核醫(yī)學影像設備與應用

第8章核醫(yī)學影像設備與應用核醫(yī)學影像設備與應用第1頁教學目標：熟悉核醫(yī)學成像原理以及其作用與功效

；掌握成像特點與優(yōu)缺點以及在全身各系統(tǒng)疾病檢驗和診療中應用價值與選擇標準

；了解主要核醫(yī)學新技術進展與應用

。核醫(yī)學影像設備與應用第2頁第8章核醫(yī)學影像設備與應用核醫(yī)學，又稱原子（核）醫(yī)學核醫(yī)學是研究同位素及核輻射醫(yī)學應用及理論基礎科學核醫(yī)學最主要特點是能提供身體內(nèi)各組織功效性改變，而功效性改變常發(fā)生在疾病早期核醫(yī)學顯像含有簡單、靈敏、特異、無創(chuàng)傷性、安全、易于重復、結果準確等特點核醫(yī)學影像設備與應用第3頁8.1核醫(yī)學影像設備介紹核醫(yī)學影像設備是指探測并顯示放射性核素藥品(俗稱同位素藥品)體內(nèi)分布圖像設備。核醫(yī)學影像檢驗ECT與CT、MRI等相比，能夠更早地發(fā)覺和診療一些疾病。

核醫(yī)學顯像屬于功效性顯像，即放射性核素顯像。核醫(yī)學影像設備與應用第4頁8.1.1核醫(yī)學影像設備發(fā)展概況核醫(yī)學儀器伴伴隨核醫(yī)學這門學科飛快速度向前發(fā)展。核醫(yī)學儀器與核醫(yī)學本身是共生,它滲透在整個核醫(yī)學治療過程中,不論是過去單功效測量儀還是現(xiàn)在綜合大型檢測儀,以及最新發(fā)展起來各種治療儀都推進核醫(yī)學發(fā)展。核醫(yī)學影像設備與應用第5頁1.核醫(yī)學影像設備發(fā)展歷史1896年，法國物理學家貝克勒爾在研究鈾礦時發(fā)覺，鈾礦能使包在黑紙內(nèi)感光膠片感光，這是人類第一次認識到放射現(xiàn)象，也是以后人們建立放射自顯影基礎。1898年，馬麗·居里與她丈夫皮埃爾·居里共同發(fā)覺了鐳，今后又發(fā)覺了钚和釷等許多天然放射性元素。1923年，物理化學家Hevesy應用天然放射性同位素鉛-212研究植物不一樣部分鉛含量，以后又應用磷-32研究磷在活體代謝路徑等，并首先提出了“示蹤技術”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、靜脈血管床之間循環(huán)時間，在人體內(nèi)第一次應用了示蹤技術。核醫(yī)學影像設備與應用第6頁1951年，美國加州大學卡森（Cassen）研制出第一臺掃描機，經(jīng)過逐點打印取得器官放射性分布圖像，促進了顯像發(fā)展。1957年，安格（HalO.Anger）研制出第一臺γ攝影機，稱安格攝影機，使得核醫(yī)學顯像由單純靜態(tài)步入動態(tài)階段，并于60年代初應用于臨床。1959年，他又研制了雙探頭掃描機進行斷層掃描，并首先提出了發(fā)射式斷層技術，從而為日后發(fā)射式計算機斷層掃描機—ECT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利用率，打開了18F-FDG檢驗大門。他創(chuàng)造成為了正電子發(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）基礎，人們稱庫赫博士為“發(fā)射斷層之父”。核醫(yī)學影像設備與應用第7頁2.當前核醫(yī)學影像設備應用概況當前廣泛使用單光子發(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)展為帶衰減校正能進行符合線路成像SPECTPET-CT出現(xiàn)使醫(yī)學影像技術進入了一個新階段分子生物學技術快速發(fā)展以及與核醫(yī)學技術相互融合，形成核醫(yī)學又一個新分支學科—分子核醫(yī)學（molecularnuclearmedicine）把兩種設備圖像融合起來進行分析核醫(yī)學影像設備與應用第8頁3.SPECT與PET-CT區(qū)分核醫(yī)學中把應用計算機輔助斷層技術進行顯像設備統(tǒng)稱為ECT，它是醫(yī)學影像技術主要組成部分。ECT漢字名稱為發(fā)射型計算機斷層顯像，是其英文名稱縮寫而成（EmissionComputedTomography）。ECT實際上又包含兩大類設備即SPECT和PET-CT核醫(yī)學影像設備與應用第9頁SPECT并不是一個很新設備，其由Kuhl等人于1979年研制成功。經(jīng)過多年不停改進，SPECT技術已經(jīng)有了很大發(fā)展，產(chǎn)生了許多不一樣型號、不一樣檔次產(chǎn)品，不過其顯像基本原理沒有改變，總體上仍屬于比較低端核醫(yī)學設備。當前國內(nèi)很多三級以上醫(yī)院都已經(jīng)配置SPECT，數(shù)量達300臺以上，主要用于全身骨骼、心肌血流、腦血流、甲狀腺等顯像。核醫(yī)學影像設備與應用第10頁ECT另一類設備PECT是以發(fā)射正電子放射性核素做為發(fā)射體，稱為正電子發(fā)射型計算機斷層顯像，其英文名稱為positronemissioncomputedtomography，即我們通常所說PET。PET是核醫(yī)學領域中最先進顯像設備，被視為核醫(yī)學史上劃時代里程碑，是最高水平核醫(yī)學標志。核醫(yī)學影像設備與應用第11頁PET所應用顯像劑如C-11、N-13，O-15等都是人體組織基本元素，易于標識到各種生命必須化合物、代謝產(chǎn)物或類似物上而不改變它們生物活性，且能夠參加人體生理、生化代謝過程，因而能夠深入分子水平反應人體生理、生化過程，從功效、代謝等方面前面評價人體功效狀態(tài)，到達早期診療疾病、指導治療目標。定性準確和一次性完成全身顯像特點極大地促進了其在腫瘤、腦神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及心臟病等方面應用。我國于1995年由山東淄博萬杰醫(yī)院引進國內(nèi)第一臺PET，其后增加較為遲緩。核醫(yī)學影像設備與應用第12頁PET先進性顯而易見，但其最大缺點是解剖結構顯示不夠清楚。所以人們嘗試把擅長功效顯像PET與擅長顯示解剖結構全身CT結合起來，于是在世界上第一臺同機一體化PET/CT在美國CTI企業(yè)研制成功，被美國《時代》雜志評選為年度最偉大創(chuàng)造創(chuàng)造。因為PET/CT是當前最先進PET與最好多排螺旋CT完美組合，到達了一加一大于二效果，一舉成為當前最豪華醫(yī)學影像診療設備。PET與CT同機組合極大地提升了臨床醫(yī)生對PET認知度，所以一經(jīng)問世便在世界范圍內(nèi)高速增加。第一臺PET/CT在國內(nèi)安家落戶，當前PET/CT在國內(nèi)已經(jīng)呈獻快速發(fā)展趨勢。核醫(yī)學影像設備與應用第13頁總體上講，SPECT與PET相比二者能夠說含有本質(zhì)區(qū)分，數(shù)據(jù)表明，SPECT最高探測效率僅為PET1%-3%左右，圖像質(zhì)量遠不能與PET/CT相比，診療效能上差距較大。二者一個是普及型低端產(chǎn)品，價格較低；一個是世界上公認最高檔次醫(yī)學影像診療設備，價格昂貴、投資巨大，極難普及和推廣。核醫(yī)學影像設備與應用第14頁PET/CT和其它檢驗區(qū)分：單純X線CT成像基礎是依據(jù)人體組織對外源性X線吸收程度不一樣來判斷人體組織器官結構改變情況；磁共振檢驗是將人體置入外加磁場內(nèi)，然后探測人體內(nèi)組織成份磁信號改變情況；而PET檢驗是探測人體內(nèi)物質(zhì)（或藥品）代謝功效動態(tài)改變。三者成像原理有本質(zhì)區(qū)分。而我們當前使用PET/CT是PET和CT兩種技術完美結合，相互補充。PET/CT這種技術組合能夠大大提升臨床診療準確性（如需要對體內(nèi)單個孤立性小病灶進行良惡性判別診療和手術前定位等），包含準確定位和定性等，是其它檢驗不能比擬。核醫(yī)學影像設備與應用第15頁8.1.2核醫(yī)學影像設備功效1.γ相機γ相機是核醫(yī)學影像設備中最基本、最實用，而且最主要一個。γ相機，又稱閃爍攝影機（ScintillationCamera），是一個能對臟器中放射性核素分布進行一次成像和連續(xù)動態(tài)觀察儀器。該儀器主要由四部分組成，即閃爍探頭、電子學線路、顯示統(tǒng)計裝置以及附加設備。γ相機可同時統(tǒng)計臟器內(nèi)各個部份射線，以快速形成一幀器官靜態(tài)平面圖像，同時因其成像速度快，亦可用于獲取反應臟器內(nèi)放射性分布改變連續(xù)照片，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，可觀察臟器動態(tài)功效及其改變，所以γ相機既是顯像儀又是功效儀。提升γ相機性能關鍵是增加它采集信息量,尤其是斷層采集

核醫(yī)學影像設備與應用第16頁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，并經(jīng)過計算機進行數(shù)據(jù)處理和斷層重建，來取得臟器或組織橫斷面、矢狀面以及冠狀面三維圖像。它能夠做功效、代謝方面影像觀察，是由電子計算機斷層（CT）與核醫(yī)學示蹤原理相結合高科技技術。ECT分為兩大類，一類是以發(fā)射單光子核素為示蹤劑，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)射正電子核素為示蹤劑，即正電子發(fā)射計算機斷層顯像儀（positronemissiontomography，PET）。核醫(yī)學影像設備與應用第17頁（1）SPECTSPECT實際上就是一個探頭能夠圍繞病人某一臟器進行360°旋轉γ相機，在旋轉時每隔一定角度（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，并重建為該臟器橫斷面、冠狀面、矢狀面或任何需要不一樣方位斷層、切面圖像。近年來為提升診療靈敏度、分辨率和正確性，同時縮短采集時間，雙探頭SPECT也相繼應用于臨床中。SPECT同時也含有普通γ相機功效，能夠進行臟器平面和動態(tài)（功效）顯像。核醫(yī)學影像設備與應用第18頁（2）PETPET是當前在分子水平上進行人體功效顯像最先進醫(yī)學影像技術，它空間分辨率顯著優(yōu)于SPECT。PET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，參加體內(nèi)生理生化代謝過程。這些超短半衰期同位素是組成人體主要元素，利用它們發(fā)射正電子與體內(nèi)負電子結合釋放出一對伽瑪光子，被探頭晶體所探測，得到高分辨率、高清楚度活體斷層圖像，以顯示人腦、心臟、全身其它器官以及腫瘤組織生理和病理功效及代謝情況。PET在臨床醫(yī)學應用主要集中于神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、腫瘤三大領域。PET-CT檢驗記核醫(yī)學影像設備與應用第19頁8.1.3核醫(yī)學影像設備主要指標及性能要求

1.核醫(yī)學成像安全指標（1）慣用輻射量及其單位①放射性活度（radioactivity）簡稱活度，專用單位名稱是貝可勒爾（Becquerel），符號為Bq，其中1Bq＝1次衰變/秒。②照射劑量（exposuredose）dq值是在質(zhì)量為dm空氣中，由光子釋放全部電子（負電子和正電子）在空氣中完全被阻止時所產(chǎn)生離子總電荷絕對量。X=dQ/dm.③吸收劑量（absorbeddose）定義為dε除以dm所得商，其中dε是致電離輻射給予質(zhì)量為dm受照射物質(zhì)平均能量。吸收劑量單位是焦耳·千克-1，專名是戈[瑞]（gray），符號gy。核醫(yī)學影像設備與應用第20頁照射量x與吸收劑量d是兩個意義完全不一樣輻射量。照射量只能作為x或γ射線輻射場量度，描述電離輻射在空氣中電離本事；而吸收劑量則能夠用于任何類型電離輻射，反應被照介質(zhì)吸收輻射能量程度。對于同種類、同能量射線和同一個被照物質(zhì)來說，吸收劑量是與照射量成正比。核醫(yī)學影像設備與應用第21頁④當量劑量相同吸收劑量未必產(chǎn)生一樣程度生物效應，因為生物效應受到輻射類型、劑量與劑量率大小、照射條件、生物種類和個體生理差異等原因影響。為了比較不一樣類型輻射引發(fā)有害效應，在輻射防護中引進了一些系數(shù)，當吸收劑量乘上這些修正系數(shù)后，就能夠用同一尺度來比較不一樣類型輻射照射所造成生物效應嚴重程度或產(chǎn)生機率。把乘上了適當修正系數(shù)后吸收劑量稱為當量劑量（equivalentdose），用符號h表示。當量劑量只限于防護中應用。核醫(yī)學影像設備與應用第22頁（2）人體輻射生物學效應當人體受輻射作用時，依據(jù)照射劑量、照射方式不一樣，人體所產(chǎn)生生物效應也不一樣。放射性物質(zhì)以波或微粒形式發(fā)射出一個能量就叫核輻射，核爆炸和核事故都有核輻射。它有α、β、γ三種輻射形式。α輻射只要用一張紙就能擋住，但吸入體內(nèi)危害大；β輻射是高速電子，皮膚沾上后燒傷顯著；γ輻射和X射線相同，能穿透人體和建筑物，危害距離遠。宇宙、自然界能產(chǎn)生放射性物質(zhì)不少，但危害都不太大，只有核爆炸或核電站事故泄漏放射性物質(zhì)才能大范圍地對人員造成傷亡。核醫(yī)學影像設備與應用第23頁放射性物質(zhì)可經(jīng)過呼吸吸入，皮膚傷口及消化道吸收進入體內(nèi)，引發(fā)內(nèi)輻射，y輻射可穿透一定距離被機體吸收，使人員受到外照射傷害。內(nèi)外照射形成放射病癥狀有：疲勞、頭昏、失眠、皮膚發(fā)紅、潰瘍、出血、脫發(fā)、白血病、嘔吐、腹瀉等。有時還會增加癌癥、畸變、遺傳性病變發(fā)生率，影響幾代人健康。普通講，身體接收輻射能量越多，其放射病癥狀越嚴重，致癌、致畸風險越大。核醫(yī)學影像設備與應用第24頁（3）核醫(yī)學成像相關安全指標在核醫(yī)學診療中，對受檢者檢驗項目、使用放射性活素與每次檢驗使用最大放射性活度核醫(yī)學成像首先要滿足其相關安全指標，在此基礎上要提升核醫(yī)學影像設備醫(yī)學圖像質(zhì)量，提升診療率。核醫(yī)學影像設備與應用第25頁1腿部或者手臂進行X光檢驗時輻射量；8建筑材料每年所產(chǎn)生輻射量；10乘飛機時遭受輻射量；60人體內(nèi)輻射量；700大腦掃描核輻射量；5000每年工作所遭受核輻射量；10000患癌癥可能性為1／130；60000~100000出現(xiàn)各種輻射疾病；00~450000掉頭發(fā)，血液發(fā)生嚴重病變，一些人在2至6周內(nèi)死亡；450000~80000030天內(nèi)將進入垂死狀態(tài)。核輻射對人體危害取決于受不一樣輻射時間以及輻射量。核醫(yī)學影像設備與應用第26頁2.核醫(yī)學圖像質(zhì)量指標（1）γ攝影機圖像質(zhì)量指標①空間分辨率：空間分辨率表示γ攝影機探頭分辨兩個點源或線源最小距離能力。分為固有分辨率和系統(tǒng)空間分辨率。②平面源靈敏度：平面源靈敏度指某一采集平面對平行于該面放置特定平面源靈敏度。平面源靈敏度主要用來測試和檢驗儀器是否正常工作和比較各種準直器計數(shù)效率。靈敏度顯著下降反應γ攝影機有問題，靈敏度增高則是有污染等原因造成。③空間線性：空間線性描述γ攝影機位置改變。④最大計數(shù)率：最大計數(shù)率反應γ攝影機對高計數(shù)率響應特征。核醫(yī)學影像設備與應用第27頁（2）SPECT圖像質(zhì)量指標SPECT除了包含γ攝影機全部圖像質(zhì)量指標外，依據(jù)SPECT斷層顯像特點，增加了針對斷層影像質(zhì)控項目。

①斷層均勻性：確保斷層圖像均勻性，不但要把γ攝影機探頭本身均勻性調(diào)整好，還要加大計數(shù)，加準直器和散射媒質(zhì)。②旋轉中心：SPECT旋轉中心是一個虛設機械點，它位于旋轉軸上，應是機械坐標系統(tǒng)、γ攝影機探頭電子坐標和計算機圖像重建坐標共同重合點。任何不重合表現(xiàn)為旋轉軸傾斜和旋轉中心漂移。

③斷層厚度：SPECT斷層厚度指軸向空間分辨率，又稱為z軸方向空間分辨率。

④斷層靈敏度和總靈敏度：斷層靈敏度和總靈敏度是指SPECT計數(shù)效率。斷層靈敏度定義為被放射性濃度除以斷層內(nèi)總計數(shù)值?？傡`敏度為全部斷層計數(shù)和被放射性濃度除以全部斷層計數(shù)。核醫(yī)學影像設備與應用第28頁（3）PET圖像質(zhì)量指標PET圖像質(zhì)量指標除上述與γ攝影機和SPECT指標相同外，還包含能量分辨率、空間分辨率、系統(tǒng)靈敏度等。

①能量分辨率：是用來衡量PET準確分辨光電事件能力一個參數(shù)。

②空間分辨：是指PET能分辨出兩個點源或線源間最小距離，即探測器在X、Y、Z三個方向能分辨最小物體能力。包含橫向分辨率和軸向分辨率。

③固有計數(shù)率：包含最大計數(shù)率和死時間，最大計數(shù)率是PET在單位時間內(nèi)所能探測或統(tǒng)計到γ射線最大值，反應了PET對入射γ射線響應能力；死時間是描述PET對兩個γ入射事件分辨能力，即能分辨出兩個γ事件最小時間間隔。

④系統(tǒng)靈敏度：是指單位時間內(nèi)、單位輻射劑量條件下取得符累計數(shù)，以單位活度計數(shù)率表示。核醫(yī)學影像設備與應用第29頁8.2單光子發(fā)射斷層成像（SPECT）設備與應用8.2.1SPECT結構SPECT(SinglePhotonEmissionComputedTomography)，是單光子發(fā)射計算機斷層顯像,SPECT系統(tǒng)普通由六部分組成：探頭（旋轉型γ攝影機）、機架、斷層床、控制臺、計算機（包含接口）和光學攝影系統(tǒng)。GE企業(yè)生產(chǎn)SPECT設備及結構

核醫(yī)學影像設備與應用第30頁8.2單光子發(fā)射斷層成像（SPECT）設備與應用8.2.2SPECT設備特點與成像新技術1.SPECT設備特點SPECT是核醫(yī)學影像設備一個，兼具核醫(yī)學和CT兩種影像設備優(yōu)勢，具備對人體生理、生化、功效、代謝等信息多維顯像方式，能夠有效提升病變檢測率。其主要特點以下：（1）使用示蹤劑適應面廣，特異性高，放射性小，不干擾人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。（2）時域解像精度不到千分之一秒。（3）保留了γ攝影機全部平面顯像性能（4）分層臟器功效能夠觀察到臟器功效動態(tài)改變，化學物質(zhì)在臟器內(nèi)代謝分布、血管量改變、腫瘤免疫及受體定位等信息。核醫(yī)學影像設備與應用第31頁8.2單光子發(fā)射斷層成像（SPECT）設備與應用8.2.2SPECT設備特點與成像新技術2.SPECT成像新技術影響SPECT成像質(zhì)量原因有很多，如人體組織衰減，運動對成像造成影響等。伴隨新技術進展，這些問題逐步得以處理。（1）衰減校正技術（AttenuationCorrection，AC）（2）多探頭及圓柱形探頭SPECT系統(tǒng)核醫(yī)學影像設備與應用第32頁8.2單光子發(fā)射斷層成像（SPECT）設備與應用8.2.3SPECT臨床應用SPECT能顯示臟器或病變血流、功效和代謝改變，有利于疾病早期診療及特異性診療，在臨床當中應用十分廣泛。1． SPECT診療應用范圍：（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)顯像及腎圖檢驗（6）其它SPECT顯像主要臨床應用2. SPECT經(jīng)典病歷核醫(yī)學影像設備與應用第33頁8.3正電子發(fā)射斷層成像（PET）設備與應用8.3.1PET結構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掃描儀外形類似CT，為一個柱狀支架，掃描視野位于支架中央，為一個環(huán)狀、筒形空洞。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)傳來光子信號，并在工作站指令指導下經(jīng)過重建將其轉化為圖像。3.操作與分析工作站操作與分析工作站經(jīng)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。核醫(yī)學影像設備與應用第34頁8.3正電子發(fā)射斷層成像（PET）設備與應用8.3.2PET性能特點1.PET顯像特點（1）靈敏度高、分辨率強（2）示蹤劑含有生物活性（3）放射性損傷較?。?）系統(tǒng)復雜，費用昂貴核醫(yī)學影像設備與應用第35頁8.3正電子發(fā)射斷層成像（PET）設備與應用8.3.2PET性能特點2.PET與CT、MRI比較PET主要測量體內(nèi)化學改變及新陳代謝，而CT或MRI主要用來觀察人體組織與結構，所以，在區(qū)分癌癥與良性組織，以及區(qū)分惡性或非惡性組織時，PET比CT或MRI有效。PET也經(jīng)常和CT及MRI透過“影像融合”方式更清楚看到在三維空間里正確癌組織位置。CTPET透視斷層TCT（外源）X射線空間分辨<1mm解剖結組成像發(fā)射斷層ECT（內(nèi)源）γ射線空間分辨<5mm功效代謝成像核醫(yī)學影像設備與應用第36頁8.3正電子發(fā)射斷層成像（PET）設備與應用8.3.2PET性能特點3.PET-CTPET-CT即PET與CT同機融合。它既含有多層螺旋CT高空間分辨率、顯示解剖結構清楚特點；同時也含有PET功效代謝成像優(yōu)勢，所以能夠早期發(fā)覺病變，尤其是惡性腫瘤。PET-CT一次檢驗即可取得全身代謝和形態(tài)信息。應用PET-C