核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備ppt課件

,第七章 現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)影像設(shè)備 第四節(jié) 核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備,信息與通信工程學(xué)院,姓名：,7.4 核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備,7.4.1 核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備概述 7.4.2 閃爍相機(jī) 7.4.3 單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層設(shè)備 7.4.4 正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層設(shè)備,7.4.1 核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備概述,1、核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備概念 2、核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備發(fā)展歷史 3、核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備分類 4、射線能譜,核醫(yī)學(xué)概念,（1）核醫(yī)學(xué)：即原子（核）醫(yī)學(xué)，是研究同位素及核輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用及理論基礎(chǔ)的科學(xué)。核醫(yī)學(xué)就是利用放射性核素診斷、治療疾病和進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究的學(xué)科。核醫(yī)學(xué)最重要的特點(diǎn)是能提供身體內(nèi)各組織功能性的變化，而功能性的變化常發(fā)生在疾病的早期，能夠更早地發(fā)現(xiàn)和診斷某些疾病。 核醫(yī)學(xué)顯像特點(diǎn)：具有簡(jiǎn)單、靈敏、特異、無創(chuàng)傷性、安全、易于重復(fù)、結(jié)果準(zhǔn)確等特點(diǎn)。,核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備概念,（2）核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備：X射線和超聲成像設(shè)備都是從外部向人體發(fā)射某種形式的能量，根據(jù)能量的衰減或反射情況來成像，表征組織情況；核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備則是向人體內(nèi)注射放射性示蹤劑(俗稱同位素藥物)，使帶有放射性核的示蹤原子進(jìn)入要成像的組織，然后測(cè)量放射性核在人體臟器內(nèi)的分布成像，以診斷臟器是否存在病變和確定病變所在的位置。 核醫(yī)學(xué)影像優(yōu)勢(shì)：核醫(yī)學(xué)影像檢查ECT與CT、MRI等相比，能夠更早地發(fā)現(xiàn)和診斷某些疾病。 核醫(yī)學(xué)顯像屬于功能性的顯像，即放射性核素顯像。 是五大醫(yī)學(xué)影像之一，是核醫(yī)學(xué)診斷中的重要技術(shù)手段。,2、核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備發(fā)展簡(jiǎn)史,1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾在研究鈾礦時(shí)發(fā)現(xiàn)，鈾礦能使包在黑紙內(nèi)的感光膠片感光，這是人類第一次認(rèn)識(shí)到放射現(xiàn)象，也是后來人們建立放射自顯影的基礎(chǔ)?？茖W(xué)界為了表彰他的杰出貢獻(xiàn)，將放射性物質(zhì)的射線定名為“貝克勒爾射線”。 1898年，馬麗居里與她的丈夫皮埃爾居里共同發(fā)現(xiàn)了鐳，此后又發(fā)現(xiàn)了钚和釷等許多天然放射性元素。,1923年，物理化學(xué)家Hevesy應(yīng)用天然的放射性同位素鉛-212研究植物不同部分的鉛含量，發(fā)現(xiàn)了某些元素受X光照射后會(huì)發(fā)出獨(dú)特的射線，為X-線射熒光分析法奠定了基礎(chǔ)；后來又應(yīng)用磷-32研究磷在活體的代謝途徑等，并首先提出了“示蹤技術(shù)”的概念。 1926年，美國波士頓內(nèi)科醫(yī)師布盧姆加特（Blumgart）等首先應(yīng)用放射性氡研究人體動(dòng)、靜脈血管床之間的循環(huán)時(shí)間，在人體內(nèi)第一次應(yīng)用了示蹤技術(shù)，有“臨床核醫(yī)學(xué)之父”之稱。,赫維西,1934年 Enrico Fermi發(fā)明核反應(yīng)堆，生產(chǎn)第一個(gè)碘的放射性同位素。 1936年 John Lawrence 首先用32P磷治療白血病，這是人工放射性同位素治療疾病的開始。 1937年Herz首先在兔進(jìn)行碘128I半衰期（半衰期T1/2 25分）的甲狀腺試驗(yàn)，以后被131I（8.4天）替代。,費(fèi)米Fermi,1942年Joseph Hamilton首先應(yīng)用131I測(cè)定甲狀腺功能和治療甲狀腺功能亢進(jìn)癥; 1946年7月14日，美國宣布放射性同位素可以進(jìn)行臨床應(yīng)用，開創(chuàng)了核醫(yī)學(xué)的新紀(jì)元 ; 1951年，美國加州大學(xué)的卡森（Cassen）研制出第一臺(tái)掃描機(jī)，通過逐點(diǎn)打印獲得器官的放射性分布圖像，促進(jìn)了顯像的發(fā)展。,最早的攝碘試驗(yàn),最早的掃描機(jī),1957年，安格（Hal O. Anger）研制出第一臺(tái)照相機(jī)，稱安格照相機(jī)，使得核醫(yī)學(xué)的顯像由單純的靜態(tài)步入動(dòng)態(tài)階段，并于60年代初應(yīng)用于臨床。 1959年，他又研制了雙探頭的掃描機(jī)進(jìn)行斷層掃描，并首先提出了發(fā)射式斷層的技術(shù)，從而為日后發(fā)射式計(jì)算機(jī)斷層掃描機(jī)ECT的研制奠定了基礎(chǔ)。 50年代，鉬99Mo-锝99mTc (99Mo-99mTc)發(fā)生器的出現(xiàn)。,最早的伽瑪相機(jī),鉬99Mo-锝99mTc (99Mo-99mTc)發(fā)生器,70年代單光子斷層儀的應(yīng)用和80年代后期正電子斷層儀進(jìn)入臨床應(yīng)用，使影像核醫(yī)學(xué)在臨床醫(yī)學(xué)中的地位有了顯著提高 ； 1972年，庫赫博士應(yīng)用三維顯示法和18F-脫氧葡萄糖（18F-FDG）測(cè)定了腦局部葡萄糖的利用率，打開了18F-FDG檢查的大門。他的發(fā)明成為了正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像（PET）和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像（SPECT）的基礎(chǔ)，人們稱庫赫博士為“發(fā)射斷層之父”。,單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀,正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(PET),3、核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備分類： 按照放射性示蹤劑不同，分為兩大類： （1）單光子成像設(shè)備，有相機(jī)，SPECT，這類放射性示蹤劑具有穩(wěn)定的射線放射性，如锝同位素99mTC、碘同位素131I和123I及鎵同位素67Ga，壽命長，半衰期約為幾個(gè)小時(shí)至幾天； （2）正電子成像設(shè)備，有PET，為采用正電子發(fā)射能力的示蹤劑，如碳同位素11C，氮同位素13N，氧同位素15O，氟同位素18F，壽命很短，只有幾十分鐘。,4、射線能譜 測(cè)出射線能譜可以用來鑒定和分析放射性同位素。 利用閃爍能譜儀可測(cè)出射線能譜，其探頭內(nèi)接收射線的閃爍體通常是碘化鈉（鉈激活）晶體NaI(Tl)。 射線射在NaI(Tl)晶體上可以產(chǎn)生光電子、康普頓散射電子等次級(jí)電子，這些電子都會(huì)在閃爍能譜儀中形成計(jì)數(shù)，從而獲得脈沖高度分布曲線，就可以確定射線的能譜。,由于同一能量的射線在NaI(Tl)晶體中產(chǎn)生的次級(jí)電子，其能量各不相同，因此即使對(duì)于單能射線，閃爍能譜儀測(cè)得的脈沖高度譜也很復(fù)雜，如圖所示。其能量最大的峰對(duì)應(yīng)140keV。在射線能譜中能量最大的峰稱為光電峰，是表示核素特征的峰。,7.4.2 閃爍相機(jī),1、 相機(jī)的基本組成及原理 2、 相機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 3、 相機(jī)成像原理 4、 相機(jī)的性能指標(biāo),7.4.2 閃爍相機(jī),相機(jī)是將人體內(nèi)放射性核素分布快速、一次性顯像和連續(xù)動(dòng)態(tài)觀察的設(shè)備，它不僅可以提供靜態(tài)圖像，而且可提供動(dòng)態(tài)圖像，了解血液和代謝過程，圖像中功能信息豐富，是診斷腫瘤及循環(huán)系統(tǒng)疾病的重要設(shè)備。,1、相機(jī)的基本組成及原理 相機(jī)主要由探頭、電子線路和顯示系統(tǒng)三部分組成：,重點(diǎn)：不知道不行！,1、相機(jī)的基本組成及原理 工作原理：受檢查者注射放射性同位素標(biāo)記藥物后，放射性核素濃聚在被檢臟器內(nèi)，該臟器就成了一個(gè)立體射線源，射線通過準(zhǔn)直器射在NaI(Tl)晶體上，立即產(chǎn)生閃爍光點(diǎn)，閃爍光點(diǎn)發(fā)出的微弱熒光被光導(dǎo)耦合至光電倍增管，輸出電流脈沖信號(hào)，經(jīng)過后續(xù)電子線路處理形成一定能量的脈沖在顯示屏上顯示出一個(gè)個(gè)閃爍的光點(diǎn)，經(jīng)過一定時(shí)間積累便形成一幅閃爍圖像，圖像可用照相機(jī)拍攝下來，就完成了一次檢查。,7.4.2 閃爍相機(jī)組成,（a）由19個(gè)光電倍增管構(gòu)成的 閃爍相機(jī)探頭,（a）由19個(gè)光電倍增管構(gòu)成的閃爍相機(jī)探頭,（1）探頭準(zhǔn)直器,（1）探頭準(zhǔn)直器,（1）探頭準(zhǔn)直器,（1）探頭準(zhǔn)直器,（1）探頭準(zhǔn)直器,準(zhǔn)直器,（1）探頭準(zhǔn)直器,準(zhǔn)直器,（1）探頭準(zhǔn)直器,（1）探頭閃爍晶體,（1）探頭閃爍晶體,（1）探頭光導(dǎo)、耦合劑,（1）探頭光電倍增管,（1）探頭光電倍增管,（1）探頭前置放大和定位網(wǎng)絡(luò),（2）電子線路部分,（2）電子線路部分,（2）電子線路部分,單道脈沖幅度高度分析器,（3）顯示系統(tǒng),2、相機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 定位網(wǎng)絡(luò)是確定光子入射到閃爍晶體中位置的重要電路，定位精度的高低將直接影響被監(jiān)測(cè)臟器中病變的位置，常用定位網(wǎng)絡(luò)有電阻加權(quán)、電容加權(quán)和延遲線加權(quán)三種，最常用的是電阻加權(quán)定位網(wǎng)絡(luò)。,2、相機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) （1）位置信號(hào)X，Y的數(shù)學(xué)模型,2、相機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì),2、相機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì),2、相機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì),2、相機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì),2、相機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) （2）電阻矩陣的確定,3、相機(jī)成像原理,I(X,Y,Z)S(X,Y)轉(zhuǎn)換：是將體內(nèi)放射性三維分布I(X,Y,Z)轉(zhuǎn)換成NaI（TI）晶體中閃爍點(diǎn)的二維分布S(X,Y)； S(X,Y)C(n1，n2，nm)變換：將閃爍圖中每一點(diǎn)的X,Y坐標(biāo)變換成m個(gè)光電倍增管的光電子數(shù)代碼(n1，n2，nm)，或變換成光電倍增管陽極輸出代碼（G1n1，G2n2，Gmnm），其中Gi代表光電倍增管的倍增系數(shù)，ni是代表光陰極產(chǎn)生的光電子數(shù)。一般調(diào)節(jié)光電倍增管，使得G1=G2=Gm=G； C(n1，n2，nm)D1(X-，Y-，X+，Y+)：光電倍增管輸出通過電阻加權(quán)網(wǎng)絡(luò)變換成閃爍圖中每一點(diǎn)的四個(gè)定位參數(shù)X-，Y-，X+，Y+；,3、相機(jī)成像原理,4、相機(jī)的性能指標(biāo),（1）圖像分辨率：主要受三個(gè)方面的影響 反射性核素藥物的影響，主要是射線能量的大?。芰吭礁?，相機(jī)本征分辨率越高），由于同一用核素99mTc，因此一般情況不考慮此影響； 準(zhǔn)直器分辨率Rg的影響，一般情況下為7mm-10mm； 相機(jī)本征分辨率（也叫固有分辨率）Ri的影響，一般情況下約為3.5mm； 平行孔準(zhǔn)直器的相機(jī)總的分辨率：,4、相機(jī)的性能指標(biāo),（2）靈敏度：準(zhǔn)直器是影響靈敏度的首要因素，在滿足屏蔽的條件下，準(zhǔn)直器孔多而密，則靈敏度高；其次是閃爍晶體的厚度，厚度越厚，則靈敏度越高，但是本征分辨率下降。 （3）均勻性：描述相機(jī)對(duì)入射事件響應(yīng)的一致性或把整個(gè)視野范圍內(nèi)的信息靈敏度一致性的衡量尺度稱為圖像的均勻性。 將視野分成許多面積相等的小區(qū)域，分別探測(cè)其效率。假設(shè)探測(cè)的最大計(jì)數(shù)率為Cmax，最小的計(jì)數(shù)率為Cmin，則圖像均勻度 ，一般情況下， 不校正時(shí)均勻性在10%，經(jīng)過校正后可達(dá)4%-5%；,4、相機(jī)的性能指標(biāo),（4）線性度：描述相機(jī)對(duì)入射事件（在有效視野內(nèi)）的原有分布進(jìn)行再顯的能力，反映對(duì)原有事件分布的位置畸變程度，線性度不好臟器圖像將失真。 閃爍晶體中央至閃爍光子作用的距離D，與顯示圖像屏幕相應(yīng)亮度折合到閃爍晶體中央的實(shí)測(cè)距離R之差相對(duì)于該距離的比值定義為相機(jī)線性度： （5）能量分辨率：表示相機(jī)對(duì)放射性核素中產(chǎn)生光電效應(yīng)那部分事件的鑒別能力，通常定義為能譜響應(yīng)的半寬度與峰值之比： ，一般情況下 與射線能量有關(guān)，能量越高，分辨率越好。,4、相機(jī)的性能指標(biāo),7.4.3 單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層 （SPECT）,1、 SPECT結(jié)構(gòu)與工作原理 2、 SPECT的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn) 3、 SPECT診斷的應(yīng)用范圍,7.4.3 單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層 （SPECT）,1、SPECT結(jié)構(gòu)與工作原理 SPECT結(jié)構(gòu)：SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)，是單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像 , SPECT系統(tǒng)一般由六部分組成：探頭（旋轉(zhuǎn)型照相機(jī)）、機(jī)架、斷層床、控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)（包括接口）和光學(xué)照相系統(tǒng)，在高性能 相機(jī)上增加了支架旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部分、斷層床、圖像重建軟件。,1、SPECT工作原理,2、SPECT的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn),2、SPECT的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn),3SPECT診斷的應(yīng)用范圍：,臨床上常用于下列檢查： （1）、全身骨顯像；（2）、骨三相顯像； （3）、局部骨斷層顯像；（4）、甲狀腺顯像； （5）、甲狀旁腺顯像；（6）、異位甲狀腺顯像； （7）、131I全身顯像；（8）、腎功能顯像； （9）、腎上腺髓質(zhì)顯像；（10）、腦血流灌注顯像 （11）、腦靜態(tài)顯像；（12）、腦腫瘤顯像； （13）、肺腫瘤顯像；（14）、乳腺腫瘤顯像； （15）、甲狀腺腫瘤顯像；（16）、心功能顯像； （17）、心肌血流灌注斷層顯像；（18）、肺灌注顯像；（19）、異位胃粘膜探查；（20）、消化道出血顯像等,7.4.4正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像 PET,1、 PET檢查儀的原理 2、 PET檢查的優(yōu)點(diǎn) 3、 PET診斷的應(yīng)用范圍,7.4.4正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像 PET,正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像（Positron Emission Computed Tomography），是核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域比較先進(jìn)的臨床檢查影像技術(shù)。其大致方法是，將某種物質(zhì)，一般是生物生命代謝中必須的物質(zhì)，如：葡萄糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂肪酸，標(biāo)記上短壽命的放射性核素（如F18，碳11等），注入人體后，通過對(duì)于該物質(zhì)在代謝中的聚集，來反映生命代謝活動(dòng)的情況，從而達(dá)到診斷的目的。,1、PET工作原理,2、PET的優(yōu)勢(shì),3PET診斷的應(yīng)用范圍：,（1）腫瘤病人:目前PET檢查85%是用于腫瘤的檢查，因?yàn)榻^大部分惡性腫瘤葡萄糖代謝高，F(xiàn)DG作為與葡萄糖結(jié)構(gòu)相似的化合物，靜脈注射后會(huì)在惡性腫瘤細(xì)胞內(nèi)積聚起來，所以PET能夠鑒別惡性腫瘤與良性腫瘤及正常組織，同時(shí)也可對(duì)復(fù)發(fā)的腫瘤與周圍壞死及瘢痕組織加以區(qū)分，現(xiàn)多用于肺癌、乳腺癌、大腸癌、卵巢癌、淋巴瘤，黑色素瘤等的檢查，其診斷準(zhǔn)確率在90%以上。這種檢查對(duì)于惡性腫瘤病是否發(fā)生了轉(zhuǎn)移，以及轉(zhuǎn)移的部位一目了然，這對(duì)腫瘤診斷的分期，是否需要手術(shù)和手術(shù)切除的范圍起到重要的指導(dǎo)作用。據(jù)國外資料顯示，腫瘤病人術(shù)前做PET檢查后，有近三分之一需要更改原訂手術(shù)方案。在腫瘤化療、放療的早期，PET檢查即可發(fā)現(xiàn)腫瘤治療是否已經(jīng)起效，并為確定下一步治療方案提供幫助。有資料表明，PET在腫瘤化療、放療后最早可在24小時(shí)發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的代謝變化。,3PET診斷的應(yīng)用范圍：,（2）神經(jīng)系統(tǒng)疾病和精神病患者:可用于癲癇灶定位、老年性癡呆早期診斷與鑒別、帕金森病病情評(píng)價(jià)以及腦梗塞后組織受損和存活情況的判斷。PET檢查在精神病的病理診斷和治療效果評(píng)價(jià)方面已經(jīng)顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并有望在不久的將來取得突破性進(jìn)展。在艾滋病性腦病的治療和戒毒治療等方面的新藥開發(fā)中有重要的指導(dǎo)作用。 （3）心血管疾病患者:能檢查出冠