(初稿)核医学成像原理.ppt

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1、21、基本原理。基本原理。单光子：相对与正电子或双光子，光子是单个的、单方向的。单光子：相对与正电子或双光子，光子是单个的、单方向的。SPECT显像原理显像原理SPECT单光子发射型计算机断层成像是通单光子发射型计算机断层成像是通过示踪技术，将具有选择性聚集在特定脏过示踪技术，将具有选择性聚集在特定脏器或病变部位的放射性核素或其标记化合器或病变部位的放射性核素或其标记化合物引入体内（吸入、静注或口服），根据物引入体内（吸入、静注或口服），根据示踪剂在体内器官发射到体表的光子（示踪剂在体内器官发射到体表的光子（射线射线）密度，由计算机检测并通过重建处）密度，由计算机检测并通过重建处理生成断层影像

2、。理生成断层影像。探测器SPECT基本原理示意图 SPECT成像系统成像系统32 2、扫描机型：探头平动或、扫描机型：探头平动或转动，适用于快速动态断层。转动，适用于快速动态断层。、照相机型：照相机构成照相机型：照相机构成探头。探头。A A、固定型：四台照相机、固定型：四台照相机9090度排布，病床旋转。度排布，病床旋转。B B、旋转型：可、旋转型：可360360度旋转获度旋转获取数据。取数据。43 3、基本结构：、基本结构：由 探 测 器 、由 探 测 器 、机 架 、 控 制机 架 、 控 制台 、 计 算 机台 、 计 算 机和 外 围 设 备和 外 围 设 备组成。组成。4 4、性能特

3、点：、性能特点：能量范围：能量范围：50600kev50600kev固有分辨：固有分辨：35mm35mm计数容量：计数容量：20%20%窗宽。窗宽。显示图象：任意断层图象或显示图象：任意断层图象或 三维图象。三维图象。5六、PETPETPET是通过注入人体是通过注入人体的放射性核素在衰的放射性核素在衰变过程中产生的正变过程中产生的正负电子湮没辐射饿负电子湮没辐射饿实现断层成像。实现断层成像。 1 1、正电子：、正电子：19281928年年DiracDirac发现，在贫中发现，在贫中子核素衰变中产生。子核素衰变中产生。用回旋加速器生产用回旋加速器生产的。的。 62PET的基本原理的基本原理 PE

4、T为正电子发射型计算机断层成像。为正电子发射型计算机断层成像。以正电子核素以正电子核素在湮没时发射出的双光子为探测对象。在湮没时发射出的双光子为探测对象。环状排列的探测环状排列的探测器阵列，两探测器直线对置，起到准直器的作用。器阵列，两探测器直线对置，起到准直器的作用。 3. 正电子放射性药物正电子放射性药物 目前临床上较常用的正目前临床上较常用的正电子放射性药物主要包括电子放射性药物主要包括代谢类、受体类、灌注类代谢类、受体类、灌注类与乏氧类，共与乏氧类，共4类。类。74PET的基本结构的基本结构 PET的结构主要由探测器、电子装置和计算的结构主要由探测器、电子装置和计算机影像处理系统组成机

5、影像处理系统组成 PET结构示意图 85PET的技术优势：的技术优势：（1）PET 所用的放射性示踪剂中的核素是构所用的放射性示踪剂中的核素是构成人体生物分子的主要元素。成人体生物分子的主要元素。（2）由于采用了贫中子核素，其半衰期极短。）由于采用了贫中子核素，其半衰期极短。（3）PET采用了具有自准直的符合电路计数采用了具有自准直的符合电路计数方法方法（4）由于正电子发生电子对湮灭的距离为）由于正电子发生电子对湮灭的距离为 1.0 mm 左右。左右。（5）因为衰减校正更为精确，）因为衰减校正更为精确，PET便于做定便于做定量分析。量分析。（6）PET多环检测技术可以获得大量容积成多环检测技术

6、可以获得大量容积成像数据，从而可以进行三维图像重建。像数据，从而可以进行三维图像重建。96.6.、符合电路的作用、符合电路的作用 ：记录、确定：记录、确定 、随机符合、随机符合 、成像过程、成像过程 ：标记核素制备；标记物引入：标记核素制备；标记物引入体内积聚；探测电子湮没时体内积聚；探测电子湮没时光子对；数据光子对；数据处理与图象重建；图象显示与储存处理与图象重建；图象显示与储存103、PET的结构：的结构：（1）探测器：多个环阵）探测器：多个环阵排列排列（2）飞行时间技术：计）飞行时间技术：计算出事件发生的确切算出事件发生的确切位置。位置。 （3）时间分辨率极限：）时间分辨率极限：主要取决

7、于晶体余辉主要取决于晶体余辉时间和电路响应时间。时间和电路响应时间。（4）空间分辨率极限：）空间分辨率极限：3.7mm。4、应用特点：、应用特点：、示踪剂具有理想的、示踪剂具有理想的生物学活性。生物学活性。、半衰期短，放射性、半衰期短，放射性损伤小。损伤小。、灵敏度与分辨率、灵敏度与分辨率比比ECT好。好。、系统复杂、技术、系统复杂、技术要求高、运行费用要求高、运行费用大。大。112 2、基本结构：、基本结构：探头、电子学线路、计算机影像处理系统和显示探头、电子学线路、计算机影像处理系统和显示记录装置和四个部分组成记录装置和四个部分组成探测器：探头是在体表检测放射性探测器：探头是在体表检测放射

8、性射线的分布状态的传感器，由射线的分布状态的传感器，由准直器、晶体、光导、光电倍增管、前置放大器和计算电路准直器、晶体、光导、光电倍增管、前置放大器和计算电路 等部件组成。等部件组成。照相机型：照相机构成探头。照相机型：照相机构成探头。A A、固定型：四台照相机、固定型：四台照相机9090度排布，病床旋转。度排布，病床旋转。B B、旋转型：可、旋转型：可360360度旋转获取数据。度旋转获取数据。12 电子学线路 电子学线路包括光电倍增管的高压电源、线性放大器和脉冲高度分析器等，基本原理和通用核仪器相同。13计算机影像处理系统计算机影像处理系统：硬件和软件：硬件和软件 1 1计算机影像处理系统

9、的硬件计算机影像处理系统的硬件 计算机影像处理系统的硬件，主要由中央处理单元、存贮计算机影像处理系统的硬件，主要由中央处理单元、存贮器、键盘和显示器组成。器、键盘和显示器组成。2 2计算机影像处理系统的软件计算机影像处理系统的软件 计算机影像处理系统的软件主要系统软件和应用软件。计算机影像处理系统的软件主要系统软件和应用软件。 系统软件系统软件 系统软件是指为了方便用户和充分发挥计算机效能，向用系统软件是指为了方便用户和充分发挥计算机效能，向用户提供的一系列软件，包括监控程序、操作系统、诊断程户提供的一系列软件，包括监控程序、操作系统、诊断程序。序。 应用软件应用软件 应用软件是计算机影像处理

10、系统的核心，它主要由基本应应用软件是计算机影像处理系统的核心，它主要由基本应用软件和临床应用软件两大部分组成。用软件和临床应用软件两大部分组成。14（4） 显示记录装置 SPECT的显示记录装置种类很多，常用的方法有3种： 用Polaroid 照相机直接拍摄示波器荧光屏上的影像，不需冲洗胶片，1015s 即可获得影像的正片； 用多幅照相机记录影像，这种照相机使用单面CT胶片，影像大而清晰，是目前使用较多的显示记录方法； 激光打印或热升华打印记录。15六、PET PET是通过注入人体的放射性核素在衰变过程中产生的正负电子湮没辐射实现断层成像的。它克服了平面显影的缺点，促进了核医学影像学的发展，被

11、认为是核医学发展的一个重要的、划时代的里程碑。PET可以用人体物质组成元素(150，11C，13N等)来制造放射性药物，PET特别适合做人体器官功能和生理变化等方面观察与研究，尤其是对脑神经功能的研究具有独到之处，其图像的清晰性、真实性被称为“生命体层”或“生化体层”，它也是目前唯一能够提供神经活动信息的医学仪器设备。16 1 1、正电子：、正电子：19281928年年DiracDirac发现，在贫中发现，在贫中子核素衰变中产生。子核素衰变中产生。用回旋加速器生产的。用回旋加速器生产的。 172PET的基本原理的基本原理 PET为正电子发射型计算机断层成像。为正电子发射型计算机断层成像。以正电

12、子核素以正电子核素在湮没时发射出的双光子为探测对象。在湮没时发射出的双光子为探测对象。环状排列的探测环状排列的探测器阵列，两探测器直线对置，起到准直器的作用。器阵列，两探测器直线对置，起到准直器的作用。 3. 正电子放射性药物正电子放射性药物 目前临床上较常用的正目前临床上较常用的正电子放射性药物主要包括电子放射性药物主要包括代谢类、受体类、灌注类代谢类、受体类、灌注类与乏氧类，共与乏氧类，共4类。类。184 4、符合电路的作用、符合电路的作用 ：记录、确定：记录、确定 、随机符合、随机符合 、成像过程、成像过程 ：标记核素制备；标记物引入体内积：标记核素制备；标记物引入体内积聚；探测电子湮没

13、时聚；探测电子湮没时光子对；数据处理与图象重建；光子对；数据处理与图象重建；图象显示与储存图象显示与储存195PET的基本结构的基本结构 PET的结构主要由探测器、电子装置和计算的结构主要由探测器、电子装置和计算机影像处理系统组成机影像处理系统组成 PET结构示意图 206.PET6.PET在中国：在中国：20022002年年8 8月月1212日，我国引进的美国日，我国引进的美国GEGE公司的公司的PETPET（派特）（派特）CTCT一体机在山东省立医院正一体机在山东省立医院正式开机投入使用。式开机投入使用。在当时在当时是是2121世纪核医学影世纪核医学影像疾病诊断的最顶端设备。像疾病诊断的最

14、顶端设备。 20092009年年5 5月月2626日，我国自主研发的第一台日，我国自主研发的第一台正电子发射断层扫描装置正电子发射断层扫描装置PETPET机在辽宁沈阳机在辽宁沈阳问世，我国已成为世界上除美国外第二个能问世，我国已成为世界上除美国外第二个能够生产这一核医学影像关键设备的国家。获够生产这一核医学影像关键设备的国家。获得了美国得了美国FDAFDA（美国食品药物管理局）认证。（美国食品药物管理局）认证。21SIEMENS BIOGRAPY PET/CT22PHILIPS GIMINI PET/CT23GE PET-CT24本课内容本课内容1、 照相机的探头结构；照相机的探头结构；2 2

15、、 照相机的结构；照相机的结构；3 3、ECTECT的结构；的结构；4 4、同质异能素，放射性核素，、同质异能素，放射性核素， 衰变，衰变， 衰变，衰变， - -衰变，衰变， 衰变；衰变；5 5、闪烁晶体，、闪烁晶体，符合探测，飞行时间技术符合探测，飞行时间技术6 6、ECTECT，PETPET的名词解释。的名词解释。25三、核素成像的基本过程三、核素成像的基本过程1 1、放射性核素成像的基本、放射性核素成像的基本条件条件2 2、放射性核素成像的基本、放射性核素成像的基本过程过程261 1、放射性核素成象的基本条、放射性核素成象的基本条件件（1 1）具有合适的放射性核素）具有合适的放射性核素或

16、其标记化合物或其标记化合物（2 2）核医学显像仪器探测成）核医学显像仪器探测成像，即脏器和病变的影像。像，即脏器和病变的影像。272 2、放射性核素成像的基本、放射性核素成像的基本过程过程（1 1）放射性核素或标记化合物）放射性核素或标记化合物的制备的制备（2 2）将放射性显像剂引入体内将放射性显像剂引入体内（3 3）体外测定）体外测定射线射线（4 4）数据处理数据处理（5 5）图像显示与储存）图像显示与储存28四、核医学成像的特点四、核医学成像的特点1 1、功能性图像、功能性图像（1 1）显示组织或器官的形态）显示组织或器官的形态或动态图像。或动态图像。（2 2）反映生理生化过程的图）反映生

17、理生化过程的图像。像。（3 3）反映组织或器官功能状）反映组织或器官功能状态的图像。态的图像。2 2、检查比较方便。、检查比较方便。3 3、空间分辨率差。、空间分辨率差。29闪烁探测器闪烁探测器是利用晶体使射是利用晶体使射线能量转换成荧光光子，记线能量转换成荧光光子，记录荧光光子的产生数量，便录荧光光子的产生数量，便可反映射线的活度和能量，可反映射线的活度和能量，这类仪器这类仪器主要用于核医学显主要用于核医学显像、功能测定和体外分析。像、功能测定和体外分析。30（二）（二）诊断用核医学仪器：诊断用核医学仪器： 主要在临床核医学工作中，用来进行脏器主要在临床核医学工作中，用来进行脏器功能测定和脏

18、器显像。功能测定和脏器显像。 1 1、显像仪器、显像仪器 照相机照相机 显像仪器显像仪器 单光子发射型单光子发射型(SPECT) 发射型计算机断层发射型计算机断层 正电子发射型正电子发射型(PET) (ECT)31（一）概述（一）概述 照相机照相机是对是对体内脏器中的体内脏器中的放射性核素分放射性核素分布进行一次成布进行一次成像、并可进行像、并可进行动态观察的核动态观察的核医学仪器。医学仪器。图图22 照相机照相机一、一、照相机照相机32照相机照相机的主要特点的主要特点1 1、照相机的主要优点照相机的主要优点2 2、照相机的主要缺点：照相机的主要缺点：（1 1）图像受脏器的厚度影响较大。）图像

19、受脏器的厚度影响较大。（2 2）照相机的空间分辨率较低，照相机的空间分辨率较低，在形态学诊断上不及在形态学诊断上不及X-CTX-CT和和MRIMRI。33照相机主要由四部分组成：照相机主要由四部分组成：1 1、闪烁探头：闪烁探头：准直器、晶体、光准直器、晶体、光电倍增管电倍增管2 2、电子线路：电子线路：主要由位置信号通主要由位置信号通道和能量信号通道两部分组成。道和能量信号通道两部分组成。3 3、显示记录装置：显示记录装置：示波器、照相示波器、照相机和实体机和实体 放大器等。放大器等。4 4、附加设备附加设备34照相机探头结照相机探头结构构准准 直直 器器闪烁晶体闪烁晶体光电倍增管光电倍增管

20、数模转换器数模转换器 数字信号处理器数字信号处理器35（二）（二） 照相机的基本原照相机的基本原理理主要有探头、电子线路和显示系统三主要有探头、电子线路和显示系统三部分组成。部分组成。36 X-CT X-CT与与ECTECT的主要区别：的主要区别： 1 1、X-CTX-CT是利用常规是利用常规X X线从外部穿线从外部穿透机体后，根据组织密度的差透机体后，根据组织密度的差异成像，异成像，ECTECT显像是反映放射性显像是反映放射性药物在体内的分布图。药物在体内的分布图。2 2、X-CTX-CT是反映解剖结构，是反映解剖结构，ECTECT是是既反映解剖结构又反映器官的既反映解剖结构又反映器官的生理

21、和功能。生理和功能。37X-ray探头1探头2CTSPECTPET38 ECT ECT的主要特点的主要特点（1 1）可做体层显像，定位准确；）可做体层显像，定位准确；（2 2）可用来分析脏器组织的生理、代）可用来分析脏器组织的生理、代 谢变化，做脏器的功能检查。谢变化，做脏器的功能检查。 单光子发射型计算机断层单光子发射型计算机断层(SPECT)(SPECT)( (图图23)23) 正电子发射型计算机断层正电子发射型计算机断层(PET)(PET)( (图图24)24)还有还有SPECT-SPECT- PETPET，是用，是用SPECTSPECT实现实现PETPET的功能的功能 目前普遍应用的是

22、目前普遍应用的是SPECTSPECT。ECECT T39图2340图2441 SPECT SPECT可以克服平面显像可以克服平面显像对器官、组织重叠造成的小病对器官、组织重叠造成的小病灶的掩盖，提高对深部病灶的灶的掩盖，提高对深部病灶的分辨率和定位准确性。分辨率和定位准确性。42SPECTSPECT的基本组成：的基本组成：由探测器、机架由探测器、机架与检查床、操作台和计算机等部分与检查床、操作台和计算机等部分组成。组成。4344 它利用引入它利用引入人体内的单光人体内的单光子放射性核素子放射性核素发出的发出的射线，射线，在体外测定其在体外测定其分布浓度并转分布浓度并转化为电信号，化为电信号，在

23、计算机辅助在计算机辅助下经过重建影下经过重建影像，而得到体像，而得到体层图像。层图像。SPECTSPECT成像原理成像原理4546474849( (二二) )正电子发射型计算机体正电子发射型计算机体层成像层成像 PET PET是现代核医学脏器显像是现代核医学脏器显像技术处于前沿的一种仪器，是技术处于前沿的一种仪器，是目前最先进的核医学仪器。目前最先进的核医学仪器。501 1、正电子放射性核素、正电子放射性核素为短半衰期或超短半衰期的为短半衰期或超短半衰期的核素，主要由加速器生产核素，主要由加速器生产 ，如如1111C C、1313N N、1515O O、1818F F、6767CaCa、201

24、201TlTl等。等。51湮没辐射示湮没辐射示意图意图 正电子放射正电子放射性核素发射出性核素发射出的正电子，在的正电子，在组织中很快与组织中很快与负电子互相碰负电子互相碰撞而发生撞而发生湮没湮没辐射辐射，同时产，同时产生两个方向相生两个方向相反、能量相同反、能量相同(511kev)的的光光子。子。511keV511keV+e-522、 PETPET探测原理探测原理53可达32环探测器，上万个探测器GANTRY RING54553、 PETPET成像过程成像过程（1 1）标记核素制备）标记核素制备（2 2）标记物引入体内积）标记物引入体内积聚聚（3 3）光子对探测光子对探测（4 4）数据处理）

25、数据处理（5 5）图像显示与储存）图像显示与储存564、SPECTSPECT和和 PETPET的比较的比较 SPECTSPECT不必配备回旋加速器，不必配备回旋加速器，价格相对便宜，因此在临床中价格相对便宜，因此在临床中广泛使用。广泛使用。 SPECT SPECT能进行放射性核素体能进行放射性核素体内分布相对比较显像，但进行内分布相对比较显像，但进行体内定量显像就比较困难，也体内定量显像就比较困难，也不太准确。不太准确。57SPECTSPECT与与PETPET的共同点：的共同点： 都能得到断层显像，显像都能得到断层显像，显像原理都是利用晶体转换原理都是利用晶体转换光子光子射线能量成荧光光子并被

26、光电射线能量成荧光光子并被光电倍增管探测和放大，得到与放倍增管探测和放大，得到与放射性核素在体内分布、活性强射性核素在体内分布、活性强弱一致的图像。弱一致的图像。58 PETPET的应用特点的应用特点1 1、示踪剂具有生物学活性。、示踪剂具有生物学活性。2 2、放射性损伤小。、放射性损伤小。3 3、灵敏度与分辨率比、灵敏度与分辨率比SPECTSPECT要高。要高。4 4、系统复杂费用高。、系统复杂费用高。5960616263646566SPECT全身断层采集全身断层采集演示演示67SPECT断层采集演断层采集演示示68单光子成像设备，有相机，SPECT正电子成像设备，有PET重叠成像，有相机计

27、算机断层成像，有SPECT，PET6970n图像粗造，空间分辨率低。n属发射型体层摄影；717273每一个边排列每一个边排列3 3个，总共个，总共1919个个 每一个边排列每一个边排列4 4个，总共个，总共3737个个 每一个边排列每一个边排列5 5个，总共个，总共6161个个 每一个边排列每一个边排列6 6个，总共个，总共9191个个 每一个边排列每一个边排列7 7个，总共个，总共127127个个7475(1)、针孔形(2)、平行孔形(3)、扩散型(4)、会聚型76以两头兼顾。n适用的能量范围：与孔间壁的厚度有关。77什么是单光子？7879人体发射的光子横向断层扫描检测投影数据采集预处理电路吸收校正图像重建和显示80818283n nb b+ +b b- -1-3mm511KeV511KeV同时产生互成同时产生互成180度的度的511keV的的光子光子。84FONC18151311,85符合事符合事件测定件测定区区86法称电子准直。8788结束结束