不能获得放射性药物在某截面上的分布图。发射型计算机断层投影技术（emission computed tomography 简称：ECT）克服了上术困难，所得的图像是放射性药物在体内某一断面上的分布图。发射性计算机断层摄影有两种：单光子发射性计算机断层成像（single photon emission computed tomography，简
31、称SPECT）与正电子发射型计算机断层成像（position emission tomography）.由于两者都是对从病人体内放射出的射性成像，因此统称为发射性CT。,七、发射性计算机断层成像,7.1 单光子发射型断层摄影 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。成像的过程类似于X-CT成像，用一台照相机围绕着被探查者作旋转运动，在不同的角度上检测人体放射出的射线光子并计数，照相机在各个不同的角度上投影数据（放射性药物沿投影线的浓度分布的
32、线积分）后，就可以沿用在X-CT中使用的图像重建方法，得到人体某一断面上放射性药物浓度的分布。,七、发射性计算机断层成像,(1)SPECT的原理SPECT利用能量在85500KeV之间的射线进行断层成像。其原理与X-CT类似，是从投影重建断层图像的技术。若使用直线型探测器获取一个断层的投影，探测器的每个点检测沿一条入射线进来的核辐射。探测器的输出代表人体内的放射性沿该入射线的积分，直线探测器的全部输出构成一维投影。如果入射线是垂直于探测器的一组平行线，称为平行束投影。探测器的法线与X坐标轴的夹角称为观测角。把直线探测器扩展成平面的，就可以同时获取多个断层的投影。照相机就是有位置分辨能力的平面探
33、测器，但是照相机不能获得断层图像，而是三维人体在某个观测角上的二维投影。,七、发射性计算机断层成像,(2)SPECT的基本结构SPECT系统一般由六部分组成：探头（旋转型照相机）、机架、断层床、控制台、计算机（包括接口）和光学照相系统。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。,GE公司生产的SPECT设备及结构,七、发射性计算机断层成像,（3）SPECT的主要技术指标1.空间非线性：Anger照相机的空间非线性主要由探测器和电子线路造成，引起图像的枕形失真或桶形失真。2.非均匀性：由探头的非均匀性引起，通常使用非均匀性补偿
34、或校正技术来减少失真。3.空间分辨率：表现物体细节的能力或较低模糊的程度。探头的空间分辨率主要由准直器的特性决定，其次由探测器和定位电子学电路决定，后者称为内在分辨率。注：90%以上的射线被准直器阻挡，对射线的利用率很低，SPECT的空间分辨率要比X-CT差一些。4.死时间：NaI(T1)探测系统在高计数率下会发生计数丢失。因为：两个紧跟的脉冲会堆积在一起，其叠合脉冲幅度可能会超出能窗范围而被禁止掉；两个低能量的康普顿散射脉冲叠合幅度也可能正好在能范围内而被接受而形成假事件。除堆积外，电子学系统处理每个事件都需要时间，此间出现的下一个事件被忽略掉，这个时间称死时间。,七、发射性计算机断层成像,
35、（4）单光子发射型CT的突出优点比普通的照相机没有增加设备成本的情况下，获得了真正的人体断面图像。可以作多层面的三维成像，对肿瘤及其他的一些疾病的诊断很有用。统计噪声：图像中的背景噪声称为统计噪声。为了减小图像中的统计噪声，可以对所记录的图像作平滑滤波等处理。影响SPECT系统性能的重要因素：射线在传播过程中的衰减，系统很难确定体内辐射源强度的绝对值大小。ECT与X-CT的显著不同点：1.X-CT中成像的基本信息：人体对X射线的衰减2.ECT中成像的基本信息：辐射源处在人体内部，所成像的像希望是体内辐射源未经衰减的强度分布。,七、发射性计算机断层成像,SPECT中如果在重建算法中忽略人体对射线
36、产生衰减的因素，就会使所得的图像失去定量的意义或产生伪像。因此，在图像重建之前必须设法消除由于射线在到达检测器之前的衰减所引起的误差。对人体衰减引起的伪像进行校正最好的在同一台机器上进行，具体的做法：在同一台SPECT上同时获得“透射”和“发射”两种图像，从透射图像中得到被探测部位的三维衰减系数分布图，然后借助衰减系数的分布信息来校正发射型CT的图像。SPECT存在另外的固有缺陷：空间分辨力比较低，原因：常规的照相机在完成旋转扫描的过程中很难保证始终紧贴被探查的病人。SPECT的另外固有问题是灵敏度比较低，为了保证准确地获得沿某一投影线上来的射线光子，必须采用准直器，而使用准直器的结果使大部分
37、光子被拒绝进入检测器，只有少量的光子能被检测到。使用有限的信息来成像必造成较低的灵敏度。,七、发射性计算机断层成像,尽管SPECT中为改善空间分辨力与灵敏度采取了一些措施，并用衰减校正技术来提高定量的程度，但是空间分辨力仍低于1cm，灵敏度也不够高，不过由于SPECT设备简单，价格便宜，而且不是必须配有回旋回速器，因此，它仍然在临床中被广泛地使用。 要想知道被显像脏器在纵深方向上的结构，就需要从各个角度进行观测，有了全部投影数据，就能重建三维图像。SPECT的图像重建算法也与X-CT类似，有线性叠加反投影法、迭代法、二维傅立叶变换法、滤波反投影法等，滤波反投影法是SPECT最普遍采用的算法。,
38、七、发射性计算机断层成像,(5)SPECT的临床应用SPECT能显示脏器或病变的血流、功能和代谢的改变，有利于疾病的早期诊断及特异性诊断，在临床当中的应用十分广泛。SPECT诊断的应用范围：（1）骨骼显像 （2）心脏灌注断层显像（3）甲状腺显像（4）局部脑血流断层显像 （5）肾动态显像及肾图检查（6）其它SPECT显像的主要临床应用,七、发射性计算机断层成像,7.2正电子发射型计算机断层成像(1)PET的基本原理是正电子湮灭和符合探测有一类放射性同位素（如：11C、13N、15O等）在衰变过程中释放正电子，在临床应用中这类同位素是由回旋加速器产生的。1.正电子湮灭辐射：放射性同位素在衰变过程中
39、当一个质子转变为中子时发射出正电子。正电子很快就会与周围环境中的电子相结合发生质量湮灭，并由此转化为两能量为511keV且传播方向几乎完全相反的射线光子。2.符合探测：利用两个射线光子向相反方向传播的特征，在探查对象的周围安放一圈探测器。各个检测器的输出被接到一个符合检测电路中，如果条件检测电路在很小时间间隔内，同时获得两个检测器输出的信号，则认为在这两个检测器空间的连线上有释放正电子的核素存在。符合检测起到了电子准直的作用，与SPECT相比，不必使用铅准直器，因而提高了系统的灵敏度。符合检测器的输出将送到计算机中作进一步的处理以获得同位素在体内分布浓度的断面像。,七、发射性计算机断层成像,(
40、2)PET的基本结构PET的结构主要由机架、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,七、发射性计算机断层成像,A.机架PET的探测器由数百个探测器组成环形，环的直径约为100cm。一个PET系统至少有一个探测器环，可获得一个断层的数据，有的PET系统有几十个探测器环，可以一次获得整个容积的数据。每个探测器都有NaI(T1)闪烁晶体和光电倍增管，光电倍增管的输出送前电子线路进行放线（放大器）。PET的准直器不采用照相机中的机械式准直器，而是采用电子准直器。1.电子准直：利用湮灭辐射产生在一条直线上、方向相反的两个光子，用两个相对探头来确定闪烁点位置的方法。2.透射源：是一个正
41、电子发射核素固体源，用于PET的校正。3.倾斜驱动器：用于控制探测器环的角度，以达到理想的检测位置。,七、发射性计算机断层成像,B.计算机图像系统PET的计算机图像系统的硬件设备与SPECT的类似，检测程序为PET专门设计。有静态、动态和门电路三种数据采集方式检测过程：先对透视扫描，然后给药、采集、图像重建、拍照、发报告。PET既可得到动态图像，又可得到静态解剖图像，还可得到代谢功能性图像。PET的图像重建方法也与SPECT类似，采用滤波反投影方法。用二维或三维方式显示。1.操作台主要是键盘操作，选择探测条件及图像重建、图像照相存档及数据处理。2.检查床能上、下、内、外准确移动3.示踪剂的加速
42、器或发生器，药物合成装置示踪剂（即放射性药物）是正电子发射体，一般原子序数低，是人体内固有元素的同位素，可取代正常生物物质中的相应原子参与体内代谢。常用的示踪剂有18F、11C、13N、15O和82Rb等。,七、发射性计算机断层成像,(3)PET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1.0mm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。 (4) PET的
43、性能特点A.PET显像的特点1.灵敏度高、分辨率强2.示踪剂具有生物活性3.放射性损伤较小4.系统复杂，费用昂贵,七、发射性计算机断层成像,B.PET与CT、MRI的比较PET主要测量体内化学变化及新陈代谢CT或MRI主要用来观察人体组织与结构在区分癌症与良性组织以及区分恶性或非恶性组织时，PET比CT或MRI有效。PET经常和CT及MRI透过“影像融合”的方式更清楚的看到在三维空间里正确的癌组织位置。,七、发射性计算机断层成像,C.PET-CTPET-CT即PET与CT的同机融合。既具有多层螺旋CT高空间分辨率、显示解剖结构清晰的特点；具有PET的功能代谢成像的优势，可以早期发现病变，尤其是
44、恶性肿瘤。 PET-CT一次检查即可获得全身的代谢和形态信息。应用PET-CT设备，经过多维立体的影像显示，使患者犹如一个透明人，医生能够一目了然的发现病变并确定病变的位置与性质。,a. CT成像,b. PET成像,c. PET-CT成像,七、发射性计算机断层成像,(5)PET的临床应用1. PET临床应用（1）癌症 （2）神经疾病 （3）心血管疾病 2. PET-CT的临床应用（1）在肿瘤学方面，主要用于肿瘤定性、分期、分型等早期诊断和鉴别，治疗方案的选择和疗效监测等;（2）在心脏系统疾病方面，主要用于隐性、高危和疑难冠心病诊断，心肌存活检测、介入治疗前后监测等;（3）在心脏系统疾病方面，主
45、要用于隐性、高危和疑难冠心病诊断，心肌存活检测、介入治疗前后监测等;,8.1 照相机的图像质量指标空间分辨率：空间分辨率表示照相机探头分辨两个点源或线源最小距离的能力。分为固有分辨率和系统空间分辨率。平面源灵敏度：平面源灵敏度指某一采集平面对平行于该面放置的特定平面源的灵敏度。平面源灵敏度主要用来测试和检验仪器是否正常工作和比较各种准直器的计数效率。灵敏度明显下降反映照相机有问题，灵敏度增高则是有污染等因素造成。空间线性：空间线性描述照相机的位置变化。最大计数率：最大计数率反映照相机对高计数率的响应特性。,八、核医学影成像图像质量指标,8.2 SPECT的图像质量指标SPECT除了包含照相机的
46、所有图像质量指标外，根据SPECT的断层显像特点，增加了针对断层影像的质控项目。断层均匀性：保证断层图像的均匀性，不仅要把照相机探头本身的均匀性调节好，还要加大计数，加准直器和散射媒质。 旋转中心：SPECT的旋转中心是一个虚设的机械点，它位于旋转轴上，应是机械坐标系统、照相机探头电子坐标和计算机图像重建坐标共同的重合点。任何不重合表现为旋转轴倾斜和旋转中心漂移。断层厚度：SPECT断层厚度指轴向空间分辨率，又称为z轴方向的空间分辨率。断层灵敏度和总灵敏度：断层灵敏度和总灵敏度是指SPECT的计数效率。断层灵敏度定义为被放射性浓度除以断层内总计数值。总灵敏度为所有断层计数和被放射性浓度除以所有
47、断层计数。,八、核医学影成像图像质量指标,8.3 PET的图像质量指标PET的图像质量指标除上述与照相机和SPECT的指标相同外，还包含能量分辨率、空间分辨率、系统灵敏度等。 能量分辨率：是用来衡量PET精确分辨光电事件能力的一个参数。 空间分辨：是指PET能分辨出的两个点源或线源间的最小距离，即探测器在X、Y、Z三个方向能分辨最小物体的能力。包括横向分辨率和轴向分辨率。 固有计数率：包括最大计数率和死时间，最大计数率是PET在单位时间内所能探测或记录到射线的最大值，反映了PET对入射射线的响应能力；死时间是描述PET对两个入射事件的分辨能力，即能分辨出两个事件的最小时间间隔。 系统灵敏度：是指单位时间内、单位辐射剂量条件下获得的符合计数，以单位活度的计数率表示。,八、核医学影成像图像质量指标,第六章 核医学成像系统提问与答疑！,
