第8章 核醫(yī)學成像設備

核醫(yī)學成像設備伽瑪照相機人體骨骼的全身γ成像內(nèi)容導覽概述核醫(yī)學成像的基本部件單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀正電子發(fā)射型計算機斷層掃描儀第一節(jié)概述核醫(yī)學，又稱原子（核）醫(yī)學核醫(yī)學是研究同位素及核輻射的醫(yī)學應用及理論基礎的科學核醫(yī)學最重要的特點是能提供身體內(nèi)各組織功能性的變化，而功能性的變化常發(fā)生在疾病的早期核醫(yī)學顯像具有簡單、靈敏、特異、無創(chuàng)傷性、安全、易于重復、結(jié)果準確等特點核衰變及放射性簡介放射性：原子核自發(fā)地放射各種射線的現(xiàn)象稱為放射性與核外電子狀態(tài)的改變關(guān)系很小，外界的溫度、壓力、電磁場都不能抑制或顯著改變射線的發(fā)射放射性現(xiàn)象是由原子核的變化引起的是通過在人體內(nèi)注入可以發(fā)射γ射線的放射性同位素(核電荷數(shù)同)來實現(xiàn)的。核醫(yī)學成像與MRI方法不同基本工作原理是臟器內(nèi)外或臟器與病變之間放射性濃度差別為基礎的臟器或病變顯像法1、具有能夠選擇性聚集在或流徑特定臟器或病變的放射性核素或其標記化合物,使該臟器或病變與鄰近組織之間放射性濃度差別達到一定程度.放射性核素或標記化合物稱顯像劑2、利用核醫(yī)學成像儀器(γ照相機、SPECT、PET)探測到這種濃渡差，并根據(jù)需要按一定方式將它們顯示成像，即顯示臟器或病變組織的影像。顯像劑探測放射性濃度差別Γ照相機、SPECT、PET是探測放射性核素或標記化合物在臟器、組織的攝取、分布、代謝等特點達到成像的目的與其他影像主要區(qū)別成像取決于臟器、組織的血流、細胞功能、細胞數(shù)量、代謝活性和排泄引流情況等因素不是組織密度功能顯像CT、MRI、超聲是解剖形態(tài)學,無需顯像劑.核醫(yī)學成像放射性同位素成像正常組織病變之間與的濃度差別為基礎的臟器或病變顯像方法放射性藥物放射性藥物的空間分布是時間的函數(shù)放射性同位素的使用要有一個重要的時間維通過這種測量取值范圍在毫秒到分鐘用以評估具體器官基本功能,這項技術(shù)被稱做動態(tài)平面閃爍成像法根據(jù)所用的放射性核素的不同，放射性衰變會產(chǎn)生α、β、γ和X射線α、和β粒子非常小不能從體中射出形成圖像X、γ射線在穿過身體的各種組織的時候并不會遇到很多困難一般來說，核醫(yī)學成像系統(tǒng)只檢測能量大干50kev的光子（γ射線）?？闪私馄渖飳W功能或者確定某些疾病所在位置這種信息之所以重要是因為它無法由其他的成像技術(shù)提供有關(guān)的生理和生化信息用放射性同位素成像獲得一些和相關(guān)病理變化的前兆有效的放射性化學藥物擁有的特性大致上分為三種：藥物屑性、物理屬性和化學屬性核醫(yī)學成像的基本條件：放射性藥物（標記化和物）核醫(yī)學成像設備核醫(yī)學影像設備是指探測并顯示放射性核素藥物(俗稱同位素藥物)體內(nèi)分布圖像的設備。（二）放射性成像的基本過程1.放射性或標記化合物的制備以放射性示蹤法為基礎，針對不同的靶器官或靶細胞、不同的部位和不同的檢查目的，制備相應的放射性示蹤劑。2.將放射性示蹤劑引入體內(nèi)通過注射、口服等方法將示蹤劑引入體內(nèi)，示蹤劑在體內(nèi)根據(jù)其化學及生物學的行為特性，經(jīng)生理生化、生理、病理、排泄等因素積聚濃縮于特定的靶器官和組織，形成體內(nèi)的隨空間和時間而分布不同的圖像。3.體外測定γ射線靶器官或組織放射性釋放穿透組織的γ射線，使用靈敏的放射性探測器可以很容易地在人體外表探測到它們分布的所在位置，并定量地測定其大小并轉(zhuǎn)換成電信號。4.數(shù)據(jù)處理對采集到的基本圖像信息送入電子計算機系統(tǒng)中，進行一系列的校正，再經(jīng)處理或重建成為圖像數(shù)據(jù)。5.圖像顯示與儲存由計算機重建而成的基本圖像，再以灰階、彩色、動態(tài)、三維層面、表面三維立體、電影、雙減影成像等方式將體層面的輻射分布重現(xiàn)為一個精確的核醫(yī)學圖像，即可以獲得反映放射性在臟器和組織中濃度分布及其隨時間變化的圖像，顯示出臟器和組織的形態(tài)、位置、大小及其功能結(jié)構(gòu)的變化。核醫(yī)學影像檢查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)學顯像屬于功能性的顯像，即放射性核素顯像。核醫(yī)學儀器伴隨著核醫(yī)學這門學科的飛快的速度向前發(fā)展。核醫(yī)學儀器與核醫(yī)學本身是共生的,它滲透在整個核醫(yī)學治療的過程中,無論是過去單功能的測量儀還是現(xiàn)在綜合大型檢測儀,以及最新發(fā)展起來的各種治療儀都推動核醫(yī)學的發(fā)展。一、發(fā)展簡史1896年，法國物理學家貝克勒爾在研究鈾礦時發(fā)現(xiàn)，鈾礦能使包在黑紙內(nèi)的感光膠片感光，這是人類第一次認識到放射現(xiàn)象，也是后來人們建立放射自顯影的基礎。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，物理化學家Hevesy應用天然的放射性同位素鉛-212研究植物不同部分的鉛含量，后來又應用磷-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）等首先應用放射性氡研究人體動、靜脈血管床之間的循環(huán)時間，在人體內(nèi)第一次應用了示蹤技術(shù)。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(fā)展。1957年，安格（HalO.Anger）研制出第一臺γ照相機，稱安格照相機，使得核醫(yī)學的顯像由單純的靜態(tài)步入動態(tài)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(fā)射式斷層的技術(shù)，從而為日后發(fā)射式計算機斷層掃描機—ECT的研制奠定了基礎。1972年，庫赫博士應用三維顯示法和18F-脫氧葡萄糖（18F-FDG）測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)射計算機斷層顯像（PET）和單光子發(fā)射計算機斷層顯像（SPECT）的基礎，人們稱庫赫博士為“發(fā)射斷層之父”。γ照相機對早期核醫(yī)學發(fā)展起到過重要作用，但隨著SPECT、SPECT/CT的出現(xiàn)，已經(jīng)退史舞臺。隨著計算機在核醫(yī)學中應用，使核醫(yī)學儀器趨向于“智能化”?，F(xiàn)代核醫(yī)學儀器的結(jié)構(gòu)如按計算匹配方式可分為兩種：一是將計算機“嵌人”在核醫(yī)學儀器中，控制整個儀器的運行；另一種是將核S器連接在一個完整的計算機系統(tǒng)上，按照計算機的相應程序，獲得信息和分析結(jié)果。從計算機的角核醫(yī)學儀器中的有關(guān)部件是它的輸入設備，即所測到的電信號必須經(jīng)過接口數(shù)字化,按照計算機能接受的格式組成數(shù)據(jù)才能輸入計算機。平面顯像是重疊成像，存在的固有缺點:①微小的病變、深在的病變或放射性濃度改變較小的病變，常可被其前后的放射性掩蓋而難以清晰顯示;②不便于對放射性分布進行精確的定量計算。體層顯像克服了這些缺點。二、分類及應用特點1.γ相機γ相機是核醫(yī)學影像設備中最基本、最實用，而且最重要的一種。γ相機，又稱閃爍照相機（ScintillationCamera），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(xù)動態(tài)觀察的儀器。該儀器主要由四部分組成，即閃爍探頭、電子學線路、顯示記錄裝置以及附加設備。探頭是γ照相機的核心，其性能的好壞決定了整臺機器性能機圖像性能的好壞準直器針孔型平行孔型發(fā)散孔型聚焦孔型碘化鈉（鉈）閃爍晶體光電倍增管（按一定距陣排列的，個數(shù)按晶體的大小而定）閃爍探頭包括放大器（前置放大器和主放大器）單脈沖幅度高度分析器、對信號進行存放和分批輸人下一步電路的“取樣保持線路”均勻性校正線路電子線路包括示波器一步法照相機(Polaroidcamera)、35mm定時照相機實體放大器顯示記錄裝置包括隨各生產(chǎn)廠家和型號的不同而多寡不一，使用者可根據(jù)工作開展的需要選購配置如數(shù)字記錄器全身照相裝置門電路裝置等。隨著γ照相機的改進，某些原屬附件的裝置已納入主機,擴大了γ照相機的性能和功能。γ照相機的附加設備γ照相機作為一種無創(chuàng)傷性的診斷手段，其優(yōu)點主要是:①通過連續(xù)顯像，追蹤和記錄放射性藥物通過某臟器的形態(tài)和功能進行動態(tài)研究;②由于檢查時間相對較短，方便簡單,特別適合兒童和危重患者檢查;③由于顯像迅速，便于多體位、多部位觀察;④通過對圖像相應的處理,可獲得有助于診斷的數(shù)據(jù)或參數(shù)。2.ECT發(fā)射式計算機斷層（EmissionComputedtomography，ECT）是利用儀器探測人體內(nèi)同位素動態(tài)分布成像，并通過計算機進行數(shù)據(jù)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的。它可以做功能、代謝方面的影像觀察，是由電子計算機斷層（CT）與核醫(yī)學示蹤原理相結(jié)合的高科技技術(shù)。①可做斷層顯像，定位準確;②可用來分析臟器組織的生理、代謝變化，做臟器的功能檢查。ECT的主要特點是:ECT分為兩大類，一類是以發(fā)射單光子的核素為示蹤劑的，即單光子發(fā)射計算機斷層顯像儀（singlephotonemissioncomputedtomography，SPECT）；而另一類是以發(fā)射正電子的核素為示蹤劑的，即正電子發(fā)射計算機斷層顯像儀（positronemissiontomography，PET）。（1）SPECTSPECT實際上就是一個探頭可以圍繞病人某一臟器進行360°旋轉(zhuǎn)的γ相機，在旋轉(zhuǎn)時每隔一定角度（通常是5.6°或6°）采集一幀圖片，然后經(jīng)電子計算機自動處理，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。近年來為提高診斷的靈敏度、分辨率和正確性，同時縮短采集時間，雙探頭的SPECT也相繼應用于臨床中。SPECT同時也具有一般γ相機的功能，可以進行臟器的平面和動態(tài)（功能）顯像。

GE公司生產(chǎn)的SPECT設備及結(jié)構(gòu)（1）使用的示蹤劑適應面廣，特異性高，放射性小，不干擾人體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。（2）時域解像精度不到千分之一秒。（3）保留了γ照相機全部平面顯像的性能（4）分層臟器功能可以觀察到臟器功能動態(tài)變化，化學物質(zhì)在臟器內(nèi)代謝分布、血管量的變化、腫瘤免疫及受體定位等信息。SPECT設備的特點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(tài)顯像及腎圖檢查（6）其它SPECT顯像的主要臨床應用SPECT有兩種類型：多探頭型（亦稱掃描機型）多探頭型SPECT的探頭由多個小型的閃爍探測器組成，排列在圓周上，檢查時探頭做平動和轉(zhuǎn)動兩種運動，適用于快速動態(tài)研究。γ照相機型。γ照相機型的SPECT是由高性能、大視野、多功能的7照相機和支架旋轉(zhuǎn)裝置、圖像重建軟件等組成，可進行多角度、多方位的采集數(shù)據(jù)，每采集一幅圖像后，探頭旋轉(zhuǎn)一個角度繼續(xù)采集下一幅圖像，采集總角度為360。或180°,如心臟圖像采集一般為180°,圖像采集完畢存入硬盤以備圖像重建。圖像采集是保證體層圖像質(zhì)量的基礎，為了使圖像采集精確可靠，應做好以下工作:①采集前應仔細擺好病人位置，使被檢查的體層臟器在任何方位都置于探頭的視野內(nèi)，最好位于視野中心;②注意采集時間:為了提高統(tǒng)計精度，在病人耐受的情況下采集時間適當加長，平均總的采集時間為30分鐘左右，例如腦血流體層時共采集60幀,每幀采集時間為30秒，則總采集時間為30分鐘;③還應注意對準直器的選擇:一般用平行孔準直器，但由于圖像數(shù)據(jù)采集時病人體表與探頭之間有一定的距離，空間分辨率有一定的損失，為了補償空間分辨率損失，以采用低能高分辨率準直器為宜。如廠家提供的技術(shù)資料中，有不同臟器體層推薦采用的準直器類型，則可據(jù)此選用。（2）PETPET是目前在分子水平上進行人體功能顯像的最先進的醫(yī)學影像技術(shù)，它的空間分辨率明顯優(yōu)于SPECT。PET的基本原理是利用加速器生產(chǎn)的超短半衰期同位素，如氟-18、氮-13、氧-15、碳-17等作為示蹤劑注入人體，參與體內(nèi)的生理生化代謝過程。這些超短半衰期同位素是組成人體的主要元素，利用它們發(fā)射的正電子與體內(nèi)的負電子結(jié)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，以顯示人腦、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(yī)學的應用主要集中于神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、腫瘤三大領(lǐng)域。與SPECT比較，其特點是:①所用發(fā)射正電子的放射性核素如nC、13N、150等都是人體組織的基本元素，易于標記各種生命必需的化合物及其代謝產(chǎn)物或類似物而不改變它們的生物活性，且可參與人體的生理、生化代謝過程;加以這些核素的半衰期都比較短，檢查時可給予較大的劑量，從而提高圖像的對比度和空間分辨率。獲得反映人體生理、生化或病理及功能的圖像，比SPECT的圖像更清晰、更真實。PET的圖像不僅在臨床上可用來反映病變組織的病理生理、異常代謝的變化，對疾病的早期診斷、確定治療方案、療效監(jiān)測和判斷有很大的實用價值，且對探討功能性疾病的機制和研究生命現(xiàn)象具有理論上的意義。②雖然PET與SPECT的基本結(jié)構(gòu)相同，都是由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖像顯示以及檢查床等附件組成，但是由于采用的是發(fā)射正電子的放射性核素,電子在物質(zhì)中射程短并只能瞬間存在，不足以穿透較厚的臟器或組織,故測定正電子的基本方法是測量湮沒輻射產(chǎn)生的^光子;湮沒輻射產(chǎn)生的7光子與單光子有不同的特點，因而PET的探頭結(jié)構(gòu)與SPECT的探頭結(jié)構(gòu)也不完全一樣。在推廣應用方面受到以下兩點的制約:①由于發(fā)射正電子的放射性核素半衰期皆短，且都是由回旋加速器生產(chǎn)的，故使用PET的單位附近,應有生產(chǎn)這些短半衰期放射性核素的醫(yī)用回旋加速器;②應有快速制備這些短半衰期核素標記放射性藥物的設備和實驗室。第二節(jié)核醫(yī)學成像的基本部件由準直器、閃爍晶體、光電倍增管、前置放大器、定位電路、顯示記錄裝置、機械支架和床組成。病人體內(nèi)發(fā)出的γ射線準直器Na(T1)晶體光電倍增管γ射線閃爍熒光光電流前置放大定位電路圖像處理電路顯示器照相機其中將準直器、閃爍晶體、光電倍增管、前置放大器和電子矩陣電路等固定在一個支架上，組成探測器（探頭）一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理γ線通過鉛準直器孔道投射到晶體上，晶體產(chǎn)生的閃爍熒光可以同時經(jīng)光導傳輸?shù)剿械墓怆姳对龉苌?，最靠近突光點的光電倍增管接收到的光子最多，輸出的電脈沖幅度最大，離得較遠者則因接收的光子數(shù)較少，輸出的電脈沖幅度較?。ㄈ鐖D)。因此晶體中發(fā)生一個閃爍事件就會使排列有序的光電倍增管陽極輸出眾多的幅度不等的電脈沖信號，對這些信號經(jīng)過權(quán)重處理，就可以得到這一閃爍事件的位置信號P定位電路就是在每個光電倍增管的輸出端加一個與位置有關(guān)的權(quán)重電阻或權(quán)重延遲線，將每個管輸出的信號進行位置權(quán)重，再利用加法電路和減法電路將所有經(jīng)過的位置權(quán)重的信號總和，利用比分電路得出這一事件將有的位置信號P。圖為由各個光電倍增管的位置權(quán)重電阻組成的矩陣示意圖。每一個光電倍增管都與4個電阻相連接，各電阻的阻值根據(jù)管的位置不同而異。以下舉兩個簡化了的例子來說明閃爍事件的位置信號是如何形成的。一個閃爍事件發(fā)生在晶體中心（X、Y坐標原點），對位于第10號光電倍增管，其輸出信號S10經(jīng)過前置放大輸入的4個電阻，阻值相同，設為20；由4個電阻輸出的信號分別為X+、X-、Y+和Y-,經(jīng)過加法、減法和比分電路乃得到3個新的信號：X=(X+-X-)/ZY=(Y+-Y-)/Z

Z=X++X-+Y++Y-X和Y為該事件的位置信號，在此例中x值和Y值皆為零,據(jù)此乃可以確認事件發(fā)生在X、Y坐標原點。Z為能量信號，等于S10x80,再假設一個閃爍事件發(fā)生在晶體x軸最左側(cè)，對位于第8號光電倍增管，其輸出的信號S8輸人4個電阻,X軸左方電阻（X-)的阻值為40,右方（X+)為0,Y+和X-的阻值皆為20,則其位置信號和能量信號皆可求出：Z=S8(0+40+20+20)=S8x80

X=S8(0-40)/S8x80=-40/80=-0.5

Y=S8(20-20)/S8x80=0以此類推，可知任何閃爍事件發(fā)生在晶體的某個部位，相對應的光電倍增管通過位置權(quán)重電阻矩陣就會輸出特有的位置信號和能量信號。當然實際情況要復雜得多，即每一個閃爍事件可作用于很多個光電倍增管，每一個管都輸出經(jīng)過位置權(quán)重的X+、X-、Y+和Y-值，最后需由加法電路將各管的輸出值按X+、X-、Y+和Y-分別總和起來而給出此事件的X、Y、Z信號。這種位置權(quán)重矩陣電路被稱為高精度坐標計算裝置。探頭輸出的位置信號和能量信號隨后進入各種電子線路，包括：①信號線性放大器;②多道脈沖高度分析器:選擇所需要的能量信號;③定標電路:用以預置成像計數(shù)量;④定時電路:預置一次或連續(xù)多幀成像時間;⑤門電路:用以生理信號觸發(fā)采集和停止采集;⑥定方位電路:不論患者體位如何，使影像總是保持正像;⑦電源電路;⑧探頭運動和制動電路。位置信號X、Y分別傳輸給顯示器的水平(X)和垂直（Y)偏轉(zhuǎn)板，使同時輸入的能量信號定位觸發(fā)陰極射線管起輝。陰極射線管逐個積累光點達一定量即形成一幀閃爍影像。余輝顯示器能夠?qū)崟r觀察影像，但較為粗糙，常安置在探頭支架上方用于患者體位監(jiān)測和粗略的影像觀察。高分辨率顯示器用于實時或重放時的精細觀察和照相。為永久保存影像并對影像進行復制，常用的儀器有：多幅照相機;Poland照相機;針式打印機；影印機等。二、準直器準直器的功能是將被拍物體中某一空間區(qū)域內(nèi)，沿特定方向發(fā)射的γ射線投影到成像平面的相應面積元上，吸收其它方向的γ射線。準直器常用鎢鉛合金制作，包含圓形、方形或者六角形的小孔，覆蓋在整個NaI晶體表面。準直器可以分為低能（小于150KeV）、中能（150-300KeV）和高能（300-600KeV）三種，低能準直器孔徑最小，空間分辨率最高；中能次之；高能最差準直器的作用準直器位于探頭的最前端它是由鉛或鉛鎢合金鑄成的機械裝置，它的作用是把人體內(nèi)四面八方分散的伽瑪射線定向準直到閃爍晶體的一定部位上。這種采用準直器的方法稱作機械準直，以確別于電子準直。準直器的結(jié)構(gòu)準直器是在有一定厚度的重金屬屏板上制作出不同形狀和數(shù)目的小孔而成的。在實際應用中大多采用鉛，有時為增強其屏蔽能力，在關(guān)鍵部分用鎢合金鑄成。(一）準直器的主要性能參數(shù)準直器的主要參數(shù)有孔數(shù)、孔徑、孔長（或稱孔深）及間壁厚度，由它們決定準直器的空間分辨率、靈敏度和適用能量范圍等性能參數(shù)。

1.準直器的空間分辨率空間分辨率表征對兩個鄰近點源加以區(qū)別的能力，通常以準直器一個孔的線源響應曲線的半峰全寬度（FWHM,簡稱半高寬度）作為分辨率（R）的指標，越小表示空間分辨率越好?？筛鶕?jù)準直器及其有關(guān)的幾何參數(shù)求得：a為孔長（即準直器的厚度）；b為被測物與準直器外口的距離，c為準直器內(nèi)口與晶體的平均距離d為外口直徑2?準直器的靈敏度靈敏度(S)為配置該準直器的探頭實測單位活度（如1MBq)的計數(shù)率（計數(shù)/S)式中k為所測γ射線的豐度e為光電子峰探測效率E為準直器幾何效率此公式中未考慮射線在被檢物體內(nèi)的衰減。對平行針孔準直器而言：式中k為隨孔的形態(tài)而異的常數(shù)d為外孔直徑a為準直器的厚度t為孔間壁厚度可見準直孔越大，靈敏度越高;準直器越厚,靈敏度越低;孔間壁越厚，靈敏度越低。3.適用能量范圍主要與孔間壁有關(guān)，厚度0.3mm左右者適用于低能（<150keV)射線探測，1.5mm左右者適用于中能（150?350keV),2.0mm左右者適用于高能（>350keV)。準直器類型：(1)、針孔形(2)、平行孔形(3)、擴散型(4)、會聚型按幾何形狀分類各種準直器的特點（1）平行孔型準直器空間分辨力隨距離增加而變差靈敏度隨距離增加變化不太圖像大小與靶器官和準直器之間的距離無關(guān)分為低能通用型、低能高分辨率、低能高靈敏度（2）擴散型準直器擴大了有效視野10%-20%靈敏度和分辨率較平行孔差，隨放射源與準直器距離的增加而變壞易產(chǎn)生圖像畸變（3）會聚型準直器提高靈敏度和分辨率易出現(xiàn)圖像畸變適用于總計數(shù)時間受限的動態(tài)研究（4）針孔型準直器與小孔成像原理一樣，像與實物的方向相反成像大小與距離成反比，距離越近，成像越大2.按適用的γ射線能量共分三類:①低能準直器;②中能準直器;③高能準直器。3.按靈敏度和分辨率共分三類:①高靈敏型;②高分辨型;③通用型，即兼顧靈敏度和分辨率的一類準直器。第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機體層設備（SPECT）SPECT單光子發(fā)射計算機斷層成像術(shù)(Single-PhotonEmissionComputedTomography，SPECT)

SPECT通常由探測器、機架、床、控制臺、計算機和外圍設備組成影像的重建和處理是控制臺和計算機的主要任務之一。ＥＣＴ顯像的主要臨床應用

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(tài)顯像及腎圖檢查。一、SPECT的成像原理及類型（一）成像原理是一臺高性能的γ照相機的基礎上增加了支架旋轉(zhuǎn)的機械部分、斷層床和圖像重建（reconstruction）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（transversesection）、冠狀面（coronalsection）和矢狀面（sagittalsection）及其它斜斷面的斷層影像。SPECT的基本本成像原理γ照相機探頭的每個靈敏點探測沿一條投影線(Ray)進來的γ光子，其測量值代表人體在該投影線上的放射性之和。在同一條直線上的靈敏點可探測人體一個斷層上的放射性藥物，它們的輸出稱作該斷層的一維投影(Projection)。圖中各條投影線都垂直于探測器并互相平行，故稱之為平行束，探測器的法線與X軸的交角θ稱為觀測角(View)。γ照相機是二維探測器，安裝了平行孔準直器后，可以同時獲取多個斷層的平行束投影，這就是平片。平片表現(xiàn)不出投影線上各點的前后關(guān)系。要想知道人體在縱深方向上的結(jié)構(gòu)，就需要從不同角度進行觀測。（二）類型1.掃描機型SPECT檢查時探頭須知平動和旋轉(zhuǎn)兩種運動，探測器沿病人某一截面在不同方向上作直線掃描，將每一條線上的體內(nèi)示蹤劑放出的射線總和記錄下來，形成一個投影。這些直線投影的集會形成一個投影截面。每做完一次直線掃描，探測器旋轉(zhuǎn)一定角度，再掃描一次，取得另一個投影截面，如此反復，直到整個掃描結(jié)束。由計算機對取樣數(shù)據(jù)進行處理并重建為體層像。這類SPECT體層速度快，適用于快速動態(tài)研究，但因價格較高，不能同時兼用于平面顯像和全身顯像，故在實際應用中掃描型SPECT僅占5%，趨于淘汰。2.γ相機型SPECTγ相機型的SPECT是由高性能、大視野、多功能的γ照相機和支架旋轉(zhuǎn)裝置、圖像重建軟件等組成，可進行多角度、多方位的采集數(shù)據(jù)。圖像采集完畢存入硬盤以備圖像重建。γ相機型SPECT有兩種具體實施方法。（1）固定型：固定型是采用結(jié)構(gòu)固定式探測器。它由互成90度的4臺γ相機組成。用多針孔準直器或旋轉(zhuǎn)斜孔準直器采集不同角度的投影而進行圖像重建，90度內(nèi)的掃描通過旋轉(zhuǎn)病訂來實現(xiàn)。（2）旋轉(zhuǎn)型：旋轉(zhuǎn)型是目前常用的方法，是用1臺或2臺閃爍γ相機，將整個探測器裝在可旋轉(zhuǎn)360度的框架上。應用大視野閃爍晶體、多個光電管的γ相機探頭圍繞身體旋轉(zhuǎn)360度或180度進行完全角度或有限角度取樣，可以重建各種切面的符合臨床要求的體層像。旋轉(zhuǎn)γ相機型SPECT既可獲取平面投影像，又可獲取人體橫斷層面像和全身顯像。一次旋轉(zhuǎn)即得到多個層面的重建數(shù)據(jù)，靈敏度高，速度快。近幾年為了提高靈敏度和空間分辨力，加快采集速度，已有雙探頭和三探頭的旋轉(zhuǎn)γ相機型問世。二、SPECT的基本組成由探測器、機架、床、控制臺、計算機和外周裝置組成。1.探測器SPECT探測器與照相機探測器相同2.機架機械運動組件機架運動控制電路電源保障系統(tǒng)機架操縱器運動狀態(tài)顯示器3.計算機及外圍裝置計算機：微型機、小型機、單功能多處理器等外圍裝置：磁帶機、可讀寫光盤、高精度的黑白或彩色顯示器、生理信號檢測輸出設備三、SPECT的性能特點1.體層圖像2.衰減校正3.空間分辨率較低4.靈敏度比較低5.價格便宜第四節(jié)正電子發(fā)射型計算機體層設備（PET）正電子發(fā)射型計算機斷層掃描儀正電子發(fā)射型計算機斷層顯像（PositronEmissionComputedTomography），是核醫(yī)學領(lǐng)域比較先進的臨床檢查影像技術(shù)。PET是目前惟一可在活體上顯示生物分子代謝、受體及神經(jīng)介質(zhì)活動的新型影像技術(shù)，現(xiàn)已廣泛用于多種疾病的診斷與鑒別診斷、病情判斷、療效評價、臟器功能研究和新藥開發(fā)等方面。（1）靈敏度高。（2）特異性高。（3）全身顯像。（4）安全性好。PET檢查儀的原理

一些短壽命的物質(zhì)，在衰變過程中釋放出一個正電子，在行進1到3厘米后遇到一個電子后發(fā)生湮滅，從而產(chǎn)生方向基本相反的一對511KeV的能量。這些信息，通過高度靈敏的照相機捕捉，并經(jīng)計算機進行散射和隨機信息的校正后，我們可以得到在生物體內(nèi)聚集情況的三維圖像。一、正電子放射性核素正電子又稱β+粒子，是放射性核素在衰變過程中發(fā)射出來的帶正電荷的電子，其質(zhì)量與帶負電荷的電子相同。發(fā)射正電子的放射性核素幾乎都是人工生產(chǎn)的放射性核素，自然界中的天然放射性核素一般不會發(fā)射正電子。正電子在物質(zhì)中經(jīng)過極短距離的運行后，與臨近的負電子結(jié)合而消失，從而轉(zhuǎn)化成一對方向相反、能量各為0.511MeV的y光子，通常將這一過程稱為湮沒輻射，這也是當今進行PET成像的基礎。目前醫(yī)用正電子核素主要是由回旋加速器生產(chǎn)。用加速的質(zhì)子或zH轟擊相應的穩(wěn)定性原子而獲得，如應用穩(wěn)定的元素^18O可以制備目前常用的正電子放射性核素18F，其物理半衰期為109min，應用18F標記的脫氧葡萄糖(18F-FDG)又是用PET診斷腫瘤最常用的顯像藥物或顯像劑。除了18F外，回旋加速器生產(chǎn)的PET顯像用正電子核素還有13N，11C和150等，這些核素的物理半衰期都非常矩，其中150僅122s，13N為lOmin，11C為20.3min。由于這些核素的半衰期太短，不便于長途運輸，故一般都在醫(yī)院內(nèi)生產(chǎn)。其他目前應用比較少的正電子核素還有62Cu，64CL1，68Ga，124I等，有些可通過發(fā)生器生產(chǎn)制備。二、PET探測原理PET的基本原理是利用加速器生產(chǎn)的超短半衰期同位素，如氟-18、氮-13、氧-15、碳-17等作為示蹤劑注入人體，參與體內(nèi)的生理生化代謝過程。這些超短半衰期同位素是組成人體的主要元素，利用它們發(fā)射的正電子與體內(nèi)的負電子結(jié)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，以顯示人腦、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。1.符合電路僅有電子準直還不能確定閃爍事件的空間位置。少林湮沒輻射的兩個γ光子是空間某點上同時產(chǎn)生的閃爍事件，必須把它們同時測定下來才能確定事件發(fā)生的空間位置。探測同時發(fā)生的信號采用符合探測技術(shù)。符合線路與單道分析器中應用的符合線路相反，前者是兩個閃爍事件同時進入則被探測，不同時進入的閃爍事件則被剔出，后者則剛好把同時進入的閃爍事件剔出于門外。2.隨機符合除真實符合外，短于分辨時間進入符合線路的兩個無關(guān)γ光子也會被探測下來，實際上這兩個光子并不是發(fā)生湮滅事件時產(chǎn)生的兩個相關(guān)光子，而是由于某種其他原因同時到達檢測器的兩個不相關(guān)的光子，這種符合稱為隨機符合。發(fā)生隨機符合可能有以下幾種情況：一是散射后發(fā)生的符合事件，占全部真實符合事件的8%~30%，二是所謂的偶然符合事件，約占真實事件的15%，隨機符合的存在是PET中一個十分嚴重的問題，它造成了偽像損害圖像質(zhì)量。減少隨機符合最簡單的方法是采用低計數(shù)率，也有采用減法電路，把隨機符合從總計數(shù)中剔出。3.衰減校正為了準確地確定放射性核素在人體內(nèi)的密度分布，PET系統(tǒng)也需要進行衰減校正，其原理和SPECT類似，但比SPECT系統(tǒng)的校正更精確。4.飛行時間技術(shù)在成對探測器視野內(nèi)的一對γ光子到達兩個探測器的時間可能有差別或無差別，根據(jù)Δt和光速可計算出發(fā)生湮沒輻射的確切位置，這一技術(shù)應用于提高空間分辨力，稱為飛行時間技術(shù)。三、PET的基本結(jié)構(gòu)PET掃描系統(tǒng)主要由掃描儀、顯像床、電子柜、操作與分析工作站和影像硬拷貝工作站等組成。1. PET掃描儀PET掃描儀的外形類似CT，為一個柱狀的支架，掃描視野位于支架的中央，為一個環(huán)狀、筒形的空洞。掃描儀由探測器、射線屏蔽裝置、棒源、符合事件探測及符合事件處理系統(tǒng)等組成2.電子柜電子柜主要由陣列處理器組成，用于貯存符合事件處理系統(tǒng)傳來的光子信號，并在工作站指令指導下通過重建將其轉(zhuǎn)化為圖像。3.操作與分析工作站操作與分析工作站通過人機對話控制掃描儀、顯像床及電子櫥進行圖像采集、重建處理等，并對重建后圖像重新切層和進行圖像顯示、圖像分析和定量計算等。四、PET成像特點與應用（一）優(yōu)點PET是目前惟一可在活體上顯示生物分子代謝、受體及神經(jīng)介質(zhì)活動的新型影像技術(shù)，現(xiàn)已廣泛用于多種疾病的診斷與鑒別診斷、病情判斷、療效評價、臟器功能研究和新藥開發(fā)等方面。（1）靈敏度高。PET是一種反映分子代謝的顯像，當疾病早期處于分子水平變化階段，病變區(qū)的形態(tài)結(jié)構(gòu)尚未呈現(xiàn)異常，MRI、CT檢查還不能明確診斷時，PET檢查即可發(fā)現(xiàn)病灶所在，并可獲得三維影像，還能進行定量分析，達到早期診斷，這是目前其它影像檢查所無法比擬的。（2）特異性高。MRI、CT