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1、双探头符合线路断层显像原理简介黄钢 朱承谟 近年来,多用途γ相机的设计与应用迅速发展,尤其是双探头符合线路断层显像仪(dual-headtomographywithcoincidence,DHTC),不仅有常规单光子核素显像的优势,且能完成18F标记物正电子核素显像(如18F-DG和18F-多巴类似物等),价格明显低于PET,有利于临床的推广应用［1,2］。一、DHTC的原理与发展过程 应用180°对应的数字化双探头γ相机,绕放射源同向旋转采集,根据符合线路测定原理,正电子与周围介质作用后所产生的能量相等(51
2、1keV)方向相反的2个γ光子,通过对应方向放置的2个探头同时探测,当2个探头的输出信号加入符合电路并被确认为输入时间差小于一极短的特定时间后,定义为有效的符合信号并记录成像。正电子核素图像采集正是通过探测γ光子对产生的符合计数及其分布而获得,因此成对γ光子到达探测器的时间差定时,是1个重要参数,通过有效的探测系统及合理的线路设计,能获得良好的定时与适当的死时间,以保证较高的时间分辨率,减少随机信号的影响。经计算机图像重建有效符合信号的三维分布,以清晰显示正电子核素显像图［3］。 DHTC的设计思路是用造价相对低
3、廉的双探头γ相机进行正电子核素显像,并实现PET的部分作用。早在1953年,Brownell等［4］首先证实,由正电子衰变引起的湮灭辐射能通过符合线路检测技术显示图像。5a后,Anger等［5,6］提出用双探头γ相机实现符合探测。直到70年代随着电子学与计算机的发展,才设计出真正的正电子发射显像仪［7］。由此,设计思路进入了单纯正电子发射计算机断层显像仪的研究与开发,出现了平行多晶体阵列正电子相机。而单环和多环结构的出现及锗酸铋晶体的应用,使PET进入了新的发展时期。多环PET的产生,使全身PET显像成为可能,其优
4、点是:1次断层采集可获数个断层面,体积灵敏度高,不仅有良好的横向视野,也有较大的纵向视野。近年来,陆续推出2种特殊的SPECT仪,一种是配有超高能准直器的SPECT仪,另一种是双探头符合线路SPECT仪(DHTC)［8-10］,后者能在相对保证探测灵敏度和分辨率的前提下兼顾常规低能核素显像与正电子核素显像,并能有效完成PET所具有的部分临床诊断作用。二、超高能准直器SPECT与DHTC的比较 应用常规SPECT仪进行正电子核素显像的最简单方法即直接探测511keV超高能γ射线。为此,配置超高能准直器探测高能放射性
5、,同时扩大脉冲高度分析器能窗范围,使能量测定范围扩展成50～550keV,这样可同时采集140和511keV2种核素的单光子。其优点是方法简便,γ相机的电子学线路改变较少,可同时进行高低能双核素显像,尤其适用于检测存活心肌的18F-FDG/99Tcm-MIBI或201Tl双核素组合显像［11-13］,缺点是超高能准直器极为笨重,检测灵敏度低,图像分辨率差,不利于肿瘤早期诊断与转移或复发病灶的探测。因此,超高能准直器γ相机问世不久即遭淘汰。而DHTC与超高能准直器γ相机的最大区别是,当进行511keV正电子核素显像时
6、,探头不配置准直器,而是应用PET的基本设计原理,用符合线路模式,探测正电子核素因湮灭辐射而产生的2个能量相等(511keV)方向相反的γ光子,并重建图像,具有满意的检测灵敏度与图像分辨率,核素使用剂量低,临床检查费用低,有效探测视野大,缩短了图像采集时间,仪器价格相对低廉,有利于临床推广应用。三、DHTC的晶体要求 除符合线路的设计外,DHTC在探头的晶体厚度上与普通双探头γ相机有明显的差别。普通双探头γ相机主要用于低能核素的检测,为保证良好的空间分辨率,多选用较薄的NaI(Tl)晶体,常用的晶体厚度为3/8英
7、寸(9.5mm)。但DHTC的NaI(Tl)晶体必须兼顾高低能两类核素的有效探测,过薄的晶体将明显降低高能核素的探测效率,表1示不同厚度NaI(Tl)晶体对不同能量核素的探测效率,可见随晶体厚度的增加,光子探测效率也增加。表1 NaI(Tl)晶体厚度对常用放射性核素探测效率的影响 %放射性核素能量(keV)晶体厚度(英寸)3/81/25/83/4201Tl7010010010010099Tcm14084919598111In17275849092111In2474555646767Ga9310010010010
8、067Ga1846878859067Ga30033414854131I3642431364218F51113172124 注:1英寸=25.4mm 实际上,探测效率对符合线路检测灵敏度的影响远大于常规单光子成像,因为1个有效的符合信号源于2个探头的探测效率,对于3/8英寸晶体,符合探测效率是13%×13%为1.69%,而5/8英寸晶体的符合探测效率是21
