核醫(yī)學(xué)應(yīng)用論文

1、目 錄Abstract21前言31.1選題背景31.2核醫(yī)學(xué)技術(shù)成像原理32正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)(PET)52.1PET成像機(jī)理52.2PET工作原理5晶體探測(cè)器功能及晶體材料5數(shù)據(jù)采集、處理原理72.2.3 PET 的圖像重建72.2.4 數(shù)據(jù)校正72.3優(yōu)缺點(diǎn)82.4小結(jié)83單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)（SPECT）93.1基本原理93.2SPECT獲得人體圖像方法10傾斜的扇形束投影10求出完整的透射投影數(shù)據(jù)113.2.3 重建圖像的解析算法123.3優(yōu)缺點(diǎn)133.4小結(jié)134核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用134.1PET/CT 技術(shù)在肺癌診斷上的臨床應(yīng)用13技術(shù)應(yīng)用方法134.1.2

2、結(jié)果144.2PET/ CT應(yīng)用于腫瘤學(xué)的優(yōu)勢(shì)145結(jié)論與展望15致謝16參考文獻(xiàn)17核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)（理學(xué)院 光信息科學(xué)與技術(shù) 0501班，濟(jì)南 250022）指導(dǎo)老師 崔曉軍摘要：核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)主要包括PET（正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描儀）和SPECT（單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描儀）兩大檢查技術(shù)，在分子影像學(xué)研究中占據(jù)著極其重要的地位，可對(duì)活體組織中的生理生化過程做出定量分析，如血流量、能量代謝、蛋白質(zhì)合成、脂肪酸代謝、神經(jīng)遞質(zhì)合成速度、受體密度及其與配體結(jié)合的選擇性和動(dòng)力學(xué)、蛋白質(zhì)功能與基因表達(dá)等.用正電子發(fā)射體直接標(biāo)記藥物，能夠?qū)λ幬飫┝?、作用部位、可能發(fā)生的毒副作用等做出前瞻性判斷，判斷其

3、代謝反應(yīng)的類型及產(chǎn)物，觀察藥物與其他藥物的相互作用、藥物與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的相互作用、藥物與受體的作用、藥物與酶的相互作用等，從而達(dá)到診斷和療效判斷目的.NUCLEAR MEDICINE IMAGE FORMATION TECHNOLOGYWang fulong(0501, Optical information Science and Technology, School of Science, University of Jinan, 250022)Supervisor CUI XiaojunAbstract: The nuclear medicine member phantom technol

4、ogy mainly includes PET (positive electron launch computer fault scanner) and SPECT (single photon emission computer fault scanner) two major inspection technologies, is occupying the extremely important status in the molecular phantom study research, may make the quantitative analysis to the Living

5、 specimen Organization's physiological biochemistry process, like the blood stream quantity, the energy metabolism, the protein synthesis, fatty acid metabolism, the nerve hand over the nature resultant velocity, the acceptor density and with the ligand union selectivity and dynamics, the protei

6、n function and the gene expression and so on. With the positive electron emitter direct mark medicine, can the poisonous side effect which to the medicine dosage, the function spot, possibly occurs and so on make the forward-looking judgment, judges its metabolic reaction the type and the product, t

7、he observation medicine with the other medicine interaction, the medicine and the nutrients interaction, the medicine and acceptor's function, the medicine and the enzyme interaction and so on, thus achieves the diagnosis and the curative effect judgment goal.Keywords: Nuclear medicine image for

8、mation; Positive electron launch fault image formation technology; Single photon emission computer fault image formation technology; Bone scanning; Cardiovascular image formation; 1前言1.1選題背景核醫(yī)學(xué)是一種利用標(biāo)記有放射性核素的藥物診斷和治療疾病的科學(xué)，是醫(yī)學(xué)現(xiàn)代化的產(chǎn)物，是核技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用科學(xué).核醫(yī)學(xué)是一個(gè)發(fā)展十分迅速的一門新興學(xué)科，放射性核素示蹤技術(shù)是核醫(yī)學(xué)的最基本技術(shù).1.2核醫(yī)學(xué)技術(shù)成像簡(jiǎn)介核醫(yī)學(xué)

9、成像1是將放射性同位素以放射性藥物的形式引入人體, 在感興趣區(qū)形成按某些規(guī)律分布的放射源, 用探測(cè)器測(cè)量放射性藥物產(chǎn)生的射線, 可獲得反映放射性核素在臟器和組織中濃度分布及其隨時(shí)間變化的圖像, 有C照相機(jī)、發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層CT (SPECT )和正電子發(fā)射型CT(PET)三種.C照相機(jī)同傳統(tǒng)X 射線平面成像一樣, 將臟器、組織的三維信息變成二維平面影像,可以立即在一定的視野內(nèi)成像, 而不需機(jī)械掃描,這種儀器既可用靜態(tài)觀察,亦可作動(dòng)態(tài)觀察.SPECT具有C照相機(jī)的全部功能, 還增添了斷層成像功能,明顯提高了診斷病變的能力, 其掃描結(jié)構(gòu)與X射線CT基本相同.PET用一對(duì)探頭檢測(cè)引入體內(nèi)的超短半衰期

10、同位素藥物(其很快衰變放射出正電子,正電子又會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)镃光子對(duì))衰變產(chǎn)生的C光子對(duì),由符合電路判定其是否是這條直線上的C光子對(duì),然后經(jīng)反衍計(jì)算, 按其空間位置將這一對(duì)光子產(chǎn)生的位置以直線形式反投影入假想空間, 再逐條投影線累計(jì)疊加, 便產(chǎn)生出體層圖像.核醫(yī)學(xué)成像能夠無創(chuàng)傷地觀察放射性藥物在體內(nèi)的循環(huán)、擴(kuò)散、聚集、排出的過程, 得到藥物分子的圖像, 提供機(jī)體代謝、生理功能的信息, 從而可以早期診斷疾病(優(yōu)于X 射線CT, 甚至MR I )而且核醫(yī)學(xué)成像能夠動(dòng)態(tài)顯示、測(cè)量臟器功能和血流情況.PET 所用是11C,23N ,15O,18P 等超短半衰期同位素作為示蹤原子, 它們可以被標(biāo)記成一些具有

11、生物學(xué)意義的化合物, 例如葡萄糖及同類藥物; 所以 PET 可以研究正常和異常的腦功能并立即將它們聯(lián)系起來, 實(shí)際上可以同時(shí)研究整個(gè)腦, 并且對(duì)所有區(qū)域具有相同的敏感度.更為重要的是: 應(yīng)用PET 進(jìn)行癌癥治療藥物的藥代動(dòng)力學(xué)及治療機(jī)理和藥效學(xué)等方面的研究, 有助于臨床合理地選擇更有效的藥物及其相應(yīng)劑量, 為治療疾病提供更客觀的依據(jù).2正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)(PET)PET( Positron Emission Tomography)即正電子發(fā)射斷層掃描儀,是當(dāng)今世界最高層次的核醫(yī)學(xué)技術(shù),也是當(dāng)前醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的最先進(jìn)的大型醫(yī)療診斷成像設(shè)備之一,已成為腫瘤、心、腦疾病診斷的不可缺少的重要方法.它是

12、一種有較高特異性的功能顯像和分子顯像儀,除顯示形態(tài)結(jié)構(gòu)外,它主要是在分子水平上提供有關(guān)臟器及其病變的功能信息,適合于快速動(dòng)態(tài)研究,具有多種動(dòng)態(tài)顯像方式2.1PET成像機(jī)理正電子1斷層掃描儀將人體代謝所必需的物質(zhì)如:葡萄糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂肪酸等標(biāo)記上具有正電子放射性的短壽命核素,制成顯像劑( 如氟代脫氧葡萄糖)注入人體后進(jìn)行掃描成像.因?yàn)槿梭w不同組織的代謝狀態(tài)不同,所以這些被核素標(biāo)記了的物質(zhì)在人體的各種組織中的分布也不同.經(jīng)過標(biāo)記了正電子放射性核素的藥物注射入人體,它衰變時(shí)產(chǎn)生的正電子在人體組織中運(yùn)動(dòng)很短距離后( 一般<1mm)和電子相遇而湮沒,產(chǎn)生兩個(gè)能量為 511 keV的相反方向發(fā)

13、射的 光子.根據(jù)人體不同部位吸收標(biāo)記化合物能力的不同, 同位素在人體內(nèi)各部位的濃聚程度不同,湮沒反應(yīng)產(chǎn)生光子的強(qiáng)度也不同,測(cè)量?jī)蓚€(gè) 光子就可以確定電子對(duì)湮沒的位置、時(shí)間和能量信息.由于惡性腫瘤組織新陳代謝旺盛,吸收放射性藥物比一般組織多,PET 通過測(cè)量放射性藥物的密度分布就可以確定惡性腫瘤組織的分布情況.PET 分子成像表達(dá)了生物學(xué)過程細(xì)胞分子水平上在活體中的顯示和測(cè)量,能分析生物系統(tǒng)且不擾亂生物系統(tǒng),還能對(duì)與疾病有關(guān)的分子改變進(jìn)行量化后成像.PET 用核譜學(xué)方法探測(cè)湮沒輻射光子,可以得到有關(guān)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的信息,它提供了一種非破壞性探測(cè)手段2.2PET工作原理 ET記數(shù)方法根據(jù)動(dòng)量守恒，涅變

14、輻射產(chǎn)生的雙光子飛行在同一直線上，但方向相反。在？ 衰變發(fā)生的區(qū)域兩側(cè)，放置兩個(gè)光子探測(cè)器，當(dāng)兩個(gè)探測(cè)器同時(shí)接收到光子時(shí)，符合電路會(huì)給出一個(gè)計(jì)數(shù)。從圖3中可以看出為獲得投影數(shù)據(jù)要求探測(cè)在某一方向上的計(jì)數(shù)，SPECT中的？射線就要在探測(cè)器中加裝準(zhǔn)直器，這樣很多電子就被準(zhǔn)直器擋掉了。而湮滅輻射有自準(zhǔn)直作用，無須準(zhǔn)直器，這樣PET的靈敏度大大提高，引入體內(nèi)的放射性性劑的兩大為減少。由于探頭總有一定的高度和寬度，在10s內(nèi)兩個(gè)不相關(guān)的光子也有可能進(jìn)入兩個(gè)探測(cè)器，也會(huì)給出一個(gè)計(jì)數(shù)，但這個(gè)計(jì)數(shù)是假的，并不是表示在投影方向上放聲了一次？衰變，這樣的符合叫做隨機(jī)符合，它是符合計(jì)數(shù)的噪聲。ET的檢測(cè)系統(tǒng)PET的

15、檢測(cè)系統(tǒng)多為環(huán)結(jié)構(gòu)，見圖4多環(huán)結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)一次采集可以獲得多個(gè)斷層圖像數(shù)據(jù)。如環(huán)上的個(gè)數(shù)為n，則一次獲得2n-1個(gè)斷層數(shù)據(jù)，其中n個(gè)來自同一環(huán)內(nèi)的符合探測(cè)，n-1個(gè)斷層數(shù)據(jù)則來自相鄰環(huán)之間的交叉符合計(jì)數(shù)。2.2.3PET晶體探測(cè)器功能及晶體材料PET系統(tǒng)中, 晶體探測(cè)器2是系統(tǒng)的核心.理想的PET晶體材料應(yīng)具有足夠高的密度、余輝時(shí)間短、光輸出量高、能量分辨率好以及生產(chǎn)成本低等特點(diǎn).高的密度、高原子序數(shù)能有效提高射線探測(cè)效率; 余輝時(shí)間短能更好地完善時(shí)間匹配, 減少隨機(jī)計(jì)數(shù); 光輸出量高可使每個(gè)光電探測(cè)器晶體數(shù)目增多;好的能量分辨率能減低圖像散射, 使圖像更為清晰.而這些性能就探測(cè)器晶體而言又是

16、相互制約的.早期研制的PET的晶體材料為NaI( 碘化鈉) ; 80年代初期,BGO( 鍺酸鉍) 與GSO( 硅酸釓) 2種晶體被用作PET探測(cè)晶體.從19802000年, BGO是主要的PET晶體材料之一, 而NaI與GSO在PET中應(yīng)用相對(duì)較少.1990年, LSO( 硅酸镥) 晶體的研究引起人們的很大關(guān)注.這種新型探測(cè)器材料對(duì)PET的發(fā)展具有重要貢獻(xiàn), 表1為幾種常用PET探測(cè)晶體的性能參數(shù)比較見表1.3性能 LSO BGO GSO NAI有效原子序數(shù)（z） 65 73 58 50 相對(duì)通光量（%） 75 15 25 100衰變時(shí)間(ns) 40 300 60 230密度（g/cc） 7

17、.4 7.1 6.8 3.7能量分辨（%） 10 12 9 8表1 常用PET探測(cè)晶體的性能參數(shù)可由以下公式4評(píng)價(jià)各種晶體的相對(duì)性能:F.O.M=Ep×(1/)×(light output)其中, Ep為PET探測(cè)效率, 為壽命, light output為單次射線事件探測(cè)器產(chǎn)生的光子總數(shù).根據(jù)計(jì)算, LSO分別為BGO、GSO晶體的35倍、10倍, 被認(rèn)為是目前較為理想的PET晶體材料之一.LSO晶體對(duì)提高PET的成像速度和圖像質(zhì)量、PET/CT的設(shè)計(jì)有巨大的影響.LSO晶體短的余輝時(shí)間允許窄的符合時(shí)間窗( 6 ns) , 因而隨機(jī)計(jì)數(shù)顯著減少,同時(shí)其高能量分辨( 大約1

18、2%FWHM) , 可降低圖像的散射,這對(duì)PET 3D采集尤為重要.臨床結(jié)果表明, PET 3D采集適用于腦與全身顯像.2.2.4PET數(shù)據(jù)采集、處理原理PET 的數(shù)據(jù)采集方式有多種：靜態(tài)采集，是將探測(cè)到的湮沒事件按LOR 進(jìn)行計(jì)數(shù)存放在一個(gè)投影數(shù)據(jù)矩陣?yán)?，使它能重建一組靜態(tài)的斷層圖像；動(dòng)態(tài)采集，實(shí)際是一組相繼的靜態(tài)采集，用來觀察放射性藥物的運(yùn)動(dòng)過程；門控采集，專門用于周期性運(yùn)動(dòng)過程，它依靠生理信號(hào)（ 如心電圖）同步動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的分幀和疊加過程，將多個(gè)生物周期相同運(yùn)動(dòng)時(shí)相的事件累積起來，得到統(tǒng)計(jì)誤差很小的動(dòng)態(tài)圖像；全身掃描采集，則是使探測(cè)器相對(duì)于病人從頭運(yùn)動(dòng)到腳，把一段段的靜態(tài)投影數(shù)據(jù)拼接起來，形

19、成比PET 軸向視野長(zhǎng)的完整的全身靜態(tài)圖像，常用于藥物的生物分布和癌轉(zhuǎn)移檢查；表模式采集，則是將每個(gè)湮滅事件的符合線位置、發(fā)生時(shí)刻和其他信息以數(shù)據(jù)表的形式逐個(gè)記錄到存儲(chǔ)器中.PET 探測(cè)器探測(cè)到同一環(huán)內(nèi)正電子湮滅時(shí)轉(zhuǎn)換成的一對(duì) 光子所分別命中的環(huán)上晶體條的位置，并把這些位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，連同 光子的能量信號(hào)和到達(dá)時(shí)刻的時(shí)間信息一起送到后續(xù)的電子前端放大和符合系統(tǒng)中去，此后就把經(jīng)選出的真實(shí)的符合事例所命中的兩個(gè)探測(cè)器晶體條的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)接口，送到后面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)去.計(jì)算機(jī)將探測(cè)到的湮沒事件按LOR 進(jìn)行計(jì)數(shù)存放在一個(gè)投影數(shù)據(jù)矩陣（sinogrammatrix）里，是按層保存的，每層的數(shù)據(jù)都包

20、含了特定角度的信息，即對(duì)于每一個(gè)特定角度的采樣都是這個(gè)角度上所有LOR 值的線性積分.在每一層投影數(shù)據(jù)矩陣（sinogrammatrix）中，矩陣的行與列分別代表角度值與放射性采樣，通過數(shù)學(xué)運(yùn)算和圖像重建，從這些投影數(shù)據(jù)重建出物體內(nèi)選定層面的圖像，重建放射性藥物分布的斷層圖像. PET 的圖像重建PET 以SIN O 圖的方式將探測(cè)器探測(cè)到的放射性信號(hào)存放于計(jì)算機(jī)中,計(jì)算機(jī)以SIN O 圖為輸入調(diào)用圖像重建模塊,計(jì)算出人體橫切斷層圖像,用于后續(xù)的圖像處理與臨床分析.圖像重建包括解析法和迭代法.解析法是以中心切片定理為基礎(chǔ)的反投影方法,常用濾波反投影法.迭代法是屬于數(shù)值逼近算法,即從斷層圖像的初

21、始計(jì)值出發(fā),通過對(duì)圖像的估計(jì)值進(jìn)行反復(fù)修正,使其逐漸逼近斷層圖像的真實(shí)值.PET數(shù)據(jù)校正引起PET 成像誤差的因素很多: 正電子類藥物強(qiáng)度的快速衰變、高計(jì)數(shù)率造成的偶然符合、散射和人體吸收衰減的影響、死時(shí)間損失、探測(cè)器靈敏度不一致等,如果不加以校正,這些因素都會(huì)嚴(yán)重影響PET 的成像質(zhì)量,所以PET 數(shù)據(jù)校正是圖像處理的關(guān)鍵部分.現(xiàn)對(duì)其中的偶然符合和散射符合校正進(jìn)行分析.由于電子學(xué)的技術(shù)限制,不相關(guān)的兩個(gè)事件也有一定的概率出現(xiàn)在同一時(shí)間窗內(nèi),產(chǎn)生偶然符合輸出,造成假的計(jì)數(shù).此外湮沒產(chǎn)生的光子在到達(dá)探測(cè)器之前可能被散射, 改變方向后被兩個(gè)晶體條探測(cè)到,實(shí)際上湮沒并不發(fā)生在這兩個(gè)晶體條之間的連線上

22、造成在錯(cuò)誤的LO R上的散射符合計(jì)數(shù).為了減少偶然符合可采用閃爍光持續(xù)時(shí)間短的晶體、更快的電子學(xué)電路和盡量窄的符合時(shí)間窗.散射符合與病人體內(nèi)的放射性分布、PET 的設(shè)計(jì)、周圍環(huán)境有關(guān),難以精確測(cè)量和估計(jì),所以我們?cè)谝曇斑吘墰]有放射性藥物的地方測(cè)量符合計(jì)數(shù)率,根據(jù)散射符合事件分布比較均勻的特點(diǎn),外推估計(jì)視野中的散射符合成分,將其從原始投影數(shù)據(jù)中扣除.2.3PET優(yōu)缺點(diǎn)由于PET所用的同位素都是機(jī)體構(gòu)成元素的同位素，其標(biāo)記物又是體內(nèi)天然的代謝物質(zhì)(如水、葡萄糖等)，因此，檢查是在正常的生理狀況下進(jìn)行的.PET的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以做絕對(duì)定量測(cè)量，這是其它幾種方法做不到的其應(yīng)用范圍很廣.不足之處是分辨率

23、不夠高，空間分辨率在4l0mm左右，不能給出微小區(qū)域的功能信息.另外PET檢查的價(jià)格也偏高.2.4小結(jié)正電子斷層掃描儀已廣泛用于人體內(nèi)部血流或代謝的三維顯像,其空間分辨率可達(dá)到 3 mm 5 mm .PET 被譽(yù)為醫(yī)學(xué)科技之冠,它打開了揭露大腦奧秘的窗口.人的思維、情緒等大腦意識(shí)所影響的大腦皮層中細(xì)微的糖代謝、血流等變化都能被 PET 檢測(cè)到,并產(chǎn)生出不同的圖像PET 不僅是檢查和指導(dǎo)治療腦部疾病、心臟病及腫瘤的最優(yōu)的一種工具,也是研究醫(yī)藥學(xué)基本理論及實(shí)際問題的有力手段.由于正電子衰變核素的半衰期非常短,所以 PET 設(shè)備附近需建立正電子類放射性藥物制備系統(tǒng),它由醫(yī)用回旋加速器、生化合成器和控

24、制計(jì)算機(jī)組成,設(shè)備昂貴,這也是 PET 臨床檢測(cè)項(xiàng)目?jī)r(jià)格昂貴的一個(gè)原因.但是, 核醫(yī)學(xué)成像由于受引入放射性核素活度的限制, 成像信息量較少, 空間分辨率是所有醫(yī)學(xué)成像技術(shù)中最低的, 影響了對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的顯示和病變的定位精確.3單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)（SPECT）隨著各種新開發(fā)出來的放射性藥物, SPECT在臨床中得到日益廣泛的應(yīng)用6, 特別是在腦和心臟中的臨床研究方興未艾.目前 SPECT 有單探頭、雙探頭、三探頭和四探頭四種.單探頭的PECT 不作斷層掃描時(shí), 即是 C照相機(jī).三探頭SPECT 可提高能量分辨力, 能同時(shí)獲取雙同位素的分布數(shù)據(jù).四探頭SPECT 采用計(jì)算機(jī)控制框架移動(dòng)和探

25、測(cè)器, 有四組相對(duì)稱的準(zhǔn)直器, 兩種探頭旋轉(zhuǎn)方式(角步進(jìn)和連續(xù)掃描) , 其靈敏度、快速掃描時(shí)間和圖像質(zhì)量都較單探頭裝置更高、更快.但臨床最受歡迎的是雙頭SPECT, 它通過一次自頭到腳的掃描, 就能采集到全部數(shù)據(jù), 適于作體部SPECT 成像和全身掃描.3.1SPECT基本原理將能夠發(fā)射單光子的放射性同位素等標(biāo)記到某一些化合物上，這些標(biāo)記后的化合物稱為放射性藥物.放射性藥物被注人生物體內(nèi)后，在生物體內(nèi)形成一定的分布.標(biāo)記的同位素在體內(nèi)發(fā)射單光子，使儀器探測(cè)這些光信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行一系列處理，然后進(jìn)行圖像重建，得出放射性同位素在體內(nèi)分布的三維斷層圖像.由于生物體內(nèi)血流量大的區(qū)域放射性藥物濃

26、度高，當(dāng)生物體的某一區(qū)域興奮時(shí)，該區(qū)域的血流量將增加，因此，SPECT給出的圖像反映了體內(nèi)的血流和興奮狀況.SPECT的本質(zhì)與方法SPECT的本質(zhì)是在體外測(cè)量的射線技術(shù)來確定在體內(nèi)的放射性核素的活度。SPECT的放射性制劑都是發(fā)生衰變的同位素，體外進(jìn)行的是單個(gè)光子的數(shù)量測(cè)量。SPECT成像算法采用濾波反投影法，即由探測(cè)器獲得斷層的投影函數(shù)，再用適當(dāng)?shù)臑V波函數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木矸e處理，將處理后的濾波函數(shù)進(jìn)行反投影，重建二維活度分布。SPECT數(shù)據(jù)的衰減校正和照相機(jī)一樣，射線轉(zhuǎn)變成的電流脈沖要經(jīng)過各自的放大器和單道脈沖幅度分析器進(jìn)行處理，但處理都得數(shù)據(jù)還不能用于成像，還要進(jìn)行射線的衰減校正。SPECT中

27、不希望穿出人的射線有所衰減，因?yàn)镾PECT是通過射線的體外計(jì)數(shù)來標(biāo)定體內(nèi)放射性活度。衰減是不可避免的，它的存在嚴(yán)重影響了活度的精度。目前SPECT機(jī)中多采用平均衰減校正的方法，但很粗糙。3.2SPECT獲得人體圖像方法3.2.1傾斜的扇形束投影利用反方向投影的等值性可能補(bǔ)充缺失的投影.然而,對(duì)稱扇形束投影的截?cái)嗖糠挚偸窃诔上穹秶乃闹?在其它投影方向上也找不到缺失的投影線.如果讓線源偏離探頭中心線,形成傾斜的扇形束投影,如圖2,雖然它仍然只能覆蓋被成像范圍的一半多一點(diǎn),但是如果做360°掃描,就有可能填補(bǔ)缺失的投影數(shù)據(jù).自制的裝置包括放射源和準(zhǔn)直器.為了降低制造成本,采用平行縫準(zhǔn)直器

28、,它由一組沿橫向平行排列的鉛帶(而不是聚焦的準(zhǔn)直孔)組成,可以把按4sr分布的散射光子的絕大部分(非橫斷層內(nèi)的)擋掉.在線源前面,也安裝一個(gè)小型平行縫準(zhǔn)直器,把光子限制在與線源垂直的橫斷層內(nèi),以便進(jìn)一步減少跨橫斷層的散射.測(cè)量透射投影的探頭2使用窄能窗,以排除散射的光子.上述措施保證了獲得“干凈”的扇形束透射投影.采用平行縫準(zhǔn)直的另外好處是使用靈活,可以根據(jù)實(shí)際需要任意調(diào)整放射源的位置,而使用聚焦的多孔型準(zhǔn)直器則要求放射源嚴(yán)格放在焦點(diǎn)上.探 頭 2圖2 線源偏置所形成的扇形束投影部分部分線源屏蔽人體截?cái)嗖糠植糠痔筋^1探頭3完整的透射投影數(shù)據(jù)為了描述放射源A的位置,可以設(shè)定兩個(gè)參數(shù),一是它到旋轉(zhuǎn)

29、中心O的距離D,另一個(gè)是它到旋轉(zhuǎn)中心的連線AO與探頭2法線的夾角r,如圖4.再定義一個(gè)與探頭一起旋轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)系,它的縱軸是探頭的法線,橫軸OS過原點(diǎn)并平行于探頭表面.將探頭獲取的平片按照三角學(xué)關(guān)系映射到該坐標(biāo)系的橫軸OS上,這樣扇形束投影將不受探頭到旋轉(zhuǎn)中心的距離影響,統(tǒng)一用R(S)表示探頭旋轉(zhuǎn)到角時(shí)OS上的投影映射值.假定放射源位于A時(shí),投影線ASt(它與AO的夾角為)超出探頭測(cè)量范圍,缺少投影數(shù)據(jù)R(St).如果掃描機(jī)按逆時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)到A時(shí),它的一條投影線ASr恰好與ASt重合(A點(diǎn)必然在直線ASt上),而且其投影數(shù)據(jù)R(Sr)存在,那么就可以用它來補(bǔ)充缺失的數(shù)據(jù)R(St).由圖4所示的

30、幾何關(guān)系不難推出: （1）而對(duì)任意投影數(shù)據(jù)R(S),存在關(guān)系 所以有 （2）由(1)和(2)得 （3） 而 （4） 根據(jù)式(3)和式(4),可找到填補(bǔ)觀測(cè)角下缺失投影線ASt的那條反方向投影線.由于實(shí)際的數(shù)據(jù)都是離散的,所以式(3)和式(4)運(yùn)算需要進(jìn)行插值,具體過程就略去了. 重建圖像的解析算法有了完整的投影數(shù)據(jù)以后,另一個(gè)需要解決的問題是怎樣從傾斜扇形束投影求得map.為此必須先進(jìn)行系統(tǒng)刻度,即在沒有病人的情況下獲取投影數(shù)據(jù);然后測(cè)量有病人時(shí)的就是衰減系數(shù)沿投影線的積分.為方便起見,下面就把簡(jiǎn)記為.從傾斜的扇形束投影重建map,可能采用的方法有3種: 1)把數(shù)據(jù)重組(resorting)為

31、平行束投影,然后重建; 2)把數(shù)據(jù)重組、變換為對(duì)稱扇形束投影,然后重建; 3)推導(dǎo)出從傾斜扇形束投影直接重建圖像的解析算法.我們建立了胸部斷層的衰減系數(shù)分布的數(shù)學(xué)模型,計(jì)算機(jī)模擬證明這3種方法都是可行的.推導(dǎo)從傾斜扇形束投影重建斷層圖像的表達(dá)式,可以從平行束投影重建公式開始,其極坐標(biāo)表示的重建公式為 （5）其中,卷積核h(t)是的Fourier反變換.完整的傾斜扇形束投影參數(shù)和平行束投影參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見圖5,有 （6） 將式(3)代入式(6),可求得 （7）其中,S為圖像重建點(diǎn)(r,)與放射源A的連線在S軸(平行于探頭表面)上的交點(diǎn); (8) （9）3.3SPECT優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是SPECT檢查的

32、價(jià)格相對(duì)較低,可以提供建立三維圖像的信息，也可建立任意方位的斷層圖像，并且有利于早期發(fā)現(xiàn)病變，這方面明顯優(yōu)于X-CT和B超，甚至MR，在臨床實(shí)踐中的80%9的工作是由SPECT完成.主要缺點(diǎn)是分辨率低，其空間分辨率在10mm 15mm，深部結(jié)構(gòu)分辨率進(jìn)一步降低.另外，它不能做絕對(duì)定量，只能做相對(duì)定量.3.4小結(jié)在同一臺(tái)SPECT掃描機(jī)上測(cè)量透射型和發(fā)射型兩種投影數(shù)據(jù),從而求出人體衰減系數(shù)的三維分布,并由此對(duì)發(fā)射型圖像進(jìn)行校正是可行的.由于是在同一臺(tái)SPECT機(jī)上完成兩種測(cè)量,因此它們的配準(zhǔn)問題比較容易解決.經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬和臨床實(shí)驗(yàn),解決了扇形束透射投影的截?cái)鄦栴}.并且推出了傾斜的扇形束掃描情況

33、下的圖像重建算法.計(jì)算機(jī)模擬和臨床實(shí)驗(yàn)證明了算法的正確性.非對(duì)稱扇形束的特殊掃描結(jié)構(gòu)不僅僅可以用于SPECT,在目標(biāo)尺寸太大,標(biāo)準(zhǔn)的扇形束掃描需要太大的空間,在實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)的情況下,就可以考慮采取這種投影方式.4核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)包括單光子發(fā)射斷層成像(SPECT) 和正電子斷層成像(PET) 。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的研究結(jié)果10,SPECT 可以比X2CT 提前3個(gè)月診斷出癌癥,PET 一般比SPECT還3個(gè)月診斷出癌癥。核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)不同于X射線斷層成像(CT) 、磁共振成像(MRI) 和超聲波成像,在顯像之前必須注射相應(yīng)的放射性藥物作為顯像劑,其影像反映的是顯像劑及其

34、代謝產(chǎn)物的時(shí)間和空間分布。核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)是目前惟一能在體外獲得活體中發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)、器官的生理學(xué)和病理學(xué)變化以及細(xì)胞活動(dòng)信息的方法,可為疾病診斷提供分子水平的信息。在分子水平實(shí)現(xiàn)人體成像已成為當(dāng)前發(fā)展的新熱點(diǎn)。從醫(yī)學(xué)成像的角度看,如何更好地在三維空間內(nèi)實(shí)時(shí)地顯示人體內(nèi)部生的病變?cè)诮裉烊匀痪哂刑魬?zhàn)性。當(dāng)前的任務(wù)是要進(jìn)一步提高圖像數(shù)據(jù)的采集速度、圖像的空間分辨率和對(duì)比度。SPECT 和PET 成像的優(yōu)點(diǎn)是特異性好,能夠用于早期診斷;其缺點(diǎn)是空間分辨率差,病理和周圍組織的相互關(guān)系很難準(zhǔn)確定位。把核醫(yī)學(xué)成像疊加在諸如X2CT成像、MRI 高分辨率結(jié)構(gòu)圖像上進(jìn)行定位是目前比較流行的方法。故圖像的配準(zhǔn)

35、、分割和融合在醫(yī)學(xué)成像中的應(yīng)用是這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)重要的方面。4.1PET/CT 技術(shù)在肺癌診斷上的臨床應(yīng)用伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活習(xí)慣的改變，國(guó)人肺癌發(fā)病率逐年上升，肺癌發(fā)病率及患病絕對(duì)人數(shù)均占世界首位.PET/CT 的出現(xiàn)為肺癌的期發(fā)現(xiàn)、臨床分期、活檢及放療精確定位、治療效果評(píng)估提供了新的有效的方法.ET/CT技術(shù)應(yīng)用方法全面了解患者病情、已有檢查結(jié)果，快速檢測(cè)空腹血糖（確保<7 mmol/L）.于手背靜脈建立靜脈通道，自100 ml 生理鹽水中注入18F-FDG（11.5 mci/kg 體重），維持靜脈通道數(shù)分鐘.囑患者在專用PET/CT 休息室平臥、安靜休息約50 min.患者置頭進(jìn)式仰臥

36、位、雙上肢放于頭頸側(cè)上方，以內(nèi)定位線定位掃描基線為SN（胸骨上窩水平），側(cè)定位線于腋中線.訓(xùn)練患者平穩(wěn)呼吸，減少胸廓運(yùn)動(dòng)幅度，囑其檢查時(shí)保持體位1.通過院內(nèi)HIS 輸入患者一般信息，并刷入操作臺(tái)，添加身高、體重?cái)?shù)值，輸入示蹤劑信息（注射器內(nèi)示蹤劑體積、放射性活度及測(cè)量時(shí)間，注射時(shí)間，注射后注射器殘留示蹤劑活度及測(cè)量時(shí)間）.先行16 排螺旋CT 掃描，依定位相確定掃描范圍，標(biāo)準(zhǔn)法重建用于融合的CT 圖像， 肺重建法重建薄層肺窗圖像用于觀察肺內(nèi)細(xì)微改變.隨后行PET 掃描，掃描范圍、FOV、層次掃描3 min/床位， 延遲掃描3 min/床位， 再次延遲掃描7min/床位.各檢查序列分別傳入AW4

37、.3 工作站、Xeleris 工作站進(jìn)行圖像融合、測(cè)量標(biāo)注、打印膠片、存儲(chǔ)圖像等處理，同時(shí)自動(dòng)傳送圖像至本院PACS，診斷醫(yī)師書寫診斷報(bào)告，臨床及門診醫(yī)師可以隨時(shí)調(diào)看圖像及報(bào)告.4.1.2 結(jié)果由兩位具備核醫(yī)學(xué)及放射診斷經(jīng)驗(yàn)5 a 以上的影像診斷醫(yī)師共同閱片， 規(guī)范記錄CT 及PET 所見信息，CT 記錄病變部位、形態(tài)、大小、CT 值、周圍情況、肺內(nèi)基礎(chǔ)病變情況、縱隔淋巴結(jié)是否腫大、有無鈣化.PET 記錄病變部位、有無放射性增高或濃聚及形態(tài)、測(cè)量SUV 值（g/ml）.結(jié)合臨床資料、CT、PET、PET/CT，做出肺內(nèi)病變良惡性傾向性診斷.肺癌典型18F-FDG PET/CT 表現(xiàn)為：（1） 結(jié)節(jié)狀或團(tuán)塊狀放射性攝取明顯增高濃聚；（2）SUV 值>2.5 g/ml；（3）病灶邊界清楚；（4） 腫瘤體積大者其放射性濃聚邊緣可呈分葉狀；（5）較大的惡性腫瘤可表現(xiàn)為中央放射性缺損、周圍環(huán)行濃聚；（6）部分中心型肺癌可伴有阻塞性肺炎、肺不張，肺炎、肺不張區(qū)域出現(xiàn)低于腫瘤的放射性攝取增高；（7） 延遲顯像SUV 值通常有明顯增高.4.2PET/ CT應(yīng)用于腫瘤學(xué)的優(yōu)勢(shì)