(初稿)核医学成像原理.ppt

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五、ECT放射型计算机断层(EmissionComputrdTomography,ECT)简称ECT，它是继γ相机之后又一重大发展的核素脏器显影检查的仪器。其基本原理是在体外从多角度采集体内某脏器放射性示踪剂分布的二维影像，而后经过计算机数据处理重建和显示脏器的三维图像，亦可获得脏器的各种不同切面（水平、冠状、失状）或角度的剖面影像，不仅可以精确定位病变部位，做体层显像检查，还能精确分析生理、生化、代谢指标的变更，进行脏器组织功能的检查。1 1、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。SPECT显像原理SPECT单光子放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），依据示踪剂在体内器官放射到体表的光子（γ射线）密度，由计算机检测并通过重建处理生成断层影像。探测器SPECT基本原理示意图SPECT成像系统2 2、⑴、扫描机型：探头平动或转动，适用于快速动态断层。⑵、γ照相机型：照相机构成探头。A、固定型：四台照相机90度排布，病床旋转。B、旋转型：可360度旋转获得数据。3 3、基本结构：由探测器、机架、限制台、计算机和外围设备组成。4、性能特点：能量范围：50——600kev固有辨别：3——5mm计数容量：20%窗宽。显示图象：随意断层图象或三维图象。4 六、PETPET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饿实现断层成像。1、正电子：1928年Dirac发觉，在贫中子核素衰变中产生。用回旋加速器生产的。5 2．PET的基本原理PET为正电子放射型计算机断层成像。以正电子核素在湮没时放射出的双光子为探测对象。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。3.正电子放射性药物目前临床上较常用的正电子放射性药物主要包括代谢类、受体类、灌注类与乏氧类，共4类。6 4．PET的基本结构PET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PET结构示意图7 5．PET的技术优势：（1）PET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。（2）由于接受了贫中子核素，其半衰期极短。（3）PET接受了具有自准直的符合电路计数方法（4）由于正电子发生电子对湮灭的距离为1.0mm左右。（5）因为衰减校正更为精确，PET便于做定量分析。（6）PET多环检测技术可以获得大量容积成像数据，从而可以进行三维图像重建。8 6.⑴、符合电路的作用：记录、确定⑵、随机符合⑶、成像过程：标记核素制备；标记物引入体内积聚；探测电子湮没时γ光子对；数据处理与图象重建；图象显示与储存9 3、PET的结构：（1）探测器：多个环阵排列（2）飞行时间技术：计算出事务发生的精确位置。（3）时间辨别率极限：主要取决于晶体余辉时间和电路响应时间。（4）空间辨别率极限：3.7mm。4、应用特点：Ⅰ、示踪剂具有志向的生物学活性。Ⅱ、半衰期短，放射性损伤小。Ⅲ、灵敏度与辨别率比ECT好。Ⅳ、系统困难、技术要求高、运行费用大。10 2、基本结构：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探测器：探头是在体表检测放射性γ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等部件组成。γ照相机型：照相机构成探头。A、固定型：四台照相机90度排布，病床旋转。B、旋转型：可360度旋转获得数据。11 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。12 计算机影像处理系统：硬件和软件1．计算机影像处理系统的硬件计算机影像处理系统的硬件，主要由中心处理单元、存贮器、键盘和显示器组成。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主要系统软件和应用软件。⑴系统软件系统软件是指为了便利用户和充分发挥计算机效能，向用户供应的一系列软件，包括监控程序、操作系统、诊断程序。⑵应用软件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。13 （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：①用Polaroid照相机干脆拍摄示波器荧光屏上的影像，不需冲洗胶片，10～15s即可获得影像的正片；②用多幅照相机记录影像，这种照相机运用单面CT胶片，影像大而清晰，是目前运用较多的显示记录方法；③激光打印或热升华打印记录。14 六、PETPET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特殊适合做人体器官功能和生理变更等方面视察与探讨，尤其是对脑神经功能的探讨具有独到之处，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供应神经活动信息的医学仪器设备。15 1、正电子：1928年Dirac发觉，在贫中子核素衰变中产生。用回旋加速器生产的。16 2．PET的基本原理PET为正电子放射型计算机断层成像。以正电子核素在湮没时放射出的双光子为探测对象。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。3.正电子放射性药物目前临床上较常用的正电子放射性药物主要包括代谢类、受体类、灌注类与乏氧类，共4类。17 4⑴、符合电路的作用：记录、确定⑵、随机符合⑶、成像过程：标记核素制备；标记物引入体内积聚；探测电子湮没时γ光子对；数据处理与图象重建；图象显示与储存18 5．PET的基本结构PET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PET结构示意图19 6.PET在中国：2002年8月12日，我国引进的美国GE公司的PET（派特）—CT一体机在山东省立医院正式开机投入运用。在当时是21世纪核医学影像疾病诊断的最顶端设备。2009年5月26日，我国自主研发的第一台正电子放射断层扫描装置PET机在辽宁沈阳问世，我国已成为世界上除美国外其次个能够生产这一核医学影像关键设备的国家。获得了美国FDA（美国食品药物管理局）认证。20 SIEMENSBIOGRAPY PET/CT21 PHILIPSGIMINIPET/CT22 GEPET-CT23 本课内容1、γ照相机的探头结构；2、γ照相机的结构；3、ECT的结构；4、同质异能素，放射性核素，α衰变，β衰变，β-衰变，γ衰变；5、闪烁晶体，符合探测，飞行时间技术6、ECT，PET的名词说明。24 三、核素成像的基本过程1、放射性核素成像的基本条件2、放射性核素成像的基本过程25 1、放射性核素成象的基本条件（1）具有合适的放射性核素或其标记化合物（2）核医学显像仪器探测成像，即脏器和病变的影像。26 2、放射性核素成像的基本过程（1）放射性核素或标记化合物的制备（2）将放射性显像剂引入体内（3）体外测定γ射线（4）数据处理（5）图像显示与储存27 四、核医学成像的特点1、功能性图像（1）显示组织或器官的形态或动态图像。（2）反映生理生化过程的图像。（3）反映组织或器官功能状态的图像。2、检查比较便利。3、空间辨别率差。28 闪烁探测器是利用晶体使射线能量转换成荧光光子，记录荧光光子的产生数量，便可反映射线的活度和能量，这类仪器主要用于核医学显像、功能测定和体外分析。29 （二）诊断用核医学仪器：主要在临床核医学工作中，用来进行脏器功能测定和脏器显像。1、显像仪器γ照相机显像仪器单光子放射型(SPECT)放射型计算机断层正电子放射型(PET)(ECT)30 （一）概述γ照相机是对体内脏器中的放射性核素分布进行一次成像、并可进行动态视察的核医学仪器。图22γ照相机一、γ照相机31 γ照相机的主要特点1、γ照相机的主要优点2、γ照相机的主要缺点：（1）图像受脏器的厚度影响较大。（2）γ照相机的空间辨别率较低，在形态学诊断上不及X-CT和MRI。32 γ照相机主要由四部分组成：1、闪烁探头：准直器、晶体、光电倍增管2、电子线路：主要由位置信号通道和能量信号通道两部分组成。3、显示记录装置：示波器、照相机和实体放大器等。4、附加设备33 γ照相机探头结构准直器闪烁晶体光电倍增管数模转换器数字信号处理器34 （二）γ照相机的基本原理主要有探头、电子线路和显示系统三部分组成。35 二、放射型计算机体层显像(ECT)X-CT与ECT的主要区分：1、X-CT是利用常规X线从外部穿透机体后，依据组织密度的差异成像，ECT显像是反映放射性药物在体内的分布图。2、X-CT是反映解剖结构，ECT是既反映解剖结构又反映器官的生理和功能。36 X-ray探头1探头2CTSPECTPET37 ECT的主要特点（1）可做体层显像，定位精确；（2）可用来分析脏器组织的生理、代谢变更，做脏器的功能检查。单光子放射型计算机断层(SPECT)(图23)正电子放射型计算机断层(PET)(图24)还有SPECT-PET，是用SPECT实现PET的功能目前普遍应用的是SPECT。ECT38 图2339 图2440 (一)单光子放射型计算机体层成像SPECT可以克服平面显像对器官、组织重叠造成的小病灶的掩盖，提高对深部病灶的辨别率和定位精确性。41 SPECT的基本组成：由探测器、机架与检查床、操作台和计算机等部分组成。42 43 它利用引入人体内的单光子放射性核素发出的γ射线，在体外测定其分布浓度并转化为电信号，在计算机帮助下经过重建影像，而得到体层图像。SPECT成像原理44 SPECT显像45 46 47 48 (二)正电子放射型计算机体层成像PET是现代核医学脏器显像技术处于前沿的一种仪器，是目前最先进的核医学仪器。49 1、正电子放射性核素为短半衰期或超短半衰期的核素，主要由加速器生产，如11C、13N、15O、18F、67Ca、201Tl等。50 湮没辐射示意图正电子放射性核素放射出的正电子，在组织中很快与负电子相互碰撞而发生湮没辐射，同时产生两个方向相反、能量相同(511kev)的γ光子。γ511keV511keV+e-γ51 2、PET探测原理52 可达32环探测器，上万个探测器GANTRYRING53 SiemensPET54 3、PET成像过程（1）标记核素制备（2）标记物引入体内积聚（3）γ光子对探测（4）数据处理（5）图像显示与储存55 4、SPECT和PET的比较SPECT不必配备回旋加速器，价格相对便宜，因此在临床中广泛运用。SPECT能进行放射性核素体内分布相对比较显像，但进行体内定量显像就比较困难，也不太精确。56 SPECT与PET的共同点：都能得到断层显像，显像原理都是利用晶体转换γ光子射线能量成荧光光子并被光电倍增管探测和放大，得到与放射性核素在体内分布、活性强弱一样的图像。57 PET的应用特点1、示踪剂具有生物学活性。2、放射性损伤小。3、灵敏度与辨别率比SPECT要高。4、系统困难费用高。58 59 60 61 62 63 64 65 SPECT全身断层采集演示66 SPECT断层采集演示67 核医学成像设备分类及特点单光子成像设备，有γ相机，SPECT正电子成像设备，有PET重叠成像，有γ相机计算机断层成像，有SPECT，PET68 γ照相机：组成：1、闪烁探头；2、电子线路；3、显示记录装置；4、附加设备。特点：1、连续显像；2、成像时间短；69 单光子放射型计算机体层设备(SPECT)利用γ照相机围围着诊断感爱好的人体区域，采集各种不同角度上放射出的γ光子并计数，然后利用X-CT中所运用的图像重建方法，得到人体某一体层上的放射性药物浓度的分布，即可得到多层面的各方位的体层图像或三维立体像。与X-CT的区分：图像粗造，空间辨别率低。属放射型体层摄影；70 正电子放射型计算机体层设备(PET)运用放射正电子的放射性核素；测量湮没辐射产生的γ光子。优点：空间辨别率高，一般4~5mm，最佳3mm。71 γ照相机72 光电倍增管的排列方式每一个边排列3个，总共19个每一个边排列4个，总共37个每一个边排列5个，总共61个每一个边排列6个，总共91个每一个边排列7个，总共127个73 位置计算电路74 准直器作用：滤除非规定范围和非规定方向的γ射线。准直器类型：(1)、针孔形(2)、平行孔形(3)、扩散型(4)、会聚型75 性能参数：空间辨别力：表征了对两个邻近点源加以区分的实力。R值越小，空间辨别率越高。灵敏度：准直孔越大，灵敏度越高；准直器越厚，孔间壁越厚，灵敏度越低。准直器的灵敏度和空间辨别率难以两头兼顾。适用的能量范围：与孔间壁的厚度有关。76 单光子放射型计算机体层设备SinglePhotonEmissionComputedTomography利用引入人体内的单光子放射性核素发出的γ射线，在体外测定其分布浓度并转化为电信号，在计算机帮助下经过重建影像，从而得到体层图像。什么是单光子？77 SPECT基本结构和工作原理分类：多探头环形（扫描型）：结构与X线CT类似，由数量众多的探头围成环状，同时分别检测各个方向的γ射线。照相机型：探头固定型：探头旋转型：78 基本成像原理人体发射的γ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79 旋转机架80 PET设备PositronEmissionComputedTomography(PECT)，特点：使影像技术从简洁的解剖结构、吸取功能成像迈向新的分子显像、代谢显像和基因成像，不仅供应诊断信息，还供应治疗信息。81 正电子和正电子放射性核素正电子放射性核素通常为富质子的核素，它们衰变时会放射正电子。原子核中的质子释放正电子和中微子并衰变为中子：P→β＋+n+ν其中P为质子，n为中子，β＋为正电子，ν为中微子。正电子的质量与电子相等，电量与电子的电量相同，只是符号相反。82 正电子湮灭前在人体组织内行进1-3mm。湮灭作用产生：能量(光子是511KeV)。nb+b-~1-3mm511KeV511KeV同时产生互成180度的511keV的γ光子。正电子湮灭83 正电子成像的基本原理正电子放射性核素是易于标记各种生命必需的化合物及其代谢产物，如：引入人体的放射性核素参与人体代谢，反映了人体组织器官的机能和代谢状态。正电子与人体组织的电子相结合而湮灭，转换成一对方向相反、能量为511Kev的γ光子。从各个角度收集γ光子，进行图像重建。84 湮灭符合探测装置符合事务测定区85 PET的电子准直湮灭γ光子对只有在两个互成180度的探测器的FOV立体角内才能被探测。利用湮灭辐射的特点和两个相对探测器的符合来确定闪烁事务位置和时间的方法称电子准直。86 PET的基本结构扫描装置：机架：检查床：计算机接口及计算机系统：87 MRI图像和PET图像对比88