1、.,1,第六章核醫學成像系統,.,2,一、核醫學成像概述 二、核診斷用放射性同位素 三、核物理學中的一些概念 四、核診斷學的檢測手段 五、核診斷儀器的組成 六、照相機（Gamma camera） 七、發射性計算機斷層成像 八、核醫學影成像圖像質量指標,第六章 核醫學成像系統主要內容,.,3,一、核醫學成像概述,人類已進入21世紀，經濟將高度發展，人民生活水平進一步提高，人民渴望有一個好的生活環境和健康的身體，所以需要提高醫療技術和水平，更新醫療設備，提高全民族的健康，使人民的平均壽命提高到新的水平。 核科學與醫學、生物學、放射學和劑量學等結合，產生了放射診斷學、放射治療學和核醫學等學科。,.,

2、4,一、核醫學成像概述,現代醫學包括四個方面：預防醫學、診斷醫學、治療醫學和康復醫學。核科學可用于預防、診斷和治療，已成為醫學領域中不可缺少的部份。 例如：預防領域如乳腺癌普查、骨密度普查、X光定期檢查等；診斷領域中高檔設備都和核科學有關，如XCT、ECT、MRI和PET等；治療領域，現代癌癥有70需要放射性治療，還有X刀、刀、質子刀等都是目前最先進的治療設備。 幾十年來核醫學已得到相當大的發展，在醫院中放射科和核醫學科都已成為現代化醫院中的重要部門。,.,5,一、核醫學成像概述,1、核醫學的定義： 核醫學，又稱原子（核）醫學，是一門利用開放型放射性核素診斷和治療疾病的學科。 核醫學是核技術與

3、醫學相結合的學科； 核醫學的任務是用放射性核素及核技術來診斷、治療及研究疾病； 核醫學是研究同位素及核輻射的醫學應用及理論基礎的科學。,.,6,2、核醫學成像的特點： （1）高靈敏度：目前可測量300種以上的活體， 可探測到10-910-15克； （2）無創傷性，可動態觀察； （3）反映體內的生化和生理過程； （4）同時反映組織或臟器的形態與功能； （5）核醫學成像是以臟器內、外，或臟器內各部分之間 的放射性濃度差別為基礎，顯示的靜態和動態圖像， 該圖像不僅反映了人體組織、臟器和病變的位置、形 態、大小，而且還提供了組織、臟器每個微小局部變 化和差別。,一、核醫學成像概述,.,7,一、核醫學成

4、像概述,2、核醫學成像的特點： (6)核醫學成像具有多種動態成像方式，同時提供多種功能 參數以反映機體及組織的血流功能、代謝等方面的信息。 (7)一些放射性核素具有向臟器或病變的特異性聚集，由此 而獲得的核素成像具有較高的特異性，可顯示不同組織類 型的腫瘤、各種神經受體、炎癥、轉移灶等組織器官的影 像，而這些單靠形態學檢查常常難以實現。 最重要的特點是能提供身體內各組織功能性的變化，而功能 性的變化常發生在疾病的早期。 核醫學成像具有簡單、靈敏、特異、無創傷性、安全、易于 重復、結果準確等特點。,.,8,一、核醫學成像概述,3、核醫學的分類,.,9,一、核醫學成像概述,4、核醫學成像方法: X

5、射線和超聲成像都是由外部向人體發射某種形式的能量，根據能量的衰減或反射情況來成像。 現在討論另一種成像方法：核醫學影像則是向人體注射放射性核素示蹤劑，使帶有放射性核素的示蹤原子進入人體內要成像的臟器或組織，使它們變成射線源，然后通過測量放射性核素在人體內的分布來成像。,.,10,一、核醫學成像概述,4、核醫學成像方法: 在進行臟器顯像和/或功能測定時，醫生根據檢查目的，給病人口服或靜脈注射某種放射性示蹤劑，使之進入人體后參與體內特定器官組織的循環和代謝，并不斷地放出射線。 這樣我們就可在體外用各種專用探測儀器追蹤探查，以數字、圖像、曲線或照片的形式顯示出病人體內臟器的形態和功能。,.,11,5

6、、核醫學成像的過程： 核醫學成像的過程是先把某種放射性同位素標記在藥物上，形成放射性藥物并引入人體內，當它被人體的臟器和組織吸收后，就在體內形成了輻射源。用 射線檢測裝置可以從體外檢測體內放性核素在衰變過程中放出的 射線，從而構成放射性同位素在體分布密度的圖像。由于放射性藥物能夠正常地參與機體的物質代謝，因此核醫學成像的圖像不僅反映了臟器和機體組織的形態，更重要的是提供有關臟器功能的生理、生化信息。,一、核醫學成像概述,.,12,一、核醫學成像概述,6、發展簡史 1896年，法國物理學家貝克勒爾在研究鈾礦時發現，鈾礦能使包在黑紙內的感光膠片感光，這是人類第一次認識到放射現象。 1898年，馬麗

7、居里與她的丈夫皮埃爾居里共同發現了鐳，此后又發現了钚和釷等許多天然放射性元素。 1926年，美國波士頓內科醫師布盧姆加特（Blumgart）首先應用放射性氡研究人體動、靜脈血管之間的循環時間，在人體內第一次應用了示蹤技術。,.,13,一、核醫學成像概述,1951年，美國加州大學的卡森（Cassen）研制出第一臺掃描機，通過逐點打印獲得器官的放射性分布圖像，促進了顯像的發展。 1957年，安格（Hal O. Anger）研制出第一臺照相機，稱安格照相機，使得核醫學的顯像由單純的靜態步入動態階段，并于60年代初應用于臨床。 1959年，他又研制了雙探頭的掃描機進行斷層掃描，并首先提出了發射式斷層的

8、技術，從而為日后發射式計算機斷層掃描機ECT的研制奠定了基礎。,.,14,一、核醫學成像概述,1972年，庫赫博士應用三維顯示法和18F-脫氧葡萄糖，測定了腦局部葡萄糖的利用率。他的發明成為正電子發射計算機斷層顯像（PET）和單光子發射計算機斷層顯像（SPECT）的基礎，人們稱庫赫博士為“發射斷層之父”。 目前，絕大多數照相機不是真正數字式的，在探頭內部仍以模擬為主，探頭輸出位置信號開始進入數字式。 隨著計算機在核醫學中的應用，核醫學儀器趨向于“智能化”。,.,15,一、核醫學成像概述,7、 當前核醫學影像設備的應用概況 (1)目前廣泛使用的單光子發射計算機斷層（SPECT），已從單探頭、雙探

9、頭和三探頭，直至現在發展為帶衰減校正的能進行符合線路成像的SPECT. SPECT并不是一種很新的設備，于1979年研制成功。經多年不斷改進，產生了許多不同型號、不同檔次的產品，其顯像的基本原理沒有變化，仍屬于比較低端的核醫學設備。國內三級以上醫院都已經配備SPECT，數量達300臺以上。 主要用途：用于全身骨骼、心肌血流、腦血流、甲狀腺等顯像。,.,16,一、核醫學成像概述,（2）PET：所應用的顯像劑如C-11、N-13，O-15等都是人體組織的基本元素，且可以參與人體的生理、生化代謝過程，能夠深入分子水平反映人體的生理、生化過程，從功能、代謝等方面全面評價人體的功能狀態，達到早期診斷疾病

10、、指導治療的目的。 定性準確和一次性完成全身顯像的特點極大地促進了PET在腫瘤、腦神經系統疾病以及心臟病等方面的應用。PET最大的缺點是解剖結構顯示分辯率低。,.,17,一、核醫學成像概述,（3）PET/CT：把擅長功能顯像的PET與擅長顯示解剖結構的全身CT結合起來，在2000年世界上第一臺同機一體PET/CT在美國CTI公司研制成功，被選為年度最偉大的發明創造。 PET/CT是目前最先進的PET與最好的多排螺旋CT的完美組合，達到了一加一大于二的效果，成為目前最豪華的醫學影像診斷設備。PET/CT的出現使醫學影像技術進入了一個新的階段。 PET與CT的同機組合把兩種設備的圖像融合起來進行分

11、析，極大地提高了臨床醫生診斷準確性，一經問世便在世界范圍內高速增長。2002年第一臺PET/CT在國內安家落戶，目前PET/CT在國內已經呈獻快速發展的趨勢。,.,18,一、核醫學成像概述,SPECT的最高探測效率僅為PET的1%-3%左右，圖像質量遠不能與PET/CT相比，診斷效能上差距較大。 比較：二者一種是普及型的低端產品，價格較低；一種是世界上公認的最高檔次的醫學影像診斷設備，價格昂貴、投資巨大，很難普及和推廣。,.,19,一、核醫學成像概述,（4）PET和其他檢查的區別： 1)單純X線CT成像的基礎：根據人體組織對外源X線的吸收 程度不同來判斷人體組織器官的結構改變情況； 2)磁共振

12、檢查:將人體置入外加磁場內，然后探測人體內 組織成分的磁信號變化情況； 3)醫學超聲成像：依靠超聲在人體內傳播，遇到不同的組織和器官時，因其聲特性阻抗不同而產生聲強有差異的回波（超聲在人體組織上的反射波）來建立影像; 4)PET檢查：探測人體內物質（或藥物）代謝功能的動態變化。 包括精確的定位和定性等，是其他檢查不能比擬的。 四者的成像原理有本質的區別。,.,20,二、核診斷用放射性同位素,(1)同位素：原子核中質子數相同而中子數不同的化學元素。 放射性同位素與非放射性同位素在化學性質上是相同的，不同的是前者可以衰變，同時放出射線，放射性同位素又稱為放射性核素（Radionuclide）。 (

13、2)衰變：放射性同位素自發地放射出 射線后，本身轉化為另一種核素，這種現象稱為“衰變”。 (3)放射射線：放射性核素放出的射線有三種： ，在核醫學中主要用射線（光子）和 正電子射線來進行診斷，為什么？ 注： 射線穿透力不強，對人體輻射危害較大，而、 射線穿透力強，對人體輻射危害較小。,.,21,二、核診斷用放射性同位素,(4)放射射線的性質： 1.能使氣體電離； 2.能激發熒光物質； 3.能使照相底片感光；4.具有穿透性，射線足夠強時，還會破壞生物組織的細胞。 (5)射線能量要求：為了保證成像的質量而對患者的輻射劑量維持在容許的水平上，對射線的能量有一定的要求。 一般認為，發射能量在25-51

14、1kev范圍內的X射線或射線的放射性核素，對成像目的有用，而且要求放射性核素的純度必須足夠高。,.,22,二、核診斷用放射性同位素,(6)核醫學中用的放射性核素：一般是人工制造的，利用原子反應堆或離子加速器產生的高能一碰撞粒子轟擊某些原子核來產生，然后用化學的方法進行分離。 (7)放射性核素的化學載體：放射性核素必須要有適當的化學載體，即制成放射性藥物。 (8)放射性藥物的要求：放射性藥物要能對靶器官有定位特性和衰減（清除）率特性，即能被靶器官特定吸收而又能及時排出，要求無菌、無毒性（通過注射或口服）。,.,23,二、核診斷用放射性同位素,常用放射性核素: SPECT最常用的放射性核素為99T

15、cm 其次為 131I PET 最常用的放射性核素為 18F 其次為 11C、 13N 、15O,.,24,三、核物理學中的一些概念,(1)核物理中的基本粒子：在核物理中以基本粒子為單位參加核反應，基本粒子有：質子、中子、 粒子、 粒子、 粒子等。 (2)蛻變：原子核的質量或電荷的變化稱為蛻變。 (3)自動核衰變：特殊核蛻變稱為自動核衰變。 (4)放射性核素：核能夠自動（發）衰變者稱為放射 性核素。 (5)半衰期：放射性核素由于衰變而使原有的質量 （或電荷）剩下一半所需的時間。,.,25,四、核診斷學的檢測手段,(1)核診斷的計數與定位：核診斷需要對發射粒子進行計數和定位。由于核蛻變不能直接觀

16、察到，必須通過探頭測量其產生的效果。 (2)發射粒子的探測：利用發射粒子的吸收效果，有兩種方法進行探測： （一）由電離而產生的電導性測量； （二）物質中產生的閃爍光的測量。 (3)探測器的分類： 一是電離探測器； 二是閃爍探測器。,.,26,四、核診斷學的檢測手段,(4)電離探測器：利用發射粒子的電離效應，離子在電場的作用下將產生電流的特性。在隨機碰撞所產生的重新組合發生之前，離子在電場中所通過路徑越長，檢測的靈敏度越高，氣體材料是適用于電離探測器。由于氣體材料組成的探頭物質的密度很低，對粒子的檢測效率很低，因此氣體電離探測器在核診斷中的作用是次要的，主要用于X射線的探測。 另外：半導體材料組

17、成的探測器也屬于離子探測器，發射粒子在半導體中并不形成離子，而只形成電子空穴對，優點是靈敏度高，電離能量只需氣體材料的十分之一。,.,27,四、核診斷學的檢測手段,(5)閃爍探測器：輻射能量被吸收將引起電子層的重新排列，使能量轉換成紫外線或可見光，這種現象稱為閃爍，閃爍探測器常使用碘化鈉晶體材料，并用光電倍增管來實現光能到電信號的轉換。每一個發射粒子引起的閃爍效應將產生一個電脈沖信號，對這個電脈沖進行計數，就可得到蛻變速率。 放射性的檢測主要是蛻變速率的檢測。 (6)脈沖高度分析器：為了能與蛻變速率成正比，去掉隨機產生的噪聲，必須對脈沖幅度（與發射粒子的能量有關）進行選擇，選擇那些由全部吸收均

18、在探頭中發生的發射粒子引起的脈沖，這在電路上稱為“脈沖高度分析器”。,.,28,四、核診斷學的檢測手段,(7)脈沖高度分析器的原理：如果沒有康普頓效應而只有光電效應，則發射粒子的放射性物質的密度譜只在一定能量處有一峰值。因此，用加“窗口”技術來進行脈沖選擇，選擇具有一定幅值的脈沖通過而其它幅值的脈沖被濾掉，可以保證計數率的準確性。,.,29,五、核診斷儀器的組成,核診斷儀器的組成：探測器、線性放大器、脈沖高度分析器（鑒別器）、脈沖計數器、顯示打印部分，以及探測器裝置、病人床的機械運動機構、復雜的計算機控制與圖像處理系統。,.,30,五、核診斷儀器的組成,(1)探測器：由準直器、NaI（T1）晶

19、體、光電倍增管及前置放大器等組成，其作用是將射線的能量轉換成電壓脈沖信號，其幅度與射線的能量成正比。 (2)線性放大器：將探測器來的電信號進一步放大及處理。 (3)脈沖高度分析器：利用加窗技術，選擇具有一定幅值的脈沖通過而其它幅值的脈沖抑制下去。,.,31,五、核診斷儀器的組成,(4)脈沖記數器：對脈沖高度分析器出來的脈沖進行測量，有兩種測量方法：一種計數法，稱為計數器； 另一種是對脈沖序列進行平均，稱為速率計。 不同類型的核診斷儀器，對 射線光子的能量范圍也有一定要求，一般認為，25511KeV范圍內的X射線或 射線的放射性核素，對成像目的有用。對于Anger單晶閃爍照相機， 光子的能量范圍

20、為75-300KeV成像最有效；正電子發射斷層成像則利用正電子湮滅過程中解釋放出的511KeV的光子。,.,32,六、核診斷儀器分類及應用特點,1.照相機 (1)照相機是核醫學影像設備中最基本、最重要的一種，照相機，又稱閃爍照相機是一種能對臟器中的放射性核素分布進行一次成像和連續動態觀察的儀器。 (2)該儀器主要由四部分組成，即閃爍探頭、電子線路、顯示記錄裝置以及附加設備。 (3)照相機可同時記錄臟器內各個部份的射線，快速形成一幀器官靜態平面圖像，亦可用于獲取反映臟器內放射性分布變化的連續照片，經數據處理后，可觀察臟器的動態功能及其變化，因此照相機既是顯像儀又是功能儀。,.,33,2.發射式計

21、算機斷層（ECT）是利用儀器探測人體內同位素動 態分布成像，并通過計算機進行數據處理和斷層重建，來獲得 臟器或組織的橫斷面、矢狀面以及冠狀面的三維圖像。 可以做功能、代謝方面的影像觀察，是由電子計算機斷層 （CT）與核醫學示蹤原理相結合的高科技技術。 ECT分為兩大類： 一類：以發射單光子的核素為示蹤劑的，即單光子發射計算 機斷層顯像儀（SPECT）； 另一類：是以發射正電子的核素為示蹤劑的，即正電子發射 計算機斷層顯像儀（PET）。,六、核診斷儀器分類及應用特點,.,34,3.SPECT: SPECT是一個探頭可以圍繞病人某一臟器進行360旋轉的相機，在旋轉時每隔一定角度（通常是6）采集一幀

22、圖片，然后經計算機自動處理，將圖像疊加，并重建為該臟器的橫斷面、冠狀面、矢狀面或任何需要的不同方位的斷層、切面圖像。 近年來為提高診斷靈敏度、分辨率和正確性，縮短采集時間，雙探頭、三探頭的SPECT也相繼應用于臨床中。 SPECT同時也具有一般相機的功能，可以進行臟器的平面和動態（功能）顯像。,六、核診斷儀器分類及應用特點,.,35,4.PET：PET是目前在分子水平上進行人體功能顯像的最先進的醫學影像技術，它的空間分辨率明顯優于SPECT。 PET的基本原理是利用加速器生產超短半衰期同位素，如氟-18、氮-13、氧-15、碳-17等作為示蹤劑注入人體，參與體內的生理生化代謝過程。這些超短半衰

23、期同位素是組成人體的主要元素，利用它們發射的正電子與體內的負電子結合釋放出一對伽瑪光子，被探頭的晶體所探測，得到高分辨率、高清晰度的活體斷層圖像，顯示人腦、心臟、全身其它器官以及腫瘤組織的生理和病理的功能及代謝情況。 PET在臨床醫學的應用主要集中于神經系統、心血管系統、腫瘤三大領域。,六、核診斷儀器分類及應用特點,.,36,七、具體核診斷儀器,整個系統由準直器、閃爍晶體、光電倍增管陣列、位置計算電路、脈沖高度分析器與相應的顯示裝置構成。,第一類：照相機 (1)系統構成,.,37,相機的探頭結構,.,38,.,39,A.準直器-最重要部件之一 準直器的作用：實現空間定位，是讓一定視野范圍內的一

24、定角度方向上的射線通過準直器小孔進入閃爍晶體，而視野外的與準直器孔角不符的射線則被準直器所屏蔽，起到空間定位選擇器的作用。閃爍晶體與準直器具有相同的直徑，并緊貼安裝在準直器的背后。 在照相機中使用的準直器是一塊開了許多小孔的有一定厚度的鉛板，根據小孔的不同形式可將其分為平行孔型、張角型、聚焦型與針孔型等幾種類型。,第一類：照相機,.,40,(一)平行孔型準直器,平行孔型準直器中所開的孔是相互平行的。 使用平行孔型準直器時，照相機的視野與準直器的直徑相當。晶體上的圖像大小與人體放射源的實際大小相同。人體與探測器的距離發生變化時，所得的圖像大小并不會發生變化。 注：靈敏度不會因為探查物距離的遠近而

25、發生明顯變化。,.,41,張角（發散）型準直器，小孔面向探查對象呈扇形。 張角型準直器可以擴大視野，得到比晶體尺寸更大的放 射源圖像。被探查對象離準直器越遠，或者準直器的發散 角越大，則系統的視野就越大。由于人體是一個三維空間 結構，不同的放射源離準直器有不同的距離，各部位的放 大倍數不同將造成圖像的失真。 另外：系統靈敏度也會隨著放射源與照相機之間的距離增 大而降低。,(二)張角（發散）型準直器,.,42,（三）聚焦型準直器,把張角型準直器反轉過來就是一個聚焦型準直器，如下圖 所示： 放大像 使用聚焦型準直器將得到放大的圖像，放大的程度與照 相機和人體的距離有關，由于聚焦型準直器具有圖像放大

26、 與靈敏度高的優點，因此常被用來做小器官的成像。,.,43,(四)針孔型準直器,針孔型準直器只開有一個小孔，可以保證體內不同位置來的 輻射光子被限定到達晶體的一個固定的對應點上，而不至于 發生圖像的模糊。如圖所示： 輻射源 針孔型準直器的視野取決于輻射源與準直器之間的距離，它的靈敏度要比一般的多孔準直器低，源與準直器的距離越大則靈敏度越低，加大小孔的尺寸可以提高系統的靈敏度，但卻會導致圖像模糊。,.,44,B.閃爍晶體,閃爍晶體也是照相機探測器中的關鍵部件。 作用： 是將射線轉化為熒光光子。射線射入閃 爍晶體后，使晶體原子、分子電離和激發，受激 發的原子或分子在退激時（退激回到基態） 發出大量

27、熒光光子，這些熒光光子進入光電倍增 管產生光電子。 理想的閃爍晶體應滿足以下要求：,.,45,(一)對入射的射線光子有較高的俘獲效率 閃爍晶體選用高密度、高原子序數的材料，盡可能多地俘 獲入射光子，以便產生足夠多的可見光光子。一般閃爍晶 體常用鉈激活碘化鈉NaI(TL)、鍺酸鉍和氟化銫(CsF)等。在 NaI(TL)晶體中，鉈(TL)是活性元素，具有較高的光轉換效率. 閃爍晶體面積可達520mm400mm，閃爍晶體的厚度為6.3mm、 9mm和12.7mm等,常用6.3mm厚閃爍晶體。 (二) 發光效率高，發光的持續時間較短 相機要求逐次記錄發生閃爍的事件，必須在時間上提高鑒別 兩次不同閃爍的

28、分辨能力。 (三)材料發光效率高，良好的光學性能，對熒光的光損失小。,.,46,C.光導,作用：把閃爍體中的熒光有效地傳遞 給PMT光陰級； 光導常用材料：石英玻璃、 聚苯乙烯、玻璃纖維光導。,.,47,D.閃爍檢測器,.,48,D.閃爍檢測器,工作原理：當高能的光子與閃爍晶體相互作用時，會發出熒光。在閃爍晶體和光電倍增管之間加有光導耦合，可提高光的傳導效率。當入射的 光子進入閃爍體時激發閃爍體發射熒光，熒光透過光導入射到光電倍增管的陰極上，經光電倍增管轉換為電子并進行倍增放大，在陽極上產生一個電脈沖，經前置放大器放大后輸出，電脈沖的幅度與入射光子的能量成正比，單位時間輸出的電脈沖與單位時間入

29、射的光子數(即射線的強度)成正比，所以閃爍檢測器可以檢測射線的強度和能量。,.,49,E.光電倍增管（PMT）,功能：是一種光電轉換器件，將閃爍晶體產生的微 弱熒光信號轉換成放大的電信號。一般在相機中 采用多個光電倍增管排成陣列，以便覆蓋整個閃爍 晶體。,(1000-2000V),.,50,F. PMT工作原理,1、PMT的A-K極間加有高壓（1000-2000V)，A為+，K為-， 且各分壓電阻加有電壓（且逐級提高一倍） 2、當熒光光子入射到光陰極K上，使光陰極受光照激發， 發射出電子； 3、電子經光學聚焦及高壓加速后入射到第一倍增D1上， 倍增極發射出比入射電子數目更多的二次電子。 4、入

30、射電子經N級倍增后，光電子數就放大了N倍。 5、經過倍增后的二次電子被陽極 A 收集，形成陽極電流 在負載 上產生信號電壓 。,.,51,.,52,預放大器:對光電倍增管輸出的微弱信號作初步放大，再通過線路送到線性放大器繼續放大。 為減少外界干擾，預放大器緊靠光電倍增管的上方。 線性放大器:進一步放大信號后，輸送到 X+,X-,Y+,Y-位置信號。,G.預放大器與線性放大器,.,53,M.位置信號和Z信號,功能：是將光電倍增管輸出的電脈沖信號轉換為確 定晶體閃爍點的X、Y位置信號和確定入射射線的 能量信號。,.,54,(2)相機成像過程,人體輻射的射線光子準直器與閃爍晶體相互作用產生可見光形成

31、可見光圖像通過光電倍增管陣列將光學圖像轉換成電脈沖圖像輸出電脈沖信號經過電阻矩陣電路形成幅度與入射光子能量相對應的電信號, 同時還可以得到與發生閃爍的位置相關的信號位置信號經“位置計算電路”處理準確給出閃爍點的坐標能量信號與位置坐標信號組合形成核醫學圖像。,準直器,Na(T1)閃爍晶體,光電倍增管,前置放大器,定準電路,圖像處理電路,顯示器,照相機,.,55,(3)相機數據后處理功能及圖像分析功能,相機裝有小型計算機或高檔微機，有豐富的數字圖像后處理功能: 1.二維數字低通濾波，常用濾波器或平滑濾波器或維納濾波器。 2.多幅顯示、有單幅、雙幅、4幅、16幅、64幅顯示形式。 3.各種尺度的偽彩

32、色增強功能。 4.統計圖像顯示。 5.窗口顯示、感興趣區顯示及黑白反轉顯示。 圖像分析功能主要用于對心臟及腎等器官的功能分析，主要有： 1.心室壁的運動分析 2.心臟血指數分析 3.心臟輸出量分析 4.心臟分流分析 5.心臟時相分析 6.心臟的發射CT圖像重建 7.腎功能分析 8.大腦血流分析 9.肺功能分析,.,56,照相機,.,57,當受檢者注射放射性同位素標記藥物后，放射性核素有選擇地濃聚在被檢臟器內，該臟器就成了一個立體射線源，該射線源放射出的射線經過準直器射在NaI(TL)晶體上，產生閃爍光點。閃爍光點發出的微弱熒光被光導耦合至光電倍增管（PMT），PMT輸出電脈沖信號。這些電脈沖信

33、號經后面的電子線路處理形成能量和位置兩個通道的信號，位置信號確定顯示光點的位置，能量信號確定該光點的亮度。經過一定時間的積累，便形成一幅閃爍圖像，并可用照相機拍攝下來，就完成了一次檢查。 相機把人體臟器內的放射性核素的三維分布變成一張二維分布的圖像。,重點總結：相機成像原理,.,58,第二類：發射性計算機斷層成像,照相機所構成的圖像是放射性藥物在人體組織中分布情況的二維投影結果。用相機不能獲得準確的斷面圖像，即不能獲得放射性藥物在某截面上的分布。 發射型計算機斷層投影技術（emission computed tomography 簡稱：ECT）克服了上述困難，所得的圖像是放射性藥物在人體內某一

34、斷面上的分布圖。 發射性計算機斷層攝影有兩種：單光子發射計算機斷層成像（single photon emission computed tomography，簡稱SPECT）與正電子發射計算機斷層成像（position emission tomography）.由于兩者都是對從病人體內放射出的射性成像，因此統稱為發射性CT。,.,59,（1）單光子發射斷層攝影（SPECT）,A、 原理： SPECT是通過示蹤技術，將具 有選擇性聚集在特定臟器或病變 部位的放射性核素（如TC-99m 、 TI-201）引入體內（靜注或口服） 從而使該臟器成為射線源，根 據示蹤劑在體內器官發射到體表 的射線密度，

35、由探測器檢測并 通過計算機重建處理生成斷層影 像。,.,60,（1）單光子發射斷層攝影（SPECT）,SPECT成像過程: 類似于X-CT成像，用一臺相機圍繞著被 探查者作旋轉運動，在不同的角度上檢測人 體放射出的射線光子并計數，相機旋轉一 個角度可得到一組數據，旋轉一周可得到若 干組數據，相機在各個不同的角度上投影數 據后，就可沿用在X-CT中使用的圖像重建方 法，得到人體某一斷面上放射性射線密度 的分布圖像。,.,61,B、SPECT的基本結構,SPECT一般由六部分組成：探頭（旋轉型相機）、機架、斷層床、控制臺、計算機和光學照相系統。 目前SPECT均由旋轉的相機做為其探頭制成SPECT

36、，因此可同時兼有平面顯像、體層顯像和全身顯像的功能，是當今SPECT的主流。目前有單探頭、雙探頭、三探頭旋轉型SPECT,GE公司生產的SPECT設備及結構,.,62,單探頭SPECT,.,63,雙探頭SPECT,.,64,三探頭SPECT,.,65,C、SPECT主要技術指標,SPECT成像系統的主要技術指標，包括系統靈敏度、空間分 辨率、圖像對比度、能量分辨率、系統的線性、均勻性、旋轉 中心、噪聲等。 1)空間分辨率 空間分辨率是描述成像系統分辨相鄰點間能力的物理量， 即能分辨兩個相鄰點的最小距離，主要由準直器的特性決定。 2)系統的均勻性 是指射線均勻照射探頭時，在其所產生的平面影像上計

37、 數光點的均勻分布情況,由探頭的非均勻性引起。,.,66,C、SPECT主要技術指標,3）旋轉中心 SPECT的旋轉中心(COR)是一個虛設的機械點，它位于旋轉軸上，與地面平行，探頭的運動繞旋轉中心旋轉。(數據獲取的基準),.,67,C、SPECT主要技術指標,4）空間非線性：是指進人探頭的射線所產生的空間位置的失真。相機的空間非線性主要由探測器和電子線路造成，引起圖像的枕形失真或桶形失真。 5）系統靈敏度：是指相機在單位時間內對源所 檢測的能力（計數多少）。90%以上的射線被準直器阻擋，對射線的利用率低，因此SPECT的靈敏度較低，空間分辨率要比X-CT差。,.,68,C、SPECT主要技術

38、指標,6）死時間：NaI(T1)探測器在高計數率下會發生計數丟失。因兩個緊跟的脈沖會堆積在一起，其疊合脈沖幅度可能會超出“能窗”范圍而被禁止掉；兩個低能量的康普頓散射脈沖疊合幅度可能正好在“能窗”范圍內而被接受而形成假事件。除堆積外，電子學系統處理每個事件都需要時間，此時出現的下一個事件被忽略掉，這個時間稱死時間。,.,69,D、SPECT優點,1）在沒有增加設備成本的情況下，獲得了真正的人體斷面像； 2）可以作多層面的三維成像，對腫瘤及其他的一些疾病的診斷 很有用。 3）可減少統計噪聲。圖像中的背景噪聲稱為統計噪聲，為了減 小圖像中的統計噪聲，可對所記錄的圖像作平滑濾波等處理。 4）SPEC

39、T設備簡單，價格便宜。 5）圖像重建算法與X-CT類似，有線性疊加反投影法、迭代法、 濾波反投影法等，濾波反投影法是SPECT最普遍采用的算法。 影響SPECT系統性能的重要因素：射線在傳播過程中的衰減， 系統很難確定體內輻射源強度的絕對值大小。因輻射源處在人 體內部，所成的像希望是體內輻射源未經衰減的強度分布。,.,70,E、SPECT缺點,1）SPECT中如果在重建算法中忽略人體對射線產生衰減的因素，就會使所得的圖像失去定量的意義或產生偽像。因此，在圖像重建之前必須設法消除由于射線在到達檢測器之前的衰減所引起的誤差，難度大且準確性不高。 2）SPECT空間分辨力比較低，原因是照相機在完成旋

40、轉掃描的過程中很難保證始終緊貼被探查的病人。 3）SPECT靈敏度比較低，為保證準確獲得沿某一投影線上來的射線光子，必須采用準直器，而使用準直器的結果使大部分光子被擋住不能進入檢測器，只有少量的光子被檢測到，勢必造成較低的靈敏度。,.,71,F、SPECT的臨床應用,SPECT能顯示臟器或病變的血流、功能和代謝的改 變，有利于疾病的早期診斷及特異性診斷，在臨床 當中的應用十分廣泛。 SPECT診斷的應用范圍： （1）骨骼顯像 （2）心臟灌注斷層顯像 （3）甲狀腺顯像 （4）局部腦血流斷層顯像 （5）腎動態顯像及腎圖檢查 （6）其它的主要臨床應用,.,72,F、SPECT的臨床應用,SPECT圖

41、象顯示的形式: 1、平面顯示與斷層顯示 2、靜態顯示與動態顯示 3、局部顯示與全身顯示 4、電影顯示 5、三維立體顯示,.,73,靜態顯示,.,74,動態顯示,.,75,斷層顯示,.,76,全身顯示,.,77,G、SPECT與相機的比較,單光子發射計算機斷層是核素顯象技術中繼相機問世后的又一次突破，它屬于斷層成像的設備。 目前醫院中用得最多的SPECT為旋轉相機型的，這種SPECT是相機探頭加上旋轉機構和圖像重建軟件，它包含了相機的功能，增加了斷層圖像獲取和圖像重建功能，而價格只比一般相機貴20一30。,.,78,H、SPECT與CT比較,（1）CT是透射式成像設備，射線源在人體外部；SPEC

42、T 是發射式成像設備，射線源在人體內部。 （2）CT的空間分辨率較高，可達到小于0.5mm，所以圖 像清晰；SPECT的圖像分辨率只有4mm左右，圖像 清晰度不如CT。 (3）CT的射線源是X射線；SPECT的射線源是射線。 （4）CT測得的圖像反映的是臟器形態(解剖圖像)；而 SPECT測得的圖像可反映臟器的結構和功能。 （5）在圖像重建方面，SPECT和CT一般都采用濾波反投 影的重建方法。 （6）SPECT的價格一般比CT便宜，約為CT的1/3，為核 磁共振（MRI）的1/5。,.,79,A、 概述： SPECT探測器接收來自體內的示蹤核素發出的射線，而PET探測器接收體內正負電子湮滅輻

43、射所產生的一對511keV 光子，在物理上兩者無明顯區別，但方法上有很大不同，即成像的機制、對比度形成原理、采集數據方法、解釋和分析數據的模型都不同，這些都是由系統硬件和軟件來實現的。,(2)正電子發射計算機斷層(PET),.,80,(2)正電子發射型計算機斷層成像(PET),B、 PET成像基本原理 有一類放射性同位素（如：11C、13N、15O等）在衰變過程中 釋放正電子+ 。當人體內含有發射正電子的核素時，正電子 + 在人體中很短的路程內（小于1mm）即可和周圍的負電子 -發生湮滅而產生一對光子，這兩個光子的運動方向相 反，能量均為511 keV ，因此，用兩個位置相對的探測器分 別探測

44、這兩個光子，并進行符合測量即可對人體臟器成像。 臨床應用中這類同位素11C、13N、15O是由回旋加速器產生的。,.,81,(2)正電子發射型計算機斷層成像(PET),C、正電子湮滅輻射：放射性同位素在衰變過程中發射出正電子+。正電子+很快就與周圍的負電子-相結合發生質量湮滅，并轉化為兩能量為511keV且傳播方向幾乎完全相反的射線光子（180度）。,.,82,D、符合探測：利用兩個射線光子相反方向（1800）傳播的特征，在探查對象的周圍安放一圈檢測器。各個檢測器的輸出被接到一個符合檢測電路中，如果符合檢測電路在很短時間間隔內，同時獲得兩個檢測器輸出的信號，則認為在這兩個檢測器空間的連線上有釋

45、放核素存在。 符合檢測起到了電子準直的作用，與SPECT相比，不必使用鉛準直器，因而提高了系統的靈敏度。符合檢測器的輸出將送到計算機中作進一步的處理以獲得在體內分布濃度的斷面像。,(2)正電子發射型計算機斷層成像(PET),.,83,(2)正電子發射型計算機斷層成像(PET),D、符合探測電路,.,84,(2)正電子發射型計算機斷層成像(PET),E、PET湮滅及符合檢測原理：（重點）,發射正電子的核素,.,85,F、PET的基本結構,PET主要由機架、探測器、電子裝置和計算機影像處理系統組成。,PET結構示意圖,.,86,F、PET的基本結構,.,87,1）機 架,PET由數百個探測器組成環

46、形，環的直徑約為100cm。一個PET 系統至少有一個探測器環，可獲得一個斷層的數據，有的PET 系統有幾十個探測器環，可以一次獲得整個容積的數據。每個 探測器都有NaI(T1)閃爍晶體和光電倍增管，光電倍增管的輸 出信號送放大器放大。 PET的準直器采用電子準直器。 電子準直：利用湮滅輻射產生在一條直線上、方向相反的兩個 光子，用兩個相對探頭來確定閃爍點位置的方法。 透射源：是一個正電子發射核素固體源，用于PET的校正。 傾斜驅動器：用于控制探測器環的角度，達到理想的檢測位置。,.,88,PET的掃描裝置是與圖像重建直接相關的部分，是耗資最大、決定機器性能的核心部件。 掃描裝置由檢測器陣列以

47、各種不同的形式排列組成，從它的排列方式上可分為單環、雙環、多環。檢測器排列在360度圓周上形成環狀結構，PET的分代、及性能等多種因素取決于環的多少。 第一代PET為單環，第二代PET為雙環和多環，第三代PET 為多環模塊結構，第四代PET為多環模塊三維結構。 多環掃描器可以同時獲得多個斷面的數據，從而可以得 到示蹤物的三維分布。,2）掃描裝置,.,89,2）掃描裝置,掃描器裝置的基本單元器件是檢測器。檢測器是由閃爍晶體、光電倍增管、前端電路及射線屏蔽裝置組成，它是PET中湮滅光子符合檢測的基本單元。 檢測器在結構形式上分為：分離檢測元件檢測器和塊狀結構檢測器。 現在用塊狀結構檢測器。其結構是

48、采用在大晶體鍺酸鉍(BGO)上刻成許多槽，把晶體分成48或88小矩陣，后面連接4個光電倍增管。這種結構不但節省了光電倍增管，改善了光的收集效率，其靈敏度、空間分辨率和響應時間都令人滿意。,.,90,3）計算機圖像系統,PET的計算機圖像系統的硬件設備與SPECT的類似，檢測程序為PET專門設計。有靜態、動態和門電路三種數據采集方式 檢測過程：先對透視掃描，然后給藥、采集、圖像重建、拍照、發報告。 PET既可得到動態圖像，又可得到靜態解剖圖像，還可得到代謝功能性圖像。 PET的圖像重建方法也與SPECT類似，采用濾波反投影方法,用二維或三維方式顯示。,.,91,4）PET組成,1.操作臺 主要是

49、鍵盤操作，選擇探測條件及圖像重建、圖 像照相存檔及數據處理。 2.檢查床 能上、下、內、外準確移動 3.示蹤劑的加速器或發生器，藥物合成裝置. 示蹤劑（即放射性藥物）是正電子發射體，一般 原子序數低，是人體內固有元素的同位素，可取 代正常生物物質中的相應原子參與體內代謝。常 用的示蹤劑有18F、11C、13N、15O等。,.,92,G、PET的技術優勢,1、PET在理論上可以顯示機體進行的生理、生化過程。 2、由于采用了貧中子核素（碳、氮、氧、氟），其半衰期極短，以分鐘計，有“超短半衰期核素”之稱，故對人體的放射性劑量很小，在臨床檢查上可以進行多次給藥、重復成像檢查。 3、PET具有自準直符合

50、電路計數方法，省去了準直器，使探測效率即靈敏度大為提高。放射性劑量大為減少，信號的信噪比高，相對SPECT圖像質量更高，患者的安全性更高。 4、由于電子對湮滅的距離為1mm左右，所以PET圖像空間分辨距離較SPECT提高近十倍，可有效檢出13mm的病灶。 5、PET便于做定量分析。 6、PET多環檢測技術可以獲得大量成像數據，從而可以進行三維圖像重建。,.,93,H、 PET的性能特點,PET顯像的特點： 1.靈敏度高、分辨率強； 2.示蹤劑具有生物活性； 3.放射性損傷較小； 4.系統復雜，費用昂貴。,.,94,I、PET與CT、MRI的比較,PET主要測量體內化學變化及新陳代謝 CT或MR

51、I主要用來觀察人體組織與結構 在區分癌癥與良性組織以及區分惡性或非惡性組 織時，PET比CT或MRI有效。 PET經常和CT及MRI透過“影像融合”的方式更清楚 的看到在三維空間里正確的癌組織位置。,.,95,J、PET的圖像重建,PET的圖像重建一般采用兩種算法，一種是濾波反投影法；另一種是迭代重建法。 (1)濾波反投影法：該方法首先將探頭采集到的二維投影數據經過預濾波（抑制低頻又要抑制高頻噪聲），然后把二維投影數據反投影到預先設定的三維矩陣中，反投影就是將所有經過點(x，y)(該點為物體中任意一點)的投影數據累加起來運算，也就是將各投影值均勻(或加權)分配給投影線經過的每一個像素的運算，即

52、為重建后的圖像。 但重建后的圖像分辨率較差，圖像存在固有星狀偽影。特別是小尺寸源的成像效果差，且難以在重建中引入各種校正和約束，造成重建圖像模糊。,.,96,J、PET的圖像重建,(2)迭代重建法:該方法是從一個假設的初始圖像出發，采用迭代的方法，將理論投影值同實測投影值進行比較，在某種最優化準則指導下尋求最優解。 該方法最大優點是可以根據具體成像條件引入與空間幾何有關的或與測量值大小有關的約束和條件因子。 如對空間不均勻的校正、散射衰減校正、平滑性約束等控制迭代的操作。 目前用得最多的是預分組最大期望值圖像重建法。,.,97,要求掌握迭代算法,關鍵點： 新的像素估計值=原舊值 （實際投影值/估算投影值） 按四個方向計算：水平（00）、450 、900、1350。 估算投影值為上述四個方向計算：像素值相加。 確定迭代終止條件（最優化準則）。,.,98,J、PET圖像重建-迭代算法,26.6,.,99,K、 臨床應用,1. PET臨床應用 （1）癌癥 （2）神經疾病 （3）心血管疾病 2. PET-CT的臨床應用 （1）在腫瘤學方面:主要用于腫瘤定性、分期