理学医学成像技术放射性核素成像系统SPECT.pptx

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1、 1 原理 将某种放射性同位素标记在药物上形成放射性药物并置入体内,当它被人体的组织或器官吸收后,在体内形成辐射源.第1页/共58页 2 成像 用核子探测装置从体外检测体内同位素衰变过程中放出的 射线.从而构成放射性同位素在体内分布密度的图像.第2页/共58页 3 作用 由于放射性药物保持了对应稳定核素或被标记药物的化学性质与生物学行为,能够参与体内的物质代谢,因此,放射性同位素图像不仅反映了组织与器官的形态,而且提供了有关功能,生理及生化信息.第3页/共58页4 特点第4页/共58页5 优势第5页/共58页l l核医学显像方法简单、灵敏、特异、无创伤性、安全（病人所受辐射剂量低于一次X摄片所

2、受剂量）、易于重复、结果准确、可靠，并能反映脏器的功能和代谢，因此在临床和基础研究中的应用日益广泛。第6页/共58页同位素:属于一种化学元素(具有相同原子序数),但有不同中子数的核素称为同位素.同位素有放射性与非放射性两种衰变:放射性同位素在自发地放射出 射线后,自身会变成另外一种核素,这种现象称为衰变.第7页/共58页 相机单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emmision Computed Tomography,SPECT)正电子发射计算机断层成像(Positron Emission Tomography,PET)放射性核素成像模式放射性核素成像模式第8页/共58页放射

3、性核素成像放射性核素成像必备的物质条件第9页/共58页第10页/共58页第11页/共58页第12页/共58页放射性核素成像系统的放射性核素成像系统的性能指标性能指标系统的灵敏度 系统对每单位放射性所能探测并用于成像的光子数.影响系统的灵敏度的因素:(1)准直器,其孔径越大,则灵敏度越高,但图像会越模糊 (2)闪烁晶体厚度.过薄则大量光子未与晶体发生荧光闪烁就直接穿过了晶体,较厚则图像模糊 (3)脉冲高度分析器中能量阈值.大约只有3%的光子真正对成像起作用.第13页/共58页系统模糊度或分辨率 系统分辨率是单位距离内线对数.与模糊度成反比.影响系统模糊度或分辨率的因素:(1)准直器孔径大小.小孔

4、越大,视野越大,分辨率越差.小孔越小则会减小系统的模糊度.(2)准直器厚度.增加小孔长度会提高分辨率.(3)相机与成像物体间的距离.距离越大则越模糊.第14页/共58页对比度 组织或器官对特定药物有特殊的集聚能力.因此它们的生理,病理状态会直接影响系统的对比度.均匀性 相机在整个成像区域中具有相同的灵敏度则成像均匀性好.光电倍增管的均匀性.系统噪声 放射性同位素衰变的随机性.第15页/共58页4.2 相机l l可同时记录脏器内各个部份的射线，以快速形成一帧器官的静态平面图像l l可观察脏器的动态功能及其变化l l既是显像仪又是功能仪第16页/共58页 相机的基本结构第17页/共58页w相机准直

5、器（Collimator）w闪烁探测器（NaI晶体）w光电倍增管(PMT)w位置电路w数据分析计算机NaINaI晶体晶体光电倍增管光电倍增管准直器孔准直器孔探头周围铅屏蔽探头周围铅屏蔽准直器固准直器固定结构定结构第18页/共58页w相机收集病人体内发射的射线，使我们重建出发射部位的图像，了解特定器官或系统的功能。光电倍增管阵列第19页/共58页相机准直器w准直器位于晶体之前，是探头中首先和射线相接触的部分。准直器的性能在很大成度上决定了探头的性能。准直器能够限制散射光子,允许特定方向光子和晶体发生作用。第20页/共58页第21页/共58页闪烁探测器w w一种铊激活碘化钠一种铊激活碘化钠 NaI

6、(Tl)NaI(Tl)探测晶体普遍用于探测晶体普遍用于 相相机中。在核医学中，这种晶体对于放射性核发射机中。在核医学中，这种晶体对于放射性核发射的的 射线能量有最佳的探测效率。探测晶体一般为射线能量有最佳的探测效率。探测晶体一般为圆形或矩形。典型的是圆形或矩形。典型的是3/83/8厚且尺度为厚且尺度为30-5030-50cmcm。w w由于光电效应和与晶体内碘化物的离子的康普顿由于光电效应和与晶体内碘化物的离子的康普顿散射，散射，光子与探测器互相作用。这种相互作用导光子与探测器互相作用。这种相互作用导致电子释放而继续与晶体的网格相互作用产生光。致电子释放而继续与晶体的网格相互作用产生光。这种过

7、程称为这种过程称为闪烁闪烁。第22页/共58页光电倍增管w w每每7 7到到1010个光子入射到个光子入射到光电阴极上，就会产光电阴极上，就会产生一个电子。从阴极生一个电子。从阴极来的电子聚焦到倍增来的电子聚焦到倍增管电极上被吸收后会管电极上被吸收后会放出更多的电子（一放出更多的电子（一般是般是6 6到到1010个）。这些个）。这些电子再聚焦到下一个电子再聚焦到下一个倍增管电极上，这个倍增管电极上，这个过程在倍增管电极阵过程在倍增管电极阵列上不断重复。列上不断重复。第23页/共58页位置电路和数据处理计算机w位置逻辑电路紧跟在光电倍增管阵列后面并在求和矩阵电路(SMC)中接收来自倍增管的电流脉

8、冲。这使得位置电路能够决定闪烁事件在探测晶体的何处发生。w最后，一台数据处理计算机处理进来的投影数据，使它成为一张可读的反映病人体内三维活性分布的图像。计算机可能使用各种方法来重建图像，比如滤波反投影算法或迭代重建。第24页/共58页第25页/共58页闪烁晶体:与 射线作用产生荧光.要求:(1)对 射线应有较高的俘获率(2)与入射光子相互作用后的发光效率高,但发光持续时间短.(3)具有良好的光学特性,对荧光的传播透明,折射小.第26页/共58页 相机将人体内的放射性核素的三维分布变为二维分布的图像或照片.相机成像原理第27页/共58页相机成像方案w平面成像相机固定在病人上方，获取单一角度数据相

9、机固定在病人上方，获取单一角度数据w平面动态成像固定角度，长时间观察放射性示踪剂运动固定角度，长时间观察放射性示踪剂运动wSPECT成像绕病人旋转，获取放射性示踪剂三维分布绕病人旋转，获取放射性示踪剂三维分布w门控SPECT成像结合结合ECGECG获取心动周期不同阶段的图像获取心动周期不同阶段的图像第28页/共58页4.3 单光子发射计算机断层成像第29页/共58页第30页/共58页第31页/共58页第32页/共58页w w示踪剂适应面广，特异性高，放射性小，不干扰示踪剂适应面广，特异性高，放射性小，不干扰体内环境的稳定，有独到的诊断价值。体内环境的稳定，有独到的诊断价值。w w时域解像精度不

10、到千分之一秒时域解像精度不到千分之一秒。w w放射性核的等离子放射物可能对孩子和孕妇有危放射性核的等离子放射物可能对孩子和孕妇有危险性。险性。w w保留了保留了 照相机全部平面显像的性能照相机全部平面显像的性能w w分层脏器功能观察到脏器功能动态变化，化学物分层脏器功能观察到脏器功能动态变化，化学物质在脏器内代谢分布、血管量的变化、肿瘤免疫质在脏器内代谢分布、血管量的变化、肿瘤免疫及受体定位等。及受体定位等。SPECT的总体特点第33页/共58页第34页/共58页第35页/共58页Siemens的的SPECT第36页/共58页GE的的SPECT系统系统第37页/共58页w1959DavidKu

11、hl和RoyEdwards取得了世界上第一台横截面发射断层图w1963Kuhl和Edwards发展出来的放射断层系统成为SPECT的前身w1976Keyes发明第一台相机SPECT系统w1983商业化相机SPECT问世w2003利用迭代重建算法进行衰减修正的SPECTSPECT的发展的发展第38页/共58页wSPECT检测通过放射性原子（称为放射性核，如TC-99m、TI-201）发射的单射线。放射性核附上的放射性药物可能是一种蛋白质或是有机分子，选择的标准是它们的用途或在人体中的吸收特性。比如，能聚集在心肌的放射性药物就用于心脏SPECT成像。这些能吸收一定量放射性药物的器官会在图像中呈现亮

12、块。如果有异常的吸收状况就会导致异常的偏亮或偏暗，表明可能处于有病的状态。SPECT的原理的原理第39页/共58页SPECT的原理的原理第40页/共58页w一个探头可以围绕病人某一脏器进行360旋转的相机，在旋转时每隔一定角度（3或6）采集一帧图片w经电子计算机自动处理，将图像叠加，利用滤波反投影（FBP）方法，可以从一系列投影像重建横向断层影像。由横向断层影像的三维信息再经影像重新组合可以得到矢状、冠状断层和任意斜位方向的断层影像。SPECT成像方法成像方法第41页/共58页w用短半衰期核素Tc-99m等标记某些特殊化合物经静脉注入人体w探测聚集于人体一定器官、组织内，标记于化合物上的Tc-

13、99m衰变所发出的射线w将射线转化为电信号并输入计算机，经计算机断层重建为反映人体某一器官生理状况的断面或三维图像SPECT成像基本步骤成像基本步骤第42页/共58页w数据投影w数据傅立叶变换w数据滤波w数据反变换w反投影w衰减校正w散射校正SPECT重建算法步骤重建算法步骤第43页/共58页w wFBPFBP方法的优点：计算过程简单，重建速度快，方法的优点：计算过程简单，重建速度快，重建后的重建后的SPECTSPECT图像分辨率能够满足临床需要。图像分辨率能够满足临床需要。w wFBPFBP方法的缺点：该方法重建的图像存在固有星方法的缺点：该方法重建的图像存在固有星状伪影，重建后的图像分辨率

14、较差。状伪影，重建后的图像分辨率较差。w wFBPFBP方法是把探头采集方法是把探头采集到的二维投影数据经过到的二维投影数据经过预滤波降低统计噪声后，预滤波降低统计噪声后，将二维投影数据反投影将二维投影数据反投影到预先设定的三维矩阵到预先设定的三维矩阵过程。过程。滤波反投影滤波反投影(FBP)第44页/共58页衰减校正w目前的SPECT理论把投影数据近似为病人体内的放射性药物分布沿投影线的积分，忽略了人体组织对射线的散射与吸收效应。然而，对于核医学所使用的能量在60511keV的射线来说，人体组织的衰减对投影数据有相当大的影响，因此需要进行衰减校正。w一方面取决于人体衰减系数图(map)的获取

15、，另一方面取决于衰减校正的算法。w射线衰减与X射线衰减不同之处？第45页/共58页w由放射性同位素标记的放射性药物会产生内部辐射。这种放射性药物称为示踪剂，可以是注射也可以是吸入。正是示踪剂的衰减放射出射线。w常用能够标记放射性药物有：MIBI（心肌显象）；MDP（全身骨显象）；ECD（脑血流显象）SPECT的示踪剂的示踪剂第46页/共58页w用放射性Tc-99m(锝)标记的各种化合物短半衰期（短半衰期（6.026.02小时）放射性同位素小时）放射性同位素,主要放射主要放射低能低能 射线射线,其能量为其能量为141141keVkeV辐射剂量只有一次辐射剂量只有一次X X摄片的摄片的1/101/

16、10 1/21/2没有副作用，大部分在几个小时内即排出体外，没有副作用，大部分在几个小时内即排出体外，留在体内的放射性也会在短时间内衰变掉留在体内的放射性也会在短时间内衰变掉w其他常用的放射性核素还有Tl-201、I-131、I-123、Ga-67(镓)、In-111(铟)等常用的放射性示踪剂常用的放射性示踪剂第47页/共58页临床临床临床临床 放射性核放射性核放射性核放射性核放射性药物放射性药物放射性药物放射性药物 能量能量能量能量(KeV)KeV)T 1/2(hours)T 1/2(hours)骨显象骨显象骨显象骨显象 Tc-Tc-9999mmMDP MDP 1401406 6心肌显心肌显

17、心肌显心肌显象象象象 Tc-Tc-9999mmTl-Tl-201201SestaMibiSestaMibi14014070706 67373脑脑脑脑Tc-Tc-9999mmHMPAOHMPAO1401406 6甲状腺甲状腺甲状腺甲状腺I-I-13113136436488daysdays肾脏肾脏肾脏肾脏I-I-131131Tc-Tc-9999mmHippuranHippuranMag-3 Mag-3 36436414014088daysdays6 6肺脏肺脏肺脏肺脏Tc-Tc-9999mmXe-Xe-133133MAA MAA Gas Gas 14014081816 66262肿瘤显肿瘤显肿瘤显

18、肿瘤显象象象象Ga-Ga-6767F-F-1818CitrateCitrateFDGFDG909051151178782 2肝脏肝脏肝脏肝脏 Tc-Tc-9999mmSulfurSulfur1401406 6放射性药物及其临床应用第48页/共58页SPECT系统w探头（旋转型照相机）w机架w断层床w计算机和光学照相系统第49页/共58页第50页/共58页SPECT图像-脑部第51页/共58页SPECT图像-脑部第52页/共58页SPECT图像-脑部 2例癫痫患者SPECT图像:发作间期低灌注(A图)，发作期高灌注(B图)。癫痫灶发作间期在SPECT上呈低灌注暗影，发作期变为高灌注亮影。第53页/共58页SPECT图像-心脏第54页/共58页SPECT图像-骨骼第55页/共58页第56页/共58页第57页/共58页感谢您的观看！第58页/共58页