核醫(yī)學(xué)課程緒論課件

1、影像核醫(yī)學(xué)譚慶玲核醫(yī)學(xué)課程緒論1影像核醫(yī)學(xué)譚慶玲核醫(yī)學(xué)課程緒論1第一講緒論核醫(yī)學(xué)影像基礎(chǔ)與設(shè)備放射性藥品及顯像原理核醫(yī)學(xué)課程緒論2第一講緒論核醫(yī)學(xué)課程緒論2緒論定義影像核醫(yī)學(xué)：利用放射性核素作為示蹤劑進(jìn)行醫(yī)學(xué)成像診斷疾病，探索其機(jī)制與相關(guān)技術(shù)理論，并利用放射性核素治療疾病的醫(yī)學(xué)學(xué)科。核醫(yī)學(xué)課程緒論3緒論定義核醫(yī)學(xué)課程緒論3影像核醫(yī)學(xué)的特點(diǎn)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)及成像原理 影像學(xué)技術(shù) 成像原理 性質(zhì) CT 衰減系數(shù)（CT值） 形態(tài) 解剖 B超 超聲波反射（回聲） 形態(tài) 解剖 MR 質(zhì)子密度（T1 T2） 解剖 功能 照相機(jī) 放射性濃度（平面） 血流 功能 SPECT 放射性濃度（半定量） 血流 代謝

2、 功能 PET 放射性濃度（定量） 血流 代謝 功能核醫(yī)學(xué)課程緒論4影像核醫(yī)學(xué)的特點(diǎn)核醫(yī)學(xué)課程緒論4雙腎血流灌注圖影像核醫(yī)學(xué)的特點(diǎn)核醫(yī)學(xué)課程緒論5雙腎血流灌注圖影像核醫(yī)學(xué)的特點(diǎn)核醫(yī)學(xué)課程緒論5存活心肌顯像核醫(yī)學(xué)課程緒論6存活心肌顯像核醫(yī)學(xué)課程緒論6功能顯像分子顯像動態(tài)顯像定量分析影像核醫(yī)學(xué)特點(diǎn)核醫(yī)學(xué)課程緒論7功能顯像影像核醫(yī)學(xué)特點(diǎn)核醫(yī)學(xué)課程緒論7診斷核醫(yī)學(xué)臨床核醫(yī)學(xué)治療核醫(yī)學(xué)體外分析體內(nèi)顯 像檢查法非顯像檢查法核醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)核醫(yī)學(xué)一級學(xué)科：臨床醫(yī)學(xué)二級學(xué)科：影像醫(yī)學(xué) 與核醫(yī)學(xué)內(nèi)照射近距離核醫(yī)學(xué)的組成核醫(yī)學(xué)課程緒論8診斷核醫(yī)學(xué)臨床核醫(yī)學(xué)治療核醫(yī)學(xué)體外分析體內(nèi)顯 像非顯像核我國影像核醫(yī)學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀 設(shè)備

3、相對落后，資源分配不均人員素質(zhì)參差不齊，臨床醫(yī)師認(rèn)識不夠。 核醫(yī)學(xué)的優(yōu)勢和潛力沒有，充分發(fā)揮。核醫(yī)學(xué)課程緒論9我國影像核醫(yī)學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀 設(shè)備相對落后，資源分核醫(yī)學(xué)影像基礎(chǔ)與設(shè)備核物理基礎(chǔ)元素核素1、放射性核素 釋放的射線主要為2、穩(wěn)定性核素同位素同質(zhì)異能素 99mTc核醫(yī)學(xué)課程緒論10核醫(yī)學(xué)影像基礎(chǔ)與設(shè)備核物理基礎(chǔ)核醫(yī)學(xué)課程緒論10核衰變 放射性核素自發(fā)的發(fā)生核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能變化，同時釋放出某種射線而轉(zhuǎn)化為另一種核素的現(xiàn)象，稱為核衰變(nuclear decay)。衰變類型衰變+衰變衰變核衰變規(guī)律 N= N0e-t 指數(shù)規(guī)律衰變 （半衰期是每一種放射性核素所特有的，可測定半衰期確定核素的種類，甚至可

4、推斷放射性核素混合物中核素的種類）核醫(yī)學(xué)課程緒論11核衰變核醫(yī)學(xué)課程緒論11物理半衰期(physical half life) 指放射性核素減少一半所需要的時間（T1/2）。 生物半排期（biological half life） 指生物體內(nèi)的放射性核素經(jīng)各種途徑從體內(nèi)排出一半所需要的(Tb) 有效半減期（effective half life） 指生物體內(nèi)的放射性核素由于從體內(nèi)排出和物理衰變兩個因素作用，減少至原有放射性活度的一半所需的時間（Teff ）。有效半減期與物理半衰期及生物半排期的關(guān)系： Teff = T1/2 Tb/( T1/2+ Tb) 核醫(yī)學(xué)課程緒論12物理半衰期(physi

5、cal half life) 核醫(yī)學(xué)放射性活度 單位時間內(nèi)原子核的衰變數(shù)量。是核醫(yī)學(xué)中常用的反映放射性強(qiáng)弱的物理量。國際制單位：Bq（貝克），KBq（103 Bq），MBq（106Bq），GBq（109 Bq）舊的專用單位：Ci（居里），mCi（103 Ci），Ci（106Ci）1Bq = 1次衰變/秒 1Ci=3.7 1010 Bq核醫(yī)學(xué)課程緒論13放射性活度 核醫(yī)學(xué)課程緒論13輻射劑量及其單位照射量 輻射場強(qiáng)弱照射量率 單位時間內(nèi)的照射量吸收劑量 被照射物質(zhì)所吸收的能量劑量當(dāng)量 不同類輻射所引起的生物效應(yīng)當(dāng)量劑量 生物效應(yīng)核醫(yī)學(xué)課程緒論14輻射劑量及其單位照射量 輻射場強(qiáng)弱核醫(yī)學(xué)課程緒輻射

6、劑量及其單位照射量照射量率吸收劑量劑量當(dāng)量當(dāng)量劑量核醫(yī)學(xué)課程緒論15輻射劑量及其單位照射量核醫(yī)學(xué)課程緒論15射線與物質(zhì)的相互作用帶電粒子與物質(zhì)的相互作用 電離、激發(fā)、散射、軔致輻射、湮滅輻射光子與物質(zhì)的相互作用 光電效應(yīng)、康普頓散射、電子對生成核醫(yī)學(xué)課程緒論16射線與物質(zhì)的相互作用帶電粒子與物質(zhì)的相互作用核醫(yī)學(xué)課程緒論1常用核醫(yī)學(xué)儀器計(jì)數(shù)器 液體閃爍計(jì)數(shù)器臟器功能測定儀照相機(jī)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層儀SPECT正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層儀 PET用于體外診斷核醫(yī)學(xué)課程緒論17常用核醫(yī)學(xué)儀器計(jì)數(shù)器 用于體外診斷核醫(yī) 閃爍探測器（ scintillation detector ） 閃爍探測器實(shí)際上是一種

7、能量轉(zhuǎn)換器，其作用是將探測到的射線能量轉(zhuǎn)換成可以記錄的電脈沖信號。 主要部件：晶體（crystal ） 碘化鈉（鉈），NaI（Tl） 光電倍增管（photomultiplier tube，PMT） 前置放大器組成 核醫(yī)學(xué)課程緒論18 閃爍探測器（ scintil閃爍探測器示意圖核醫(yī)學(xué)課程緒論19閃爍探測器示意圖核醫(yī)學(xué)課程緒論19閃爍體晶體最常見: 碘化鈉晶體NaI(T1)作 用: 波長轉(zhuǎn)換器的作用 （10-19nm 400nm左右)晶體的探測效率與靈敏度的矛盾（探測靈敏度越高，分辨率越低。增加晶體的厚度，可增加靈敏度，但會損失分辨率。如果將晶體從12.5mm降到6.5mm，空間分辨率可提高70

8、%，而相應(yīng)的靈敏度僅損失15%。表1-2）核醫(yī)學(xué)課程緒論20閃爍體晶體最常見: 碘化鈉晶體NaI(T1)核醫(yī)學(xué)課光電倍增管（PMT）作用：光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并對信號進(jìn)行放大。光電倍增管的多少與定位的準(zhǔn)確性密切相關(guān)，數(shù)量多探測效率和定位的準(zhǔn)確性就高，圖像的空間分辨率和靈敏度也高，但影響探頭的均勻性。核醫(yī)學(xué)課程緒論21光電倍增管（PMT）作用：光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并對信號進(jìn)行放核醫(yī)學(xué)課程緒論22核醫(yī)學(xué)課程緒論22前置放大器 光電倍增管輸出的電脈沖信號很微弱，形狀不規(guī)整，放大器的作用就是對電脈沖信號進(jìn)行放大、整形、倒相的電子學(xué)線路。 核醫(yī)學(xué)課程緒論23前置放大器核醫(yī)學(xué)課程緒論23單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)

9、斷層儀 （single photon emission computed tomography，SPECT） 是一臺高性能的照相機(jī)的基礎(chǔ)上增加了支架旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部分、斷層床和圖像重建軟件，使探頭能圍繞軀體旋轉(zhuǎn)360o或180o，從多角度、多方位采集一系列平面投影像。通過圖像重建和處理，可獲得橫斷面（transverse section）、冠狀面（coronal section）和矢狀面（sagittal section）的斷層影像（tomogram）。 核醫(yī)學(xué)課程緒論24單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層儀 （single photon em核醫(yī)學(xué)課程緒論25核醫(yī)學(xué)課程緒論25核醫(yī)學(xué)課程緒論26核醫(yī)學(xué)課程緒

10、論26核醫(yī)學(xué)課程緒論27核醫(yī)學(xué)課程緒論27探頭的構(gòu)成準(zhǔn)直器 定向準(zhǔn)直晶體 波長轉(zhuǎn)換器光電倍增管 光電轉(zhuǎn)換器核醫(yī)學(xué)課程緒論28探頭的構(gòu)成準(zhǔn)直器 定向準(zhǔn)直核醫(yī)學(xué)準(zhǔn)直器（collimator） 準(zhǔn)直器位于探頭的最前端它是由鉛或鉛鎢合金鑄成的機(jī)械裝置，它的作用是把人體內(nèi)四面八方分散的射線定向準(zhǔn)直到閃爍晶體的一定部位上。這種采用準(zhǔn)直器的方法稱作機(jī)械準(zhǔn)直，以區(qū)別于電子準(zhǔn)直。核醫(yī)學(xué)課程緒論29準(zhǔn)直器（collimator） 準(zhǔn)直器位于探頭的最前準(zhǔn)直器的功能參數(shù)幾何參數(shù)：孔數(shù)、孔徑、孔長及孔間壁厚度決定了準(zhǔn)直器的空間分辨率、靈敏度和適用能量范圍等性能參數(shù)準(zhǔn)直器的空間分辨率與靈敏度是一個矛盾關(guān)系核醫(yī)學(xué)課程緒論3

11、0準(zhǔn)直器的功能參數(shù)幾何參數(shù)：核醫(yī)學(xué)課程緒論30準(zhǔn)直器的空間分辨率定義：描述區(qū)別兩個鄰近點(diǎn)源的能力，通常以點(diǎn)源或線源擴(kuò)展函數(shù)的半高寬（full width at half maximum, FWHM）表示，半高寬度越小，表示空間分辨率越好。平行孔準(zhǔn)直器，F(xiàn)WHM由下式估算：（D為準(zhǔn)直孔的直徑，L為準(zhǔn)直器厚度， z0為準(zhǔn)直器表面至源的距離）準(zhǔn)直孔越小，準(zhǔn)直器越厚，探頭距病人距離越近分辨率越高，獲得的圖像質(zhì)量越好。 核醫(yī)學(xué)課程緒論31準(zhǔn)直器的空間分辨率定義：描述區(qū)別兩個鄰近點(diǎn)源的能力，通常以點(diǎn)核醫(yī)學(xué)課程緒論32核醫(yī)學(xué)課程緒論32X、Y位置電路一個光子在晶體中產(chǎn)生多個閃爍光子，被多個光電倍增管接收；各

12、個光電倍增管接收的閃爍光子的數(shù)目隨其離閃爍中心（光子處）的距離增加而減少；由位置電路和能量電路根據(jù)不同位置的光電倍增管接收到的閃爍光的強(qiáng)度來確定光子的位置。 PMT數(shù)目越多，圖像上所有脈沖的X、Y位置精度越好，圖像的空間分辨率越好。核醫(yī)學(xué)課程緒論33X、Y位置電路一個光子在晶體中產(chǎn)生多個閃爍光子，被多個光電倍脈沖幅度高度分析器PHA 光子能量甄別PHA用來選擇放射性核素的能量和能譜范圍。單道分析器主要由上閾、下閾道寬和構(gòu)成。改變道寬的大小可選擇能譜的范圍。伽瑪照相機(jī)的道寬經(jīng)常選在20%， 包括了放射性核素光電峰的位置，可用來選擇伽瑪照相機(jī)所用的放射性核素。選擇設(shè)定核素能量窗的光子被記錄，剔除低

13、能光子（例如，散射光子）及高能光子 。核醫(yī)學(xué)課程緒論34脈沖幅度高度分析器PHA 光子能量甄別PHA用來選擇放射單道脈沖幅度高度分析器核醫(yī)學(xué)課程緒論35單道脈沖幅度高度分析器核醫(yī)學(xué)課程緒論35模數(shù)轉(zhuǎn)換器作用：把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號轉(zhuǎn)換位數(shù)越多，圖像越清晰核醫(yī)學(xué)課程緒論36模數(shù)轉(zhuǎn)換器作用：把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號核醫(yī)學(xué)課程緒論36雙探頭符合線路斷層顯像儀（DHTC）特點(diǎn)： 至少有兩個探頭，具有X、射線的投 射衰減校正 可以進(jìn)行單光子核素顯像和正電子核素顯像核醫(yī)學(xué)課程緒論37雙探頭符合線路斷層顯像儀（DHTC）特點(diǎn)：核醫(yī)學(xué)課程緒論37SPECT/CTSPECT與CT的融合，同時具有功能和結(jié)構(gòu)的優(yōu)

14、勢核醫(yī)學(xué)課程緒論38SPECT/CTSPECT與CT的融合，同時具有功能和結(jié)構(gòu)的SPECT的圖像采集能窗的選擇矩陣采集類型：靜態(tài)、動態(tài)、門控、全身掃描、斷層采集衰減校正散射校正核醫(yī)學(xué)課程緒論39SPECT的圖像采集能窗的選擇核醫(yī)學(xué)課程緒論39圖像重建 由已知不同方向的投影值來求物體內(nèi)各點(diǎn)的分布稱圖像重建。SPECT成像原理即將通過探頭的旋轉(zhuǎn)得到的各角度投影圖像利用圖像重建的方法重建出各方向的斷層圖像。 目前常用的圖像重建方法為濾波反投影法（FBP filtered backprojection）。對于一些不完全角度投影可以采用迭代法（OSEM）重建圖像。核醫(yī)學(xué)課程緒論40圖像重建 由已知不同方

15、向的投影值來求物體內(nèi)在數(shù)字圖像中，圖像單元的大小，是用二進(jìn)制單位比特(Bit)表示的數(shù)字量。圖像可劃分成許多小的方塊或單元，稱矩陣單元。常用圖像矩陣有 6464、128128、256256等。在SPECT中，我們事先并不知道各個矩陣單元的值， 我們僅從測量中知道沿某一方向上各矩陣單元的和，稱射線和或投影。從不同方向投影中可以求出矩陣單元的值， 這就是圖像重建的任務(wù)。顯然，如果知道了圖像矩陣單元值，一幅圖像性質(zhì)也就知道了。圖象重建的預(yù)備知識核醫(yī)學(xué)課程緒論41在數(shù)字圖像中，圖像單元的大小，是用二進(jìn)制單位比特(Bit)表核醫(yī)學(xué)課程緒論42核醫(yī)學(xué)課程緒論42正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層儀 PET 主要由探測

16、系統(tǒng)包括晶體、電子準(zhǔn)直、符合線路和飛行時間技術(shù)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，圖像顯示和斷層床等組成。 目前最先進(jìn)的PET是探頭多環(huán)型、模塊和3D結(jié)構(gòu)，其中探頭晶體除外經(jīng)典的鍺酸鉍（bismuth germinate，BGO）晶體，現(xiàn)已推出硅酸镥（lutetium oxyorthosillicate，LSO）和硅酸釓（gadolinium orthosillicate，GSO）等新的晶體，大大提高了探測效率，圖像分辨率為3 5 mm。 PET與SPECT比較，其具有： 空間分辨率高；探測效率高；能準(zhǔn)確地顯示受檢臟器內(nèi)顯像劑濃度提供的代謝影像和各種定量生理參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。核醫(yī)學(xué)課程緒論43正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷

17、層儀 PET核醫(yī)學(xué)課程緒論43質(zhì)量控制原理及方法核醫(yī)學(xué)課程緒論44質(zhì)量控制原理及方法核醫(yī)學(xué)課程緒論44放射性藥品及顯像原理放射性藥物(radiopharmaceutical) 用于診斷和治療的放射性核素及其化合物的制劑。特點(diǎn)： 放射性藥物不具備普通藥物的藥理作用，其依靠所載的放射性核素起到診斷和治療作用。 開放性：放射性藥物區(qū)別于腫瘤放射治療的封閉性外圍輻射源（如60Co、137Cs）的特征。核醫(yī)學(xué)課程緒論45放射性藥品及顯像原理放射性藥物(radiopharmaceu分類診斷類放射性藥物核素特點(diǎn)：核射線中以光子為主（能量以100300 keV為宜），引入體內(nèi)后容易被核醫(yī)學(xué)探測儀器在體外探測到

18、，從而適用于顯像； 同時光子在組織內(nèi)電離密度較低，從而機(jī)體所受電離輻射損傷較小。代表核素：99Tcm核性能優(yōu)良，為純光子發(fā)射體，能量140 keV，T1/2為6.02 h、方便易得、幾乎可用于人體各重要臟器的形態(tài)和功能顯像。99Tcm是顯像檢查中最常用的放射性核素，目前全世界應(yīng)用的顯像藥物中，99Tcm及其標(biāo)記的化合物占80%以上，廣泛用于心、腦、腎、骨、肺、甲狀腺等多種臟器疾患的檢查，并且大多已有配套藥盒供應(yīng)。 131I、201Tl、67Ga、111In、123I等放射性核素及其標(biāo)記藥物 這類光子的核素及其標(biāo)記藥物也有較多應(yīng)用，在臨床中發(fā)揮著各自的特性和作用。 正電子放射性藥物 11C、13

19、N、15O和18F等短半衰期放射性核素在研究人體生理、生化、代謝、受體等方面顯示出獨(dú)特優(yōu)勢，其中氟18F脫氧葡萄糖（18F-FDG）是目前臨床應(yīng)用最為廣泛的正電子放射性藥物。核醫(yī)學(xué)課程緒論46分類診斷類放射性藥物核醫(yī)學(xué)課程緒論46常用正電子放射性藥物有效半衰期15O 2.05min 13N 9.96 min11C 20.34 min18F 110 min 核醫(yī)學(xué)課程緒論47常用正電子放射性藥物有效半衰期15O 2.05m治療類放射性藥物適宜的射線能量和在組織中的射程是選擇性集中照射病變組織而避免正常組織受損并獲得預(yù)期治療效果的基本保證。 核醫(yī)學(xué)課程緒論48治療類放射性藥物適宜的射線能量和在組織

20、中的射程是選擇性集中照各種常用治療放射性藥物的理化性能 核素 標(biāo)記 T1/2 -最大能量 keV(%) 最大射 主要臨床應(yīng)用 化合物 MeV 程 (mm)32P 磷酸鹽 14.3d 1.71 - 8 真紅, 原發(fā)性血小板增 膠體磷酸鉻 腔內(nèi)治療 玻璃微球 肝癌動脈栓塞 131I 8.06d 0.61 365(81) 2-3 甲亢, 分化型甲癌及轉(zhuǎn)移灶 MIBG 嗜鉻細(xì)胞瘤153SmEDTMP 40.6h 0.8 103 (28%) 3.4 骨轉(zhuǎn)移癌疼痛89Sr 50.5d 1.46 - 2-3 骨轉(zhuǎn)移癌疼186Re HEDP 3.8d 1.07 137(9%) 4.7 骨轉(zhuǎn)移癌疼痛188Re HEDP 19.6h 2.12 155(10%) 骨轉(zhuǎn)移癌疼痛117mSnDTPA 13.6d CE 159(86%) 0.3 骨轉(zhuǎn)移癌疼痛117Lu EDTMP 6.75d 0.497 113(6.4%) 骨轉(zhuǎn)移癌疼痛90Y EDTMP 2.67d 2.27 - 10 骨轉(zhuǎn)移癌疼痛核醫(yī)學(xué)課程緒論49各種常用治療放射性藥物的理化性能 核素 標(biāo)記 T1放射性核素來源核反應(yīng)堆核裂變產(chǎn)物放射性核素發(fā)生器回旋加速器 核醫(yī)學(xué)課程緒論50放射性核素來源核反應(yīng)