1、上海醫療器械高等?？茖W校核醫學大型影像設備發展趨勢名:朱佳衛部:醫療器械工程系業:康復工程技術級:康復工程技術指導教師:付文斌完成日期 2015年6月15日核醫學大型影像設備發展趨勢隨著各種“組學”、“工程學”和“循證醫學”的發展，臨床醫學從原始的“經驗化治療”、“同類疾病統一治療”發展成為“個體化治療”的分子病因診斷和分子靶向治療的新時代1。個體化治療的前提是在體準確識別病因靶2。因此，多種影像技術（設備）融 合的分子影像技術，已經成為并將在未來20-30年內繼續成為醫學影像學發展的主要方向。本文根據中華醫學會核醫學分會2010年普查 結果，參考近期文獻和與國外專家直接交流獲得的信息， 重點

2、介紹和 的技術進展。關鍵詞：核醫學,第一章融合影像技術發展的基本條件錯誤！未指定書簽。第二章設備的發展錯誤！未指定書簽。第三章融合技術錯誤！未指定書簽。3.1與的比較錯誤！未指定書簽。3.2的臨床價值錯誤！未指定書簽。3.3的技術難點與要求錯誤！未指定書簽。五、關于融合設備未來的預測錯誤！未指定書簽。參考文獻錯誤！未指定書簽。第一章融合影像技術發展的基本條件1.以為代表的融合影像依賴于現代科學技術的支持。材料、制造、 電子、計算機與信息技術不斷為技術發展注入活力；生物技術、藥學、 醫學的進步，使的科學和臨床價值得到充分體現。2. 分子影像顯示體內疾病靶分子的能力，源于所選用的分子探 針。各種“

3、組學”、“工程學”發現的病因靶，經過處理、篩選，與 信號源連接形成分子探針，能夠在體內與病因靶動態結合，同時能釋 放信號用于測定和成像。多種物質可作為信號源（如納米粒子、微泡、 發光物質與磁物質等），但以放射性核素，特別是正電子類核素標記 技術最成熟。其發展快、應用廣、效果肯定，是保持技術領先地位的 重要條件。分子探針是融合影像技術今后的主要發展重點之一。3的價格較高，必須嚴格適應證，充分考慮價格益比。大量數 據證明，通過對腫瘤的早期診斷、準確分期和及時監測療效，可以降 低醫療成本，為國家和社會節省衛生資源。多項大樣本（數萬例）研 究證實，對各種腫瘤的臨床決策影響率均超過30% 。目前國內服務

4、價 格偏高，無醫療保險覆蓋，阻礙推廣。組織多中心臨床研究，獲得循 證醫學證據，適當降低收費，爭取醫療保險支持，對中國事業發展十 分重要。4.知識結構和人員素質是保證融合影像診斷準確性的基本條件。和的融合產生了影像判斷的革命性轉變。 根據圖像模式的轉變，拓寬 相關影像專業知識，重視使用、操作、判斷的規范，特別是對所有相 關技術人員的不斷培訓和繼續教育， 通過臨床路徑，結合醫療保險是 確保技術健康發展、正確使用的必要條件。第二章設備的發展提高采集速度，最大程度利用分子探針的信息，減少處理的復雜 性，改進同步采集能力，制造最大程度發揮技術潛能的設備，并通過 融合、多探針方式滿足臨床不同需要，是在今后

5、15-20年內的主要發 展方向。1.改善探測元器件。探測器負責捕捉正電子湮滅光子、 能量轉換 及光電轉換，并輸出電脈沖，是的“眼球”。晶體：將高能光子轉變為可探測的低能光子。 理想的晶體性能包 括：入射光子阻滯率高、初級閃爍光子量大、光衰減快、光子輸出量 高、能量合適、光衰減小等。早期的碘化鈉、錯酸鉍等，均未滿足上 述需求。光電元件：將晶體輸出的低能光子轉化成電信號。 光電倍增管的 型號增益達106-107倍。線性好，技術成熟。近年來還有位置敏感型、 多道型等上市，在3-5年內，任可以保持主力地位，但存在工作電壓 咼、體積大、速遞慢、易受磁場干擾等缺點。理論上講，光電元件與晶體塊最好是1:1配

6、置，因工藝和價格顯 示，無法達到這一配比，所有才有組塊式，式和四分式等設計。2.獲得更多測量信息。探測器輸出的幸好，經過分析、甄別、校 正、最后通過圖像重建實現成像。這一過程中電路、程序可以加以改 進，以提高整機性能。技術：是通過測定湮滅光子到達對向放置探測器的時間差別判定 湮滅事件位置的技術。根據光速（2.9*108 ）可以換算出：光子到達 時間差129.9空間差。作業深度：與晶體不垂直的高能射線可能斜穿透數個晶體后才能 被吸收，其吸收點與實際入射點位置信息偏離，成為作用深度。利用 入射光自在晶體不同深度作用產生的點擴展函數，可以確定作用深 度。多核素：生物功能的高度復雜性、動態性、在體活動

7、的系統性, 很難通過任何單一指標得到準確反映， 組合使用靶向性不同的分子探針，是目前熱門的方向。改善探測幾何效率:和圖像的計數量約差106提高探測效率是技術的關鍵環節。最有效、使用的辦法就是擴大的軸向視野?，F有設備的軸向視野已達到20，最新設備的視野可能超過25。當然，視野擴大增加了硬件費用，增加了對計算和處理能力的要求，另外，縮小探 測器直徑、改變排列方式，突出某些探測性能，應用于專用機方面取 得了較好的成績。3. 優化圖像重建與輔助診斷。迭代：通過計算機硬件軟件技術可 以最大限度利用探測器所獲得信息，包括一些影響圖像質量的因素在 眾多重建軟件中，在迭代算法中帶入信息和，可以明顯提高重建圖像

8、的質量和分辨力。理論上講重建圖像的空間分辨率有可能達到0.4水 平。與的分辨率十分接近。計算機輔助診斷：不同成像技術的融合產 生了超還涼原始數據和大量圖像，人工閱讀效率低，不易規范，難以識別深層次的信息。4. 分子探針的發展。分子探針是融合分子影像的靈魂。設計什么、 疾病、治療響應、疾病福大、預后等生物環節的關鍵分子機制，基本 上均可以通過放射性標記，生成分子探針，用于活體檢測和觀察,5. 多模式融合與新技術。的成功鼓勵了多種影像的融合，已有廠 家推出三位一體設備。第三章融合技術最有可能成為臨床上下一代醫學影像融合技術。 在保留各自技術 優勢基礎上，通過相互融合、互補。可能產生新的技術特長,3

9、.1與的比較1與比較。后者采集時間短，因為其可在數秒至數十秒內完成全 身采集，二臨床多數采集時間以分鐘計算，古前者總采集時間較長,2臨床應用普遍，技術條件要求低，需要磁屏蔽、高效冷卻，受 金屬干擾大，技術條件要求高。3在肺、體內鈣化灶等方面顯示清晰，分辨高于，在肝腎等實質 臟器、神經和骨關節顯示方面優勢明顯。4設備同軸、序貫排列，采集時間、空間有差別，易造成影像配準失誤及運動偽像；可以實現同機同時采集;對運動極靈敏，可以強化時間，空間配準和運動偽影校正。5利用完成衰減校正，方法較成熟；但X射線能量低，故金屬,高濃度造影劑造成線贏化，影響衰減校正;而用于衰減校正的方法目前還在研究完善之中。6的提

10、供解剖結構圖像，主要用于定位；而通過不同參數，序列 選擇，包括功能（）、化學（）、水分子彌散、彌散張量等多種組織特 征，可更好的結合分子探針、實時提供多參數成像，提供此前無法獲 得的體內特定生理、生化圖像。7的和基本上與單獨使用的設備一樣，無需進行大的設備改造;而的結構、線圈等元件必須大幅改造，同時，的放射性藥物用法，用 量也可能與有所不同。3.2的臨床價值目前市場上尚沒有臨床適用型設備，的臨床實用價值僅能根據設 備特點及臨床前研究進行推測，其實用價值有待真正應用后才能明 確。1在腫瘤學方面提供信息更全面，如反映腫瘤缺氧，血管新生的 圖像與反映局部血管通透性。組織值等的圖像融合，可更早期，準確

11、 的對腫瘤進行分類與指導，在腫瘤T分期方面有優勢，能更精確的提 示病變局部信息及周圍組織的關系；在N分期方面有優勢；對M分期, 在肺方面優，而在肝骨方面強。2腦結構的顯示更清晰。一些特殊成像方式 （如咖）可以與特殊放 射性藥物互補，顯示腦內神經活動、神經遞質和不同腦功能的空間與 時間關系。開啟全新的腦功能檢測模式；在神經、精神、心理與行為 疾病和退行性病變方面提高臨床診治能力皿3對血管壁、心肌梗死與神經支配方面的作用有可能超過/。特 別是非透壁心肌梗死，延遲增強圖與心肌代謝圖融合可以更好判斷存活心肌、判斷療效與預后；高場與探針結合可以監測基因或干細胞治 療的定時、定位，從而提高新治療技術的應用

12、準確性。3.3的技術難點與要求概念的提出比早。軟組織對比度好，但檢測分子的靈敏度是的 1/106 ;與的互補性優于與。但是和的融合存在難以逾越的技術困難.主要挑戰源于設備間的技術要求和兼容性洶刪。 對影響有以下幾 點。(1)磁化：收集晶體輸出的低能光子。轉換為電信號。并逐級放的強磁場町使電子飛行軌跡偏離。而使無法工作。(2)渦電流：需要梯度磁場完成對信號的定位.而快速轉換的磁 場可在導電體內產生渦電流。進而使圖像畸變、失真。(3)產熱：在強磁場和梯度場、射頻線圈作用下。組織和元件中 產生熱能，使探測器增益漂移，導致和射頻線圈信號丟失或信號錯誤?？臻g：磁場均勻性對性能影響極大。而維持大孔徑高場強

13、的 均勻性極為困難，故在孔徑內放置設備，必然受到空間限制。(5)其他：小孔徑的響應D0I和散射影響明顯增大，圖像與性能下 降。忌用金屬，會影響對視野外高能射線的屏蔽。對影響有以下幾點。(1) 磁場均勻性：任何金屬，即使是磁兼容金屬，均可能干擾磁 場均勻度，從而降低性能。因此，不僅傳統的金屬元器件、屏蔽等要 重新設計(或加以磁屏蔽)，一些含非兼容金屬的晶體(如0)也不能應 用。(2) 射頻畸變性：射頻線圈按自旋頻率激發和接受視野內磁消減 信號用于成像。任何接近頻率的信號均可產生嚴重的信號畸變； 射頻 畸變性受視野內物質導電性影響，在高場強、短射頻時更明顯，有閉 合電路時尤甚。(3) 體積和溫度：

14、對溫度的敏感性大，加上必然加大設備內部產 熱量，對系統的冷卻和內部溫控必須加強。五、關于融合設備未來的預測技術代表了實用化分子影像技術前沿，將在相當長的時間內保持 旺盛生命力；技術發展方向主要在性能的提高，包括元件、電路和軟 件；多種分子探針是技術的核心及今后可持續發展的動力；提高/信 息利用度，規范采集、分析和解讀是班W發展的關鍵；融合影像技術 多圍繞技術發展。整合了2種強大的臨床技術，是一種實時.多模態一多參數的新 型成像方式。至少在腦，有可能實現微量受體改變與腦功能分區、基 因與分子在大腦的“圖形化”，從而極大促進對腦功能的認識和開發;在腫瘤學方面，從不同角度和層次完成同一病變的新式分期

15、-分級-治 療監測.生物學特征分析，有可能深化腫瘤的認識，促進新治療方法 的發展；在心血管病、炎性反應和其他一些良性疾病方面，能提供其 他融合影像不能提供的圖像與定量分析信息，有可能促進不同醫學、 藥學領域的研究深度和力度。然而，不大可能取代的實際地位。主要原因為：(1)價格貴。據了解，分體式的預計售價在380 450萬美元，而整合型的預期售價 可能在700萬美元以上；此外，液氦制冷、機房屏蔽、新線圈等日常 消耗也遠遠高于。（2） /檢查時間長，日工作量低，病例積累較慢, 其功能驗證必然需要相當長的時間。（3）的技術要求高。不同參數選 擇、不同工作條件均可能影響圖像，因此設備操作、圖像解釋、結果 的臨床應用遠比P剛復雜得多。（4）被譽為“技術進步造成的醫學革 命”，而對醫學實踐的意義尚不明確，故有人認為其只是“技術革命 促進醫學進步。非常感謝我的導師在我整個學習過程已經畢業論文過程中，給自己的指導，從最初的定題，至y資料收集，至y寫作、修改，從內容到 格式，從標題到標點，從框架的設計、結構的布局到論文定稿。導師孜孜不倦的教誨不