第六章 核醫(yī)學(xué)成像

第六章核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)一、核醫(yī)學(xué)成像概述二、核診斷用放射性同位素三、核物理學(xué)中的一些概念四、核診斷學(xué)的檢測手段五、核診斷儀器的組成

六、照相機（Gammacamera）

七、發(fā)射性計算機斷層成像八、核醫(yī)學(xué)影成像圖像質(zhì)量指標(biāo)第六章核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)－主要內(nèi)容一、核醫(yī)學(xué)成像概述人類已進(jìn)入21世紀(jì)，經(jīng)濟將高度發(fā)展，人民生活水平進(jìn)一步提高，人民渴望有一個好的生活環(huán)境和健康的身體，所以需要提高醫(yī)療技術(shù)和水平，更新醫(yī)療設(shè)備，提高全民族的健康，使人民的平均壽命提高到新的水平。核科學(xué)與醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、放射學(xué)和劑量學(xué)等結(jié)合，產(chǎn)生了放射診斷學(xué)、放射治療學(xué)和核醫(yī)學(xué)等學(xué)科。一、核醫(yī)學(xué)成像概述現(xiàn)代醫(yī)學(xué)包括四個方面：預(yù)防醫(yī)學(xué)、診斷醫(yī)學(xué)、治療醫(yī)學(xué)和康復(fù)醫(yī)學(xué)。核科學(xué)可用于預(yù)防、診斷和治療，已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中不可缺少的部份。例如：預(yù)防領(lǐng)域如乳腺癌普查、骨密度普查、X光定期檢查等；診斷領(lǐng)域中高檔設(shè)備都和核科學(xué)有關(guān)，如XCT、ECT、MRI和PET等；治療領(lǐng)域，現(xiàn)代癌癥有70％需要放射性治療，還有X刀、γ刀、質(zhì)子刀等都是目前最先進(jìn)的治療設(shè)備。幾十年來核醫(yī)學(xué)已得到相當(dāng)大的發(fā)展，在醫(yī)院中放射科和核醫(yī)學(xué)科都已成為現(xiàn)代化醫(yī)院中的重要部門。一、核醫(yī)學(xué)成像概述1、核醫(yī)學(xué)的定義：核醫(yī)學(xué)，又稱原子（核）醫(yī)學(xué)，是一門利用開放型放射性核素診斷和治療疾病的學(xué)科。核醫(yī)學(xué)是核技術(shù)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合的學(xué)科；核醫(yī)學(xué)的任務(wù)是用放射性核素及核技術(shù)來診斷、治療及研究疾?。缓酸t(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)。

2、核醫(yī)學(xué)成像的特點：（1）高靈敏度：目前可測量300種以上的活體，

可探測到10-9--10-15克；（2）無創(chuàng)傷性，可動態(tài)觀察；（3）反映體內(nèi)的生化和生理過程；（4）同時反映組織或臟器的形態(tài)與功能；（5）核醫(yī)學(xué)成像是以臟器內(nèi)、外，或臟器內(nèi)各部分之間

的放射性濃度差別為基礎(chǔ)，顯示的靜態(tài)和動態(tài)圖像，

該圖像不僅反映了人體組織、臟器和病變的位置、形

態(tài)、大小，而且還提供了組織、臟器每個微小局部變

化和差別。一、核醫(yī)學(xué)成像概述一、核醫(yī)學(xué)成像概述2、核醫(yī)學(xué)成像的特點：(6)核醫(yī)學(xué)成像具有多種動態(tài)成像方式，同時提供多種功能參數(shù)以反映機體及組織的血流功能、代謝等方面的信息。(7)一些放射性核素具有向臟器或病變的特異性聚集，由此而獲得的核素成像具有較高的特異性，可顯示不同組織類型的腫瘤、各種神經(jīng)受體、炎癥、轉(zhuǎn)移灶等組織器官的影像，而這些單靠形態(tài)學(xué)檢查常常難以實現(xiàn)。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(xué)成像具有簡單、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。一、核醫(yī)學(xué)成像概述3、核醫(yī)學(xué)的分類一、核醫(yī)學(xué)成像概述4、核醫(yī)學(xué)成像方法:X射線和超聲成像都是由外部向人體發(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?，F(xiàn)在討論另一種成像方法：核醫(yī)學(xué)影像則是向人體注射放射性核素示蹤劑，使帶有放射性核素的示蹤原子進(jìn)入人體內(nèi)要成像的臟器或組織，使它們變成射線源，然后通過測量放射性核素在人體內(nèi)的分布來成像。一、核醫(yī)學(xué)成像概述4、核醫(yī)學(xué)成像方法:在進(jìn)行臟器顯像和/或功能測定時，醫(yī)生根據(jù)檢查目的，給病人口服或靜脈注射某種放射性示蹤劑，使之進(jìn)入人體后參與體內(nèi)特定器官組織的循環(huán)和代謝，并不斷地放出射線。這樣我們就可在體外用各種專用探測儀器追蹤探查，以數(shù)字、圖像、曲線或照片的形式顯示出病人體內(nèi)臟器的形態(tài)和功能。5、核醫(yī)學(xué)成像的過程：核醫(yī)學(xué)成像的過程是先把某種放射性同位素標(biāo)記在藥物上，形成放射性藥物并引入人體內(nèi)，當(dāng)它被人體的臟器和組織吸收后，就在體內(nèi)形成了輻射源。用射線檢測裝置可以從體外檢測體內(nèi)放性核素在衰變過程中放出的射線，從而構(gòu)成放射性同位素在體分布密度的圖像。由于放射性藥物能夠正常地參與機體的物質(zhì)代謝，因此核醫(yī)學(xué)成像的圖像不僅反映了臟器和機體組織的形態(tài)，更重要的是提供有關(guān)臟器功能的生理、生化信息。一、核醫(yī)學(xué)成像概述一、核醫(yī)學(xué)成像概述6、發(fā)展簡史1896年，法國物理學(xué)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(rèn)識到放射現(xiàn)象。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。1926年，美國波士頓內(nèi)科醫(yī)師布盧姆加特（Blumgart）首先應(yīng)用放射性氡研究人體動、靜脈血管之間的循環(huán)時間，在人體內(nèi)第一次應(yīng)用了示蹤技術(shù)。一、核醫(yī)學(xué)成像概述1951年，美國加州大學(xué)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(jìn)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(xué)的顯像由單純的靜態(tài)步入動態(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)射式計算機斷層掃描機—ECT的研制奠定了基礎(chǔ)。

一、核醫(yī)學(xué)成像概述

1972年，庫赫博士應(yīng)用三維顯示法和18F-脫氧葡萄糖，測定了腦局部葡萄糖的利用率。他的發(fā)明成為正電子發(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(chǔ)，人們稱庫赫博士為“發(fā)射斷層之父”。目前，絕大多數(shù)γ照相機不是真正數(shù)字式的，在探頭內(nèi)部仍以模擬為主，探頭輸出位置信號開始進(jìn)入數(shù)字式。隨著計算機在核醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，核醫(yī)學(xué)儀器趨向于“智能化”。一、核醫(yī)學(xué)成像概述7、當(dāng)前核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的應(yīng)用概況

(1)目前廣泛使用的單光子發(fā)射計算機斷層（SPECT），已從單探頭、雙探頭和三探頭，直至現(xiàn)在發(fā)展為帶衰減校正的能進(jìn)行符合線路成像的SPECT.

SPECT并不是一種很新的設(shè)備，于1979年研制成功。經(jīng)多年不斷改進(jìn)，產(chǎn)生了許多不同型號、不同檔次的產(chǎn)品，其顯像的基本原理沒有變化，仍屬于比較低端的核醫(yī)學(xué)設(shè)備。國內(nèi)三級以上醫(yī)院都已經(jīng)配備SPECT，數(shù)量達(dá)300臺以上。主要用途：用于全身骨骼、心肌血流、腦血流、甲狀腺等顯像。一、核醫(yī)學(xué)成像概述（2）PET：所應(yīng)用的顯像劑如C-11、N-13，O-15等都是人體組織的基本元素，且可以參與人體的生理、生化代謝過程，能夠深入分子水平反映人體的生理、生化過程，從功能、代謝等方面全面評價人體的功能狀態(tài)，達(dá)到早期診斷疾病、指導(dǎo)治療的目的。定性準(zhǔn)確和一次性完成全身顯像的特點極大地促進(jìn)了PET在腫瘤、腦神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及心臟病等方面的應(yīng)用。PET最大的缺點是解剖結(jié)構(gòu)顯示分辯率低。一、核醫(yī)學(xué)成像概述

（3）PET/CT：把擅長功能顯像的PET與擅長顯示解剖結(jié)構(gòu)的全身CT結(jié)合起來，在2000年世界上第一臺同機一體PET/CT在美國CTI公司研制成功，被選為年度最偉大的發(fā)明創(chuàng)造。PET/CT是目前最先進(jìn)的PET與最好的多排螺旋CT的完美組合，達(dá)到了一加一大于二的效果，成為目前最豪華的醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備。PET/CT的出現(xiàn)使醫(yī)學(xué)影像技術(shù)進(jìn)入了一個新的階段。PET與CT的同機組合把兩種設(shè)備的圖像融合起來進(jìn)行分析，極大地提高了臨床醫(yī)生診斷準(zhǔn)確性，一經(jīng)問世便在世界范圍內(nèi)高速增長。2002年第一臺PET/CT在國內(nèi)安家落戶，目前PET/CT在國內(nèi)已經(jīng)呈獻(xiàn)快速發(fā)展的趨勢。

一、核醫(yī)學(xué)成像概述SPECT的最高探測效率僅為PET的1%-3%左右，圖像質(zhì)量遠(yuǎn)不能與PET/CT相比，診斷效能上差距較大。

比較：二者一種是普及型的低端產(chǎn)品，價格較低；一種是世界上公認(rèn)的最高檔次的醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備，價格昂貴、投資巨大，很難普及和推廣。一、核醫(yī)學(xué)成像概述

（4）PET和其他檢查的區(qū)別：1)單純X線CT成像的基礎(chǔ)：根據(jù)人體組織對外源X線的吸收

程度不同來判斷人體組織器官的結(jié)構(gòu)改變情況；2)磁共振檢查:將人體置入外加磁場內(nèi)，然后探測人體內(nèi)

組織成分的磁信號變化情況；3)醫(yī)學(xué)超聲成像：依靠超聲在人體內(nèi)傳播，遇到不同的組織和器官時，因其聲特性阻抗不同而產(chǎn)生聲強有差異的回波（超聲在人體組織上的反射波）來建立影像;4)PET檢查：探測人體內(nèi)物質(zhì)（或藥物）代謝功能的動態(tài)變化。

包括精確的定位和定性等，是其他檢查不能比擬的。

四者的成像原理有本質(zhì)的區(qū)別。

二、核診斷用放射性同位素

(1)同位素：原子核中質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的化學(xué)元素。

放射性同位素與非放射性同位素在化學(xué)性質(zhì)上是相同的，不同的是前者可以衰變，同時放出射線，放射性同位素又稱為放射性核素（Radionuclide）。(2)衰變：放射性同位素自發(fā)地放射出射線后，本身轉(zhuǎn)化為另一種核素，這種現(xiàn)象稱為“衰變”。(3)放射射線：放射性核素放出的射線有三種：，在核醫(yī)學(xué)中主要用γ射線（γ光子）和正電子射線來進(jìn)行診斷，為什么？注：射線穿透力不強，對人體輻射危害較大，而γ、

射線穿透力強，對人體輻射危害較小。二、核診斷用放射性同位素(4)放射射線的性質(zhì)：1.能使氣體電離；2.能激發(fā)熒光物質(zhì)；3.能使照相底片感光；4.具有穿透性，射線足夠強時，還會破壞生物組織的細(xì)胞。(5)射線能量要求：為了保證成像的質(zhì)量而對患者的輻射劑量維持在容許的水平上，對射線的能量有一定的要求。一般認(rèn)為，發(fā)射能量在25-511kev范圍內(nèi)的X射線或γ射線的放射性核素，對成像目的有用，而且要求放射性核素的純度必須足夠高。二、核診斷用放射性同位素(6)核醫(yī)學(xué)中用的放射性核素：一般是人工制造的，利用原子反應(yīng)堆或離子加速器產(chǎn)生的高能一碰撞粒子轟擊某些原子核來產(chǎn)生，然后用化學(xué)的方法進(jìn)行分離。

(7)放射性核素的化學(xué)載體：放射性核素必須要有適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)載體，即制成放射性藥物。

(8)放射性藥物的要求：放射性藥物要能對靶器官有定位特性和衰減（清除）率特性，即能被靶器官特定吸收而又能及時排出，要求無菌、無毒性（通過注射或口服）。二、核診斷用放射性同位素常用放射性核素:

SPECT最常用的放射性核素為99Tcm

其次為131I

PET最常用的放射性核素為

18F

其次為11C、13N、15O三、核物理學(xué)中的一些概念

(1)核物理中的基本粒子：在核物理中以基本粒子為單位參加核反應(yīng)，基本粒子有：質(zhì)子、中子、粒子、粒子、

粒子等。(2)蛻變：原子核的質(zhì)量或電荷的變化稱為蛻變。(3)自動核衰變：特殊核蛻變稱為自動核衰變。(4)放射性核素：核能夠自動（發(fā)）衰變者稱為放射

性核素。(5)半衰期：放射性核素由于衰變而使原有的質(zhì)量（或電荷）剩下一半所需的時間。四、核診斷學(xué)的檢測手段

(1)核診斷的計數(shù)與定位：核診斷需要對發(fā)射粒子進(jìn)行計數(shù)和定位。由于核蛻變不能直接觀察到，必須通過探頭測量其產(chǎn)生的效果。

(2)發(fā)射粒子的探測：利用發(fā)射粒子的吸收效果，有兩種方法進(jìn)行探測：

（一）由電離而產(chǎn)生的電導(dǎo)性測量；

（二）物質(zhì)中產(chǎn)生的閃爍光的測量。

(3)探測器的分類：一是電離探測器；二是閃爍探測器。

四、核診斷學(xué)的檢測手段(4)電離探測器：利用發(fā)射粒子的電離效應(yīng)，離子在電場的作用下將產(chǎn)生電流的特性。在隨機碰撞所產(chǎn)生的重新組合發(fā)生之前，離子在電場中所通過路徑越長，檢測的靈敏度越高，氣體材料是適用于電離探測器。由于氣體材料組成的探頭物質(zhì)的密度很低，對粒子的檢測效率很低，因此氣體電離探測器在核診斷中的作用是次要的，主要用于X射線的探測。

另外：半導(dǎo)體材料組成的探測器也屬于離子探測器，發(fā)射粒子在半導(dǎo)體中并不形成離子，而只形成電子－空穴對，優(yōu)點是靈敏度高，電離能量只需氣體材料的十分之一。四、核診斷學(xué)的檢測手段

(5)閃爍探測器：輻射能量被吸收將引起電子層的重新排列，使能量轉(zhuǎn)換成紫外線或可見光，這種現(xiàn)象稱為閃爍，閃爍探測器常使用碘化鈉晶體材料，并用光電倍增管來實現(xiàn)光能到電信號的轉(zhuǎn)換。每一個發(fā)射粒子引起的閃爍效應(yīng)將產(chǎn)生一個電脈沖信號，對這個電脈沖進(jìn)行計數(shù)，就可得到蛻變速率。放射性的檢測主要是蛻變速率的檢測。

(6)脈沖高度分析器：為了能與蛻變速率成正比，去掉隨機產(chǎn)生的噪聲，必須對脈沖幅度（與發(fā)射粒子的能量有關(guān)）進(jìn)行選擇，選擇那些由全部吸收均在探頭中發(fā)生的發(fā)射粒子引起的脈沖，這在電路上稱為“脈沖高度分析器”。四、核診斷學(xué)的檢測手段

(7)脈沖高度分析器的原理：如果沒有康普頓效應(yīng)而只有光電效應(yīng)，則發(fā)射γ粒子的放射性物質(zhì)的密度譜只在一定能量處有一峰值。因此，用加“窗口”技術(shù)來進(jìn)行脈沖選擇，選擇具有一定幅值的脈沖通過而其它幅值的脈沖被濾掉，可以保證計數(shù)率的準(zhǔn)確性。

五、核診斷儀器的組成核診斷儀器的組成：探測器、線性放大器、脈沖高度分析器（鑒別器）、脈沖計數(shù)器、顯示打印部分，以及探測器裝置、病人床的機械運動機構(gòu)、復(fù)雜的計算機控制與圖像處理系統(tǒng)。五、核診斷儀器的組成(1)探測器：由準(zhǔn)直器、NaI（T1）晶體、光電倍增管及前置放大器等組成，其作用是將γ射線的能量轉(zhuǎn)換成電壓脈沖信號，其幅度與γ射線的能量成正比。(2)線性放大器：將探測器來的電信號進(jìn)一步放大及處理。(3)脈沖高度分析器：利用加窗技術(shù)，選擇具有一定幅值的脈沖通過而其它幅值的脈沖抑制下去。五、核診斷儀器的組成

(4)脈沖記數(shù)器：對脈沖高度分析器出來的脈沖進(jìn)行測量，有兩種測量方法：一種計數(shù)法，稱為計數(shù)器；另一種是對脈沖序列進(jìn)行平均，稱為速率計。不同類型的核診斷儀器，對射線光子的能量范圍也有一定要求，一般認(rèn)為，25－511KeV范圍內(nèi)的X射線或射線的放射性核素，對成像目的有用。對于Anger單晶閃爍照相機，光子的能量范圍為75-300KeV成像最有效；正電子發(fā)射斷層成像則利用正電子湮滅過程中解釋放出的511KeV的光子。六、核診斷儀器分類及應(yīng)用特點1.γ照相機(1)γ照相機是核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備中最基本、最重要的一種，γ照相機，又稱閃爍照相機是一種能對臟器中的放射性核素分布進(jìn)行一次成像和連續(xù)動態(tài)觀察的儀器。(2)該儀器主要由四部分組成，即閃爍探頭、電子線路、顯示記錄裝置以及附加設(shè)備。(3)γ照相機可同時記錄臟器內(nèi)各個部份的射線，快速形成一幀器官靜態(tài)平面圖像，亦可用于獲取反映臟器內(nèi)放射性分布變化的連續(xù)照片，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，可觀察臟器的動態(tài)功能及其變化，因此γ照相機既是顯像儀又是功能儀。2.發(fā)射式計算機斷層（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(jìn)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。

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(xué)示蹤原理相結(jié)合的高科技技術(shù)。ECT分為兩大類：一類：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（SPECT）；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（PET）。六、核診斷儀器分類及應(yīng)用特點3.SPECT:SPECT是一個探頭可以圍繞病人某一臟器進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)的γ相機，在旋轉(zhuǎn)時每隔一定角度（通常是6°）采集一幀圖片，然后經(jīng)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。

近年來為提高診斷靈敏度、分辨率和正確性，縮短采集時間，雙探頭、三探頭的SPECT也相繼應(yīng)用于臨床中。SPECT同時也具有一般γ相機的功能，可以進(jìn)行臟器的平面和動態(tài)（功能）顯像。六、核診斷儀器分類及應(yīng)用特點4.PET：PET是目前在分子水平上進(jìn)行人體功能顯像的最先進(jìn)的醫(yī)學(xué)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)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(fù)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，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(xué)的應(yīng)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。六、核診斷儀器分類及應(yīng)用特點七、具體核診斷儀器整個系統(tǒng)由準(zhǔn)直器、閃爍晶體、光電倍增管陣列、位置計算電路、脈沖高度分析器與相應(yīng)的顯示裝置構(gòu)成。

第一類：γ照相機(1)系統(tǒng)構(gòu)成γ相機的探頭結(jié)構(gòu)伽瑪照相機的探頭結(jié)構(gòu)顯示：如果該伽瑪射線的能量屬于需要紀(jì)錄的伽瑪射線，則根據(jù)計算出的位置值(x,y)，在示波器的相應(yīng)點上顯示，經(jīng)過一定時間后，就會形成一幅閃爍圖像。定位電路：與PMT配合計算出伽瑪射線的出射位置(x,y)，以及該伽瑪射線的能量值。光電倍增管(PMT)：將可見光轉(zhuǎn)化為電信號，PMT以六角蜂窩狀排列，以配合定位電路計算伽瑪射線的出射位置。NaI(Tl)晶體：使伽瑪射線轉(zhuǎn)化為可見光。準(zhǔn)直器：防止散射線進(jìn)入探測器，即防止臨近組織產(chǎn)生的伽瑪射線散射進(jìn)入測量部位組織。

A.準(zhǔn)直器-最重要部件之一

準(zhǔn)直器的作用：實現(xiàn)空間定位，是讓一定視野范圍內(nèi)的一定角度方向上的γ射線通過準(zhǔn)直器小孔進(jìn)入閃爍晶體，而視野外的與準(zhǔn)直器孔角不符的射線則被準(zhǔn)直器所屏蔽，起到空間定位選擇器的作用。閃爍晶體與準(zhǔn)直器具有相同的直徑，并緊貼安裝在準(zhǔn)直器的背后。

在γ照相機中使用的準(zhǔn)直器是一塊開了許多小孔的有一定厚度的鉛板，根據(jù)小孔的不同形式可將其分為平行孔型、張角型、聚焦型與針孔型等幾種類型。

第一類：γ照相機(一)平行孔型準(zhǔn)直器平行孔型準(zhǔn)直器中所開的孔是相互平行的。

使用平行孔型準(zhǔn)直器時，γ照相機的視野與準(zhǔn)直器的直徑相當(dāng)。晶體上的圖像大小與人體放射源的實際大小相同。人體與探測器的距離發(fā)生變化時，所得的圖像大小并不會發(fā)生變化。注：靈敏度不會因為探查物距離的遠(yuǎn)近而發(fā)生明顯變化。前視圖側(cè)視圖視野閃爍晶體放射源

張角（發(fā)散）型準(zhǔn)直器，小孔面向探查對象呈扇形。

張角型準(zhǔn)直器可以擴大視野，得到比晶體尺寸更大的放

射源圖像。被探查對象離準(zhǔn)直器越遠(yuǎn)，或者準(zhǔn)直器的發(fā)散

角越大，則系統(tǒng)的視野就越大。由于人體是一個三維空間

結(jié)構(gòu)，不同的放射源離準(zhǔn)直器有不同的距離，各部位的放

大倍數(shù)不同將造成圖像的失真。另外：系統(tǒng)靈敏度也會隨著放射源與照相機之間的距離增

大而降低。放射源閃爍晶體(二)張角（發(fā)散）型準(zhǔn)直器（三）聚焦型準(zhǔn)直器

把張角型準(zhǔn)直器反轉(zhuǎn)過來就是一個聚焦型準(zhǔn)直器，如下圖

所示：

放大像

使用聚焦型準(zhǔn)直器將得到放大的圖像，放大的程度與照

相機和人體的距離有關(guān)，由于聚焦型準(zhǔn)直器具有圖像放大

與靈敏度高的優(yōu)點，因此常被用來做小器官的成像。放射源閃爍晶體(四)針孔型準(zhǔn)直器

針孔型準(zhǔn)直器只開有一個小孔，可以保證體內(nèi)不同位置來的輻射光子被限定到達(dá)晶體的一個固定的對應(yīng)點上，而不至于發(fā)生圖像的模糊。如圖所示：

輻射源

針孔型準(zhǔn)直器的視野取決于輻射源與準(zhǔn)直器之間的距離，它的靈敏度要比一般的多孔準(zhǔn)直器低，源與準(zhǔn)直器的距離越大則靈敏度越低，加大小孔的尺寸可以提高系統(tǒng)的靈敏度，但卻會導(dǎo)致圖像模糊。閃爍晶體B.閃爍晶體閃爍晶體也是γ照相機探測器中的關(guān)鍵部件。作用：

是將γ射線轉(zhuǎn)化為熒光光子。γ射線射入閃爍晶體后，使晶體原子、分子電離和激發(fā)，受激發(fā)的原子或分子在退激時（退激回到基態(tài)）發(fā)出大量熒光光子，這些熒光光子進(jìn)入光電倍增管產(chǎn)生光電子。

理想的閃爍晶體應(yīng)滿足以下要求：(一)對入射的γ射線光子有較高的俘獲效率閃爍晶體選用高密度、高原子序數(shù)的材料，盡可能多地俘獲入射γ光子，以便產(chǎn)生足夠多的可見光光子。一般閃爍晶體常用鉈激活碘化鈉NaI(TL)、鍺酸鉍和氟化銫(CsF)等。在NaI(TL)晶體中，鉈(TL)是活性元素，具有較高的光轉(zhuǎn)換效率.

閃爍晶體面積可達(dá)520mm×400mm，閃爍晶體的厚度為6.3mm、9mm和12.7mm等,常用6.3mm厚閃爍晶體。(二)發(fā)光效率高，發(fā)光的持續(xù)時間較短γ相機要求逐次記錄發(fā)生閃爍的事件，必須在時間上提高鑒別兩次不同閃爍的分辨能力。(三)材料發(fā)光效率高，良好的光學(xué)性能，對熒光的光損失小。

C.光導(dǎo)作用：把閃爍體中的熒光有效地傳遞給PMT光陰級；光導(dǎo)常用材料：石英玻璃、

聚苯乙烯、玻璃纖維光導(dǎo)。γ射線0V300V600V900V150V450V750V閃爍晶體NaI(Tl)熒光光子光電倍增管(PMT)RC前置放大器D.閃爍檢測器D.閃爍檢測器工作原理：當(dāng)高能的γ光子與閃爍晶體相互作用時，會發(fā)出熒光。在閃爍晶體和光電倍增管之間加有光導(dǎo)耦合，可提高光的傳導(dǎo)效率。當(dāng)入射的γ光子進(jìn)入閃爍體時激發(fā)閃爍體發(fā)射熒光，熒光透過光導(dǎo)入射到光電倍增管的陰極上，經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換為電子并進(jìn)行倍增放大，在陽極上產(chǎn)生一個電脈沖，經(jīng)前置放大器放大后輸出，電脈沖的幅度與入射γ光子的能量成正比，單位時間輸出的電脈沖與單位時間入射的γ光子數(shù)(即射線的強度)成正比，所以閃爍檢測器可以檢測γ射線的強度和能量。E.光電倍增管（PMT）功能：是一種光電轉(zhuǎn)換器件，將閃爍晶體產(chǎn)生的微弱熒光信號轉(zhuǎn)換成放大的電信號。一般在γ相機中采用多個光電倍增管排成陣列，以便覆蓋整個閃爍晶體。(1000-2000V)F.PMT工作原理1、PMT的A-K極間加有高壓（1000-2000V)，A為+，K為-，且各分壓電阻加有電壓（且逐級提高一倍）2、當(dāng)熒光光子入射到光陰極K上，使光陰極受光照激發(fā)，

發(fā)射出電子；3、電子經(jīng)光學(xué)聚焦及高壓加速后入射到第一倍增D1上，倍增極發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子。4、入射電子經(jīng)N級倍增后，光電子數(shù)就放大了N倍。5、經(jīng)過倍增后的二次電子被陽極A收集，形成陽極電流

在負(fù)載上產(chǎn)生信號電壓。51

PMT陣列的排列方式每一個邊排列3個，總共19個每一個邊排列4個，總共37個每一個邊排列5個，總共61個每一個邊排列6個，總共91個每一個邊排列7個，總共127個預(yù)放大器:對光電倍增管輸出的微弱信號作初步放大，再通過線路送到線性放大器繼續(xù)放大。為減少外界干擾，預(yù)放大器緊靠光電倍增管的上方。線性放大器:進(jìn)一步放大信號后，輸送到

X+,X-,Y+,Y-位置信號。G.預(yù)放大器與線性放大器M.位置信號和Z信號功能：是將光電倍增管輸出的電脈沖信號轉(zhuǎn)換為確定晶體閃爍點的X、Y位置信號和確定入射γ射線的能量信號。(2)γ相機成像過程

人體輻射的γ射線光子

準(zhǔn)直器

與閃爍晶體相互作用

產(chǎn)生可見光

形成可見光圖像

通過光電倍增管陣列

將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電脈沖圖像

輸出電脈沖信號

經(jīng)過電阻矩陣電路

形成幅度與入射γ光子能量相對應(yīng)的電信號,同時還可以得到與發(fā)生閃爍的位置相關(guān)的信號

位置信號經(jīng)“位置計算電路”處理

準(zhǔn)確給出閃爍點的坐標(biāo)

能量信號與位置坐標(biāo)信號組合

形成核醫(yī)學(xué)圖像。準(zhǔn)直器Na(T1)閃爍晶體光電倍增管前置放大器定準(zhǔn)電路圖像處理電路顯示器照相機(3)γ相機數(shù)據(jù)后處理功能及圖像分析功能

γ相機裝有小型計算機或高檔微機，有豐富的數(shù)字圖像后處理功能:1.二維數(shù)字低通濾波，常用濾波器或平滑濾波器或維納濾波器。2.多幅顯示、有單幅、雙幅、4幅、16幅、64幅顯示形式。3.各種尺度的偽彩色增強功能。4.統(tǒng)計圖像顯示。5.窗口顯示、感興趣區(qū)顯示及黑白反轉(zhuǎn)顯示。 圖像分析功能主要用于對心臟及腎等器官的功能分析，主要有： 1.心室壁的運動分析2.心臟血指數(shù)分析 3.心臟輸出量分析4.心臟分流分析 5.心臟時相分析6.心臟的發(fā)射CT圖像重建 7.腎功能分析8.大腦血流分析 9.肺功能分析γ照相機當(dāng)受檢者注射放射性同位素標(biāo)記藥物后，放射性核素有選擇地濃聚在被檢臟器內(nèi)，該臟器就成了一個立體射線源，該射線源放射出的γ射線經(jīng)過準(zhǔn)直器射在NaI(TL)晶體上，產(chǎn)生閃爍光點。閃爍光點發(fā)出的微弱熒光被光導(dǎo)耦合至光電倍增管（PMT），PMT輸出電脈沖信號。這些電脈沖信號經(jīng)后面的電子線路處理形成能量和位置兩個通道的信號，位置信號確定顯示γ光點的位置，能量信號確定該γ光點的亮度。經(jīng)過一定時間的積累，便形成一幅閃爍圖像，并可用照相機拍攝下來，就完成了一次檢查。γ相機把人體臟器內(nèi)的放射性核素的三維分布變成一張二維分布的圖像。重點總結(jié)：γ相機成像原理第二類：發(fā)射性計算機斷層成像γ照相機所構(gòu)成的圖像是放射性藥物在人體組織中分布情況的二維投影結(jié)果。用γ相機不能獲得準(zhǔn)確的斷面圖像，即不能獲得放射性藥物在某截面上的分布。

發(fā)射型計算機斷層投影技術(shù)（emissioncomputedtomography簡稱：ECT）克服了上述困難，所得的圖像是放射性藥物在人體內(nèi)某一斷面上的分布圖。

發(fā)射性計算機斷層攝影有兩種：單光子發(fā)射計算機斷層成像（singlephotonemissioncomputedtomography，簡稱SPECT）與正電子發(fā)射計算機斷層成像（positionemissiontomography）.由于兩者都是對從病人體內(nèi)放射出的射性成像，因此統(tǒng)稱為發(fā)射性CT。（1）單光子發(fā)射斷層攝影（SPECT）

A、原理：

SPECT是通過示蹤技術(shù)，將具有選擇性聚集在特定臟器或病變部位的放射性核素（如TC-99m、TI-201）引入體內(nèi)（靜注或口服）從而使該臟器成為γ射線源，根據(jù)示蹤劑在體內(nèi)器官發(fā)射到體表的γ射線密度，由探測器檢測并通過計算機重建處理生成斷層影像。探測器（1）單光子發(fā)射斷層攝影（SPECT）SPECT成像過程:

類似于X-CT成像，用一臺γ相機圍繞著被探查者作旋轉(zhuǎn)運動，在不同的角度上檢測人體放射出的γ射線光子并計數(shù)，相機旋轉(zhuǎn)一個角度可得到一組數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)一周可得到若干組數(shù)據(jù)，相機在各個不同的角度上投影數(shù)據(jù)后，就可沿用在X-CT中使用的圖像重建方法，得到人體某一斷面上放射性γ射線密度的分布圖像。B、SPECT的基本結(jié)構(gòu)SPECT一般由六部分組成：探頭（旋轉(zhuǎn)型γ相機）、機架、斷層床、控制臺、計算機和光學(xué)照相系統(tǒng)。目前SPECT均由旋轉(zhuǎn)的γ相機做為其探頭制成SPECT，因此可同時兼有平面顯像、體層顯像和全身顯像的功能，是當(dāng)今SPECT的主流。目前有單探頭、雙探頭、三探頭旋轉(zhuǎn)型SPECTGE公司生產(chǎn)的SPECT設(shè)備及結(jié)構(gòu)單探頭SPECT

雙探頭SPECT三探頭SPECTC、SPECT主要技術(shù)指標(biāo)SPECT成像系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)，包括系統(tǒng)靈敏度、空間分辨率、圖像對比度、能量分辨率、系統(tǒng)的線性、均勻性、旋轉(zhuǎn)中心、噪聲等。1)空間分辨率空間分辨率是描述成像系統(tǒng)分辨相鄰點間能力的物理量，即能分辨兩個相鄰點的最小距離，主要由準(zhǔn)直器的特性決定。2)系統(tǒng)的均勻性是指γ射線均勻照射探頭時，在其所產(chǎn)生的平面影像上計

數(shù)光點的均勻分布情況,由探頭的非均勻性引起。

C、SPECT主要技術(shù)指標(biāo)3）旋轉(zhuǎn)中心SPECT的旋轉(zhuǎn)中心(COR)是一個虛設(shè)的機械點，它位于旋轉(zhuǎn)軸上，與地面平行，探頭的運動繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)。(數(shù)據(jù)獲取的基準(zhǔn))C、SPECT主要技術(shù)指標(biāo)4）空間非線性：是指進(jìn)人探頭的γ射線所產(chǎn)生的空間位置的失真。γ相機的空間非線性主要由探測器和電子線路造成，引起圖像的枕形失真或桶形失真。5）系統(tǒng)靈敏度：是指γ相機在單位時間內(nèi)對γ源所

檢測的能力（計數(shù)多少）。90%以上的γ射線被準(zhǔn)直器阻擋，對γ射線的利用率低，因此SPECT的靈敏度較低，空間分辨率要比X-CT差。C、SPECT主要技術(shù)指標(biāo)6）死時間：NaI(T1)探測器在高計數(shù)率下會發(fā)生計數(shù)丟失。因兩個緊跟的脈沖會堆積在一起，其疊合脈沖幅度可能會超出“能窗”范圍而被禁止掉；兩個低能量的康普頓散射脈沖疊合幅度可能正好在“能窗”范圍內(nèi)而被接受而形成假事件。除堆積外，電子學(xué)系統(tǒng)處理每個事件都需要時間，此時出現(xiàn)的下一個事件被忽略掉，這個時間稱死時間。D、SPECT優(yōu)點1）在沒有增加設(shè)備成本的情況下，獲得了真正的人體斷面像；2）可以作多層面的三維成像，對腫瘤及其他的一些疾病的診斷很有用。3）可減少統(tǒng)計噪聲。圖像中的背景噪聲稱為統(tǒng)計噪聲，為了減小圖像中的統(tǒng)計噪聲，可對所記錄的圖像作平滑濾波等處理。4）SPECT設(shè)備簡單，價格便宜。5）圖像重建算法與X-CT類似，有線性疊加反投影法、迭代法、濾波反投影法等，濾波反投影法是SPECT最普遍采用的算法。影響SPECT系統(tǒng)性能的重要因素：γ射線在傳播過程中的衰減，系統(tǒng)很難確定體內(nèi)輻射源γ強度的絕對值大小。因輻射源處在人體內(nèi)部，所成的像希望是體內(nèi)輻射源未經(jīng)衰減的強度分布。

E、SPECT缺點

1）SPECT中如果在重建算法中忽略人體對γ射線產(chǎn)生衰減的因素，就會使所得的圖像失去定量的意義或產(chǎn)生偽像。因此，在圖像重建之前必須設(shè)法消除由于γ射線在到達(dá)檢測器之前的衰減所引起的誤差，難度大且準(zhǔn)確性不高。

2）SPECT空間分辨力比較低，原因是γ照相機在完成旋轉(zhuǎn)掃描的過程中很難保證始終緊貼被探查的病人。

3）SPECT靈敏度比較低，為保證準(zhǔn)確獲得沿某一投影線上來的γ射線光子，必須采用準(zhǔn)直器，而使用準(zhǔn)直器的結(jié)果使大部分γ光子被擋住不能進(jìn)入檢測器，只有少量的γ光子被檢測到，勢必造成較低的靈敏度。 F、SPECT的臨床應(yīng)用

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(dāng)中的應(yīng)用十分廣泛。SPECT診斷的應(yīng)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）其它的主要臨床應(yīng)用

F、SPECT的臨床應(yīng)用

SPECT圖象顯示的形式:1、平面顯示與斷層顯示2、靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示3、局部顯示與全身顯示4、電影顯示5、三維立體顯示靜態(tài)顯示

動態(tài)顯示斷層顯示全身顯示G、SPECT與γ相機的比較

單光子發(fā)射計算機斷層是核素顯象技術(shù)中繼γ相機問世后的又一次突破，它屬于斷層成像的設(shè)備。目前醫(yī)院中用得最多的SPECT為旋轉(zhuǎn)γ相機型的，這種SPECT是γ相機探頭加上旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和圖像重建軟件，它包含了γ相機的功能，增加了斷層圖像獲取和圖像重建功能，而價格只比一般γ相機貴20％一30％。

H、SPECT與CT比較（1）CT是透射式成像設(shè)備，射線源在人體外部；SPECT是發(fā)射式成像設(shè)備，射線源在人體內(nèi)部。（2）CT的空間分辨率較高，可達(dá)到小于0.5mm，所以圖像清晰；SPECT的圖像分辨率只有4mm左右，圖像清晰度不如CT。(3）CT的射線源是X射線；SPECT的射線源是γ射線。（4）CT測得的圖像反映的是臟器形態(tài)(解剖圖像)；而SPECT測得的圖像可反映臟器的結(jié)構(gòu)和功能。（5）在圖像重建方面，SPECT和CT一般都采用濾波反投影的重建方法。（6）SPECT的價格一般比CT便宜，約為CT的1/3，為核磁共振（MRI）的1/5。

A、概述：

SPECT探測器接收來自體內(nèi)的示蹤核素發(fā)出的γ射線，而PET探測器接收體內(nèi)正負(fù)電子湮滅輻射所產(chǎn)生的一對511keVγ光子，在物理上兩者無明顯區(qū)別，但方法上有很大不同，即成像的機制、對比度形成原理、采集數(shù)據(jù)方法、解釋和分析數(shù)據(jù)的模型都不同，這些都是由系統(tǒng)硬件和軟件來實現(xiàn)的。(2)正電子發(fā)射計算機斷層(PET)(2)正電子發(fā)射型計算機斷層成像(PET)

B、PET成像基本原理

有一類放射性同位素（如：11C、13N、15O等）在衰變過程中釋放正電子β+。當(dāng)人體內(nèi)含有發(fā)射正電子的核素時，正電子β+

在人體中很短的路程內(nèi)（小于1mm）即可和周圍的負(fù)電子β-發(fā)生湮滅而產(chǎn)生一對γ光子，這兩個γ光子的運動方向相反，能量均為511keV，因此，用兩個位置相對的探測器分別探測這兩個γ光子，并進(jìn)行符合測量即可對人體臟器成像。臨床應(yīng)用中這類同位素11C、13N、15O是由回旋加速器產(chǎn)生的。

(2)正電子發(fā)射型計算機斷層成像(PET)C、正電子湮滅輻射：放射性同位素在衰變過程中發(fā)射出正電子β+。正電子β+很快就與周圍的負(fù)電子β-相結(jié)合發(fā)生質(zhì)量湮滅，并轉(zhuǎn)化為兩能量為±511keV且傳播方向幾乎完全相反的γ射線光子（180度）。D、符合探測：利用兩個γ射線光子±相反方向（1800）傳播的特征，在探查對象的周圍安放一圈檢測器。各個檢測器的輸出被接到一個符合檢測電路中，如果符合檢測電路在很短時間間隔內(nèi)，同時獲得兩個檢測器輸出的信號，則認(rèn)為在這兩個檢測器空間的連線上有釋放γ核素存在。符合檢測起到了電子準(zhǔn)直的作用，與SPECT相比，不必使用鉛準(zhǔn)直器，因而提高了系統(tǒng)的靈敏度。符合檢測器的輸出將送到計算機中作進(jìn)一步的處理以獲得γ在體內(nèi)分布濃度的斷面像。(2)正電子發(fā)射型計算機斷層成像(PET)(2)正電子發(fā)射型計算機斷層成像(PET)D、符合探測電路(2)正電子發(fā)射型計算機斷