第10章 核醫(yī)學(xué)成像

醫(yī)學(xué)成像技術(shù)原理第十章核醫(yī)學(xué)成像2第一節(jié)γ相機(jī)第二節(jié)

單光子發(fā)射斷層成像（SPECT）第三節(jié)

正電子發(fā)射斷層成像（PET）本章內(nèi)容3第一節(jié)γ相機(jī)第二節(jié)

單光子發(fā)射斷層成像（SPECT）第三節(jié)

正電子發(fā)射斷層成像（PET）本章內(nèi)容4核醫(yī)學(xué)成像需要注入放射性核素，通過(guò)探測(cè)放射性核素放射的γ射線（SPECT）或正電子湮沒(méi)產(chǎn)生的γ射線（PET）進(jìn)行成像可推斷放射性核素在體內(nèi)的代謝情況，從而判斷組織病變對(duì)腫瘤早期檢查尤為敏感，可實(shí)現(xiàn)腫瘤的分級(jí)51896HenriBecquerel從鈾中發(fā)現(xiàn)“神秘射線”.1897MarieCurie將這種神秘射線稱為“radioactivity（放射性）”

1962發(fā)明了發(fā)射斷層成像技術(shù)，即隨后出現(xiàn)的SPECT和PET.1983第一次成功地利用PET技術(shù)對(duì)神經(jīng)受體進(jìn)行成像1996“合法”地開(kāi)展腦部PET檢查核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展歷史6核醫(yī)學(xué)成像在分子影像中的作用利用影像手段觀察細(xì)胞/分子的功能及其在活體組織器官中的活動(dòng)情況。影像標(biāo)記物:靶向分子探針,新陳代謝標(biāo)記物等Fludeoxyglucose(FDG)Tumor-TargetedRadio.Tracer

(Shokeen,AccChemRes.2009)7實(shí)現(xiàn)方法放射性藥物注射到人體.根據(jù)人體組織代謝情況不同，藥物會(huì)在不同的組織器官中輔機(jī).通過(guò)探測(cè)藥物的放射性分布來(lái)追蹤藥物在人體中的分布情況8

相機(jī)γ相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖9

相機(jī)FigureCourtesy:Dr.AndrewWebb10

相機(jī)11準(zhǔn)直器

僅局限于某一空間單元的射線能進(jìn)入閃爍計(jì)數(shù)器，其他區(qū)域射線不得進(jìn)入，排除干擾成像的射線,建立放射性核素與圖像的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系。12準(zhǔn)直器分辨率：如果兩個(gè)點(diǎn)源的距離小于

R,那么這兩個(gè)點(diǎn)將無(wú)法區(qū)分.13

準(zhǔn)直器可以做成平行多孔型、發(fā)散型、會(huì)聚型或針孔型，起限制探測(cè)器視野的作用，起到放大和縮小圖像的作用。準(zhǔn)直器14探測(cè)器15探測(cè)器16探測(cè)器閃爍晶體(將

射線轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光)光電倍增管(將可見(jiàn)光轉(zhuǎn)化成電信號(hào))17閃爍晶體作用是將入射的射線轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光18光電倍增管光陰極（photocathode）作用是將可見(jiàn)光變成可測(cè)量的電信號(hào)倍增電極（dynode）將電信號(hào)進(jìn)行放大，每個(gè)倍增電極的放大倍數(shù)為6-10倍，在一個(gè)探測(cè)器中開(kāi)能會(huì)10個(gè)左右的倍增電極19光電倍增管非常靈敏噪聲光探測(cè)器20探測(cè)器21安格定位原理其中，Xc為需要計(jì)算的事件發(fā)生位置坐標(biāo)，Si為第i個(gè)PMT信號(hào)強(qiáng)度，Xi為第i個(gè)PMT位置坐標(biāo)，通常情況下Xi通過(guò)電阻或電容大小反映。22安格定位原理23γ相機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖24第一節(jié)γ相機(jī)第二節(jié)

單光子發(fā)射斷層成像（SPECT）第三節(jié)

正電子發(fā)射斷層成像（PET）本章內(nèi)容25SPECTSPECT：SinglePhotonEmissionComputedTomography

單光子發(fā)射斷層成像得益于70年代CT技術(shù)的迅速發(fā)展，1976年Keyes發(fā)明了第一臺(tái)基于γ相機(jī)的SPECT系統(tǒng)26SPECT在每一個(gè)單獨(dú)角度，SPECT探測(cè)過(guò)程與γ相機(jī)完全一致；每一個(gè)角度探測(cè)的數(shù)據(jù)被稱作該角度下的投影；通過(guò)多個(gè)角度的探測(cè)，可以獲得一系列投影；利用濾波反投影法重建出斷層圖像27SPECT按照射束與旋轉(zhuǎn)中心偏移的距離和旋轉(zhuǎn)角度構(gòu)建二維數(shù)組將同一橫斷面內(nèi)各個(gè)角度構(gòu)成與該橫斷面對(duì)應(yīng)的sino數(shù)據(jù)28SPECT的圖像重建濾波反投影方法(FBP)某一方向的光子數(shù)量是放射核素濃度的積分使用Butterworthlowpassfilter進(jìn)行濾波:H(jw)=1/[1+(jw)2n].數(shù)學(xué)迭代方法比FBP方法可重建處更好的圖像，原因是數(shù)學(xué)迭代方法對(duì)射線的衰減和散射進(jìn)行校正。29例子直接重建

進(jìn)行散射校正

進(jìn)行衰減和散射校正30SPECT圖像信噪比影響因素SNR:~sqrt(N)，N為光子數(shù)正比于劑量，基于安全和探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間等因素限制，使用劑量有上限。藥物在感興趣區(qū)域內(nèi)的濃度成像時(shí)間:長(zhǎng)>大N衰減:低>高信噪比過(guò)濾:低通濾波器可以增強(qiáng)圖像SNR31圖像空間分辨率影響因素圖像空間分辨率:在深部組織器官，10-20mm；在表淺組織5-7mm3299mTc-MIBI心肌血流灌注SPECT33總結(jié)SPECT重建的是gamma射線源的分布。檢測(cè)和分析gamma光子沿著不同角度的累積，即投影。系統(tǒng)架構(gòu)和組件閃爍晶體光電倍增管定位邏輯脈沖幅度分析及門控電路計(jì)算機(jī)：重建和顯示34第一節(jié)γ相機(jī)第二節(jié)

單光子發(fā)射斷層成像（SPECT）第三節(jié)

正電子發(fā)射斷層成像（PET）本章內(nèi)容35PETvs.SPECTPositronEmissionTomography正電子發(fā)射斷層成像PositronEmissionTomography正電子發(fā)射斷層成像36PETvs.SPECTPEI使用的放射性藥物發(fā)射正電子，放射的正電子與組織的負(fù)電子湮沒(méi)，產(chǎn)生一對(duì)gamma射線，射線的能量~511keV,SPECT使用的放射性藥物（锝-99m）發(fā)射gamma射線，其能量為140keVPET需要現(xiàn)場(chǎng)的回旋加速器生產(chǎn)可放射正電子的核素，其半衰期比較短PEI的價(jià)格比SPECT貴很多（PET：1~2百萬(wàn)美元;SPECT<0.5百萬(wàn)美元)PET比SPECT具有更高的信噪比和靈敏度(2orderofmagnitudehigherthanspect)PET的空間分辨率更高（4mmvs.10mm）37PET系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖38正電子湮滅（Annihilation）M.Pomper&DAHammoud,PETinMolecularImaging,IEEEEMBMagzine39問(wèn)題為什么湮滅產(chǎn)生的gamma射線能量為~511keV？為什么兩個(gè)gamma光子的方向相反？40PET使用的放射核素回旋質(zhì)子加速器生產(chǎn)醫(yī)用放射線核素41碳-11的放射性11C

→11B

+

e++

νe

(99%概率,正電子發(fā)射)11C

+e-

→11B

+

νe

42湮滅和gamma光子對(duì)的產(chǎn)生X——18F 2小時(shí)半衰期X——15O,11C,13N 2,20,10分鐘半衰期通過(guò)環(huán)形加速器生產(chǎn)出上述放射性核素43PET成像原理環(huán)形探測(cè)器:閃爍晶體+光電倍增管兩個(gè)湮滅產(chǎn)生的gamma光子方向完全相反湮滅符合探測(cè)的效率很高511keV>140keV，

信噪比高44正電子湮滅的符合探測(cè)對(duì)探測(cè)信號(hào)進(jìn)行符合探測(cè)的原理45錯(cuò)誤的符合探測(cè)偶然符合散射導(dǎo)致的錯(cuò)誤符合衰減導(dǎo)致的錯(cuò)誤符合46錯(cuò)誤的符合探測(cè)happenwhentwoeventshappenalmost“simultaneously”.Onephotofromthefirsteventandtheotherphotofromthesecondeventwerethoughtbefromthesameevent.scatteredcoincidence:duetocomptonscatteringDetecttruecoincidenceandrejectthefalseones!Maketauassmallaspossiblewithoutlosingtruecoincidences.47M.Pomper&DAHammoud,PETinMolecularImaging,IEEEEMBMagzineFig.2.Diagramsdemonstratingtruecoincidence(a)aswellasdifferentpossiblesourcesoferrorinPETimaging,including(b)thedifferencebetweenpositronemissionandannihilationlocation,(c)noncolinearity,(d)scatter,(e)falsecoincidence,and(f)attenuationeffect符合誤差匯總48圖像重建和處理在影像鏈中的位置數(shù)據(jù)采集圖像重建和處理用戶應(yīng)用ScannersComputers