第八章 核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備

第八章核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備嘉應(yīng)學(xué)院醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院陳宗發(fā)初級工程師

NuclearMedicalInstrument伽瑪照相機人體骨骼的全身γ成像第八章核醫(yī)學(xué)成像本章主要內(nèi)容概述核醫(yī)學(xué)成像的物理基礎(chǔ)核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備γ照相機單光子發(fā)射型計算機體層設(shè)備（SPECT）正電子發(fā)射型計算機體層設(shè)備（PET）第8章核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備概述核醫(yī)學(xué)，又稱原子（核）醫(yī)學(xué).核醫(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).核醫(yī)學(xué)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)顯像具有簡單、靈敏、特異、無創(chuàng)傷性、安全、易于重復(fù)、結(jié)果準確等特點.一、概述核醫(yī)學(xué)成像的過程：將放射性藥物引入人體形成發(fā)射源。用γ射線檢測裝置可以從體外檢測體內(nèi)放射性核素在衰變過程中放出的γ射線。核醫(yī)學(xué)成像的基本條件：放射性藥物（標記化合物）核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備。核醫(yī)學(xué)成像的特點：以臟器內(nèi)外或臟器內(nèi)各部分之間的放射性核素濃度差別為基礎(chǔ)，顯示靜態(tài)或動態(tài)圖像。多種動態(tài)成像方式。放射性核素具有向臟器或病變組織的特異性聚集。總之，既可以進行解剖成像，又可以提供有關(guān)臟器與病變的功能和分子水平的信息。核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備分類及特點單光子成像設(shè)備，有γ相機，SPECT正電子成像設(shè)備，有PET重疊成像，有γ相機計算機斷層成像，有SPECT，PET8.1核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備簡介核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備是指探測并顯示放射性核素藥物(俗稱同位素藥物)體內(nèi)分布圖像的設(shè)備。核醫(yī)學(xué)影像檢查ECT與CT、MRI等相比，能夠更早地發(fā)現(xiàn)和診斷某些疾病。

核醫(yī)學(xué)顯像屬于功能性的顯像，即放射性核素顯像。8.1.1核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備發(fā)展概況核醫(yī)學(xué)儀器伴隨著核醫(yī)學(xué)這門學(xué)科的飛快的速度向前發(fā)展。核醫(yī)學(xué)儀器與核醫(yī)學(xué)本身是共生的,它滲透在整個核醫(yī)學(xué)治療的過程中,無論是過去單功能的測量儀還是現(xiàn)在綜合大型檢測儀,以及最新發(fā)展起來的各種治療儀都推動核醫(yī)學(xué)的發(fā)展。1.核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的發(fā)展歷史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，這是人類第一次認識到放射現(xiàn)象，也是后來人們建立放射自顯影的基礎(chǔ)。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。1923年，物理化學(xué)家Hevesy應(yīng)用天然的放射性同位素鉛-212研究植物不同部分的鉛含量，后來又應(yīng)用磷-32研究磷在活體的代謝途徑等，并首先提出了“示蹤技術(shù)”的概念。1926年，美國波士頓內(nèi)科醫(yī)師布盧姆加特（Blumgart）等首先應(yīng)用放射性氡研究人體動、靜脈血管床之間的循環(huán)時間，在人體內(nèi)第一次應(yīng)用了示蹤技術(shù)。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)。1972年，庫赫博士應(yīng)用三維顯示法和18F-脫氧葡萄糖（18F-FDG）測定了腦局部葡萄糖的利用率，打開了18F-FDG檢查的大門。他的發(fā)明成為了正電子發(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）的基礎(chǔ)，人們稱庫赫博士為“發(fā)射斷層之父”。2.當前核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的應(yīng)用概況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行符合線路成像的SPECTPET-CT的出現(xiàn)使醫(yī)學(xué)影像技術(shù)進入了一個新的階段分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展以及與核醫(yī)學(xué)技術(shù)的相互融合，形成核醫(yī)學(xué)又一個新的分支學(xué)科—分子核醫(yī)學(xué)（molecularnuclearmedicine）把兩種設(shè)備的圖像融合起來進行分析3.SPECT與PET-CT的區(qū)別核醫(yī)學(xué)中把應(yīng)用計算機輔助斷層技術(shù)進行顯像的設(shè)備統(tǒng)稱為ECT，它是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的重要組成部分。ECT的中文名稱為發(fā)射型計算機斷層顯像，是其英文名稱縮寫而成（EmissionComputedTomography）。ECT實際上又包括兩大類設(shè)備即SPECT和PET.SPECT并不是一種很新的設(shè)備，其由Kuhl等人于1979年研制成功。經(jīng)過多年不斷的改進，SPECT技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，產(chǎn)生了許多不同型號、不同檔次的產(chǎn)品，但是其顯像的基本原理沒有變化，總體上仍屬于比較低端的核醫(yī)學(xué)設(shè)備。目前國內(nèi)很多三級以上醫(yī)院都已經(jīng)配備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。ECT的另一類設(shè)備PET是以發(fā)射正電子的放射性核素做為發(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，即我們通常所說的PET。PET是核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中最先進的顯像設(shè)備，被視為核醫(yī)學(xué)史上劃時代的里程碑，是最高水平核醫(yī)學(xué)的標志。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，易于標記到各種生命必須的化合物、代謝產(chǎn)物或類似物上而不改變它們的生物活性，且可以參與人體的生理、生化代謝過程，因而能夠深入分子水平反映人體的生理、生化過程，從功能、代謝等方面前面評價人體的功能狀態(tài)，達到早期診斷疾病、指導(dǎo)治療的目的。定性準確和一次性完成全身顯像的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的應(yīng)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，其后增長較為緩慢。PET的先進性顯而易見，但其最大的缺點是解剖結(jié)構(gòu)顯示不夠清晰。因此人們嘗試把擅長功能顯像的PET與擅長顯示解剖結(jié)構(gòu)的全身CT結(jié)合起來，于是在2000年世界上第一臺同機一體化PET-CT在美國CTI公司研制成功，被美國《時代》雜志評選為年度最偉大的發(fā)明創(chuàng)造。由于PET-CT是目前最先進的PET與最好的多排螺旋CT的完美組合，達到了一加一大于二的效果，一舉成為目前最豪華的醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備。PET與CT的同機組合極大地提高了臨床醫(yī)生對PET的認知度，所以一經(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)呈獻快速發(fā)展的趨勢?？傮w上講，SPECT與PET相比二者可以說具有本質(zhì)的區(qū)別，數(shù)據(jù)表明，SPECT的最高探測效率僅為PET的1%-3%左右，圖像質(zhì)量遠不能與PET-CT相比，診斷效能上差距較大。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。PET-CT和其他檢查的區(qū)別：單純X線CT成像的基礎(chǔ)是根據(jù)人體組織對外源性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；磁共振檢查是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；而PET檢查是探測人體內(nèi)物質(zhì)（或藥物）代謝功能的動態(tài)變化。三者的成像原理有本質(zhì)的區(qū)別。而我們目前使用的PET/CT是PET和CT兩種技術(shù)的完美結(jié)合，相互補充。PET/CT這種技術(shù)的組合可以大大提高臨床診斷的準確性（如需要對體內(nèi)單個孤立性小病灶進行良惡性鑒別診斷和手術(shù)前定位等），包括精確的定位和定性等，是其他檢查不能比擬的。8.1.2核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備功能1.γ相機γ相機是核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備中最基本、最實用，而且最重要的一種。γ相機，又稱閃爍照相機（ScintillationCamera），是一種能對臟器中的放射性核素分布進行一次成像和連續(xù)動態(tài)觀察的儀器。該儀器主要由四部分組成，即閃爍探頭、電子學(xué)線路、顯示記錄裝置以及附加設(shè)備。γ相機可同時記錄臟器內(nèi)各個部份的射線，以快速形成一幀器官的靜態(tài)平面圖像，同時因其成像速度快，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)過數(shù)據(jù)處理后，可觀察臟器的動態(tài)功能及其變化，因此γ相機既是顯像儀又是功能儀。提高γ相機性能的關(guān)鍵是增加它采集的信息量,特別是斷層采集

準直器作用：濾除非規(guī)定范圍和非規(guī)定方向的γ射線。準直器類型：(1)、針孔形(2)、平行孔形(3)、擴散型(4)、會聚型2.ECT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的。它可以做功能、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，一類是以發(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（singlephotonemissioncomputedtomography，SPECT）；而另一類是以發(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（positronemissiontomography，PET）。（1）SPECTSPECT實際上就是一個探頭可以圍繞病人某一臟器進行360°旋轉(zhuǎn)的γ相機，在旋轉(zhuǎn)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。近年來為提高診斷的靈敏度、分辨率和正確性，同時縮短采集時間，雙探頭的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，可以進行臟器的平面和動態(tài)（功能）顯像。SPECT單光子發(fā)射型計算機體層設(shè)備(SPECT)利用γ照相機圍繞著診斷感興趣的人體區(qū)域，采集各種不同角度上放射出的γ光子并計數(shù)，然后利用X-CT中所使用的圖像重建方法，得到人體某一體層上的放射性藥物濃度的分布，即可得到多層面的各方位的體層圖像或三維立體像。與X-CT的區(qū)別：圖像粗造，空間分辨率低。屬發(fā)射型體層攝影；SPECT基本結(jié)構(gòu)和工作原理分類：多探頭環(huán)形（掃描型）：結(jié)構(gòu)與X線CT類似，由數(shù)量眾多的探頭圍成環(huán)狀，同時分別檢測各個方向的γ射線。照相機型：探頭固定型：探頭旋轉(zhuǎn)型：基本成像原理人體發(fā)射的γ光子橫向斷層掃描檢測投影數(shù)據(jù)采集預(yù)處理電路吸收校正圖像重建和顯示旋轉(zhuǎn)機架（2）PETPET是目前在分子水平上進行人體功能顯像的最先進的醫(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)的超短半衰期同位素，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，以顯示人腦、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。PET正電子發(fā)射型計算機體層設(shè)備(PET)使用發(fā)射正電子的放射性核素；測量湮沒輻射產(chǎn)生的γ光子。優(yōu)點：空間分辨率高，一般4~5mm，最佳3mm。特點：使影像技術(shù)從簡單的解剖結(jié)構(gòu)、吸收功能成像邁向新的分子顯像、代謝顯像和基因成像，不僅提供診斷信息，還提供治療信息。PET臨床應(yīng)用的正電子放射核數(shù)：使用回旋加速器生產(chǎn)；常用：，半衰期短。正電子湮滅前在人體組織內(nèi)行進1-3mm。湮滅作用產(chǎn)生：能量(光子是

511KeV)。nb+b-~1-3mm511KeV511KeV同時產(chǎn)生互成180度的511keV的γ光子。正電子湮滅正電子成像的基本原理正電子放射性核素是易于標記各種生命必需的化合物及其代謝產(chǎn)物，如：引入人體的放射性核素參與人體代謝，反映了人體組織器官的機能和代謝狀態(tài)。正電子與人體組織的電子相結(jié)合而湮滅，轉(zhuǎn)換成一對方向相反、能量為511Kev的γ光子。從各個角度收集γ光子，進行圖像重建。8.1.3核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備主要指標及性能要求

1.核醫(yī)學(xué)成像安全指標（1）常用輻射量及其單位①放射性活度②照射劑量③吸收劑量④當量劑量

（2）人體輻射的生物學(xué)效應(yīng)當人體受輻射作用時，根據(jù)照射劑量、照射方式的不同，人體所產(chǎn)生的生物效應(yīng)也不同。放射性物質(zhì)以波或微粒形式發(fā)射出的一種能量就叫核輻射，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，皮膚沾上后燒傷明顯；γ輻射和X射線相似，能穿透人體和建筑物，危害距離遠。宇宙、自然界能產(chǎn)生放射性的物質(zhì)不少，但危害都不太大，只有核爆炸或核電站事故泄漏的放射性物質(zhì)才能大范圍地對人員造成傷亡。放射性物質(zhì)可通過呼吸吸入，皮膚傷口及消化道吸收進入體內(nèi)，引