发射型计算机断层成像设备概论

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1、第1节发射型计算机断层成像设备概论发射型计算机断层成像(emissioncomputedtomography，ECT)亦称放射性核素计算机断层成像（RCT）,是一种能显示放射性核素在人体内各层面的分布及立体分布影像的显像技术。SPECT（单光子发射型计算机断层）和PET（正电子发射型计算机断层）同属ECT的范畴。其断层图不受邻近层面核素干扰，定位准确，能获得活体三维影像，并能定量计算脏器或病变部位的大小、体积及局部血流量等。   自20世纪70年代末随着SPECT广泛应用和PET逐步应用于核医学临床实践，ECT在核素显像乃至整个医学影像中的地位和作

2、用都得到了无可争辩的承认，是核素显像技术继扫描机、γ照相机问世以后的又一重要进展。   一、历史回顾   1950年Cassen首先研制成功了逐点扫描成像的闪烁扫描机，奠定了放射性核素脏器显像的基础。当时可以进行甲状腺、脑、肝、肾及骨扫描等，但分辨率差，扫描时间长，不能进行快速动态研究。1956年Anger发明了闪烁γ照相机，以一次成像代替扫描机逐点成像，使核医学影像进入动态和静态功能显像相结合的新阶段。但γ照相机对于大的脏器如脑、肝等深部器官的病变检出率仍不理想。70年代以后电子计算机技术应用于γ闪烁照相机，对获得的信息进行处理，这样使影像更清晰

3、，提高了分辨率。自1975年以后辅配计算机的γ照相机已成为国内外核医学科常规检查设备。   SPECT的研制工作早在X-CT机研制之前就已进行。1963年Kahl和Edwards等研制了一种称为横向断面扫描仪(transverslsectionalscanner)的仪器，该仪器已具备现代X-CT机的概念。Knhl等人当时所用的影像重建方法是简单的反向投影法(simplebackprojection)，因而影像模糊、对比差，影像矩阵单元的活性值与实物分布无对应关系，因此SPECT的研制工作曾一度搁浅。1972年英国的GodfreyHounsfield

4、发明了X-CT机并用于临床。Kuhl等人借鉴X-CT的成像技术并引入计算机校正，终于在1979年研制成功了第1台头部的SPECT机，称之为MARKⅣ。此后SPECT机迅速发展并不断地更新换代，从而使核医学显像技术从二维平面影像发展到三维立体影像阶段，并实现了显示彩色化、电视化，数据处理微机化，使解剖分辨率和对生理、生化等功能改变的显示较γ照相机有了很大提高。   二、ECT设备的类型及其结构   ECT目前分为2大类：一类用于探测能够发射γ射线的放射性核素在人体内的分布，称为单光子发射型计算机断层，简称SPECT（singlephotonemiss

5、ioncomputedtomography）；另一类用于探测能够发射正电子的放射性核素的湮没辐射，称为正电子发射型计算机断层，简称PECT或PET(positronemissioncomputedtomography)。   目前应用最为广泛的SPECT机是γ照相机型的SPECT机。其主机为γ照相机，加上了探头支架旋转结构和计算机影像重建及处理软件系统。由于γ光子的收集率与γ光子发射体对探头所处的立体角成正比，因此SPECT机多采用大视野的探头，以提高体积灵敏度。其形状有圆形、方形和矩形。探头支架旋转结构有圆环形（GE公司）、悬臂形（SOPHA公司

6、）、龙门形（SIEMENS公司）等。计算机系统多采用微型机或小型机，或者采用单功能多处理器分别完成某种功能。γ照相机型的SPECT机在采集数据时所收集到的信息是以探头直径为长轴的一个圆柱体。这种采集方式一次旋转360°就可以得到多个断层面，最多可达128个断层面。该类型的SPECT机又兼有普通γ照相机的功能，所以一台γ照相机型的SPECT机具有多种显像方式：平面成像、动态摄影、全身扫描和断层显像等。   PET正在逐步走向临床。作为现代核素显像的最新技术设备，它的临床应用被认为“在核医学史上奠定了一个划时代的里程碑”。虽然PET机和SPECT机的基

7、本结构相似，都是由数据采集、数据处理、影像显示以及机械旋转架构等部分所组成，但由于采用的是发射正电子的放射性核素，PET机所能探测到的并不是正电子，而是正电子被体内组织所吸收时湮没辐射所产生的能量各为511keV、方向相反的一对γ光子，因此PET机至少需要2个（双探头）或更多的相对排列的（多探头、多环探头）γ探测器。湮没辐射所产生的双光子与单光子有不同的特点，因而PET机和SPECT机的探头结构也不尽相同。PET机对射线的限束采用的是电子准直，即利用湮没辐射和2个相对探头来确定闪烁点的位置，而不象SPECT机在探头前加铅准直器来限制γ射线的方向和范

8、围。   三、ECT与X-CT的异同 A.水平切面B.垂直切面C.短轴面 图6-1心脏模型三维切面示意图   SPECT机