医学成像技术(第四章-放射性核素成像系统SPECT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,.,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.,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.,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。,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.,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,必备的物质条件,放射性核素成像系统的性能指标,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.,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.,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.,4.2,相机,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,可观察脏器的动态功能及其变化,既是显像仪又是功能仪,相机的基本结构,相机准直器（,Collimator）,闪烁探测器（,NaI,晶体）,光电倍增管,(,PMT),位置电路,数据分析计算机,NaI,晶体,光电倍增管,准直器孔,探头周围铅屏蔽,准直器固定结构,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,相机准直器,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。,闪烁探测器,一种铊激活碘化钠,NaI,(,Tl,),探测晶体普遍用于,相机中。在核医学中，这种晶体对于放射性核发射的,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3/8厚且尺度为30-50,cm。,由于光电效应和与晶体内碘化物的离子的康普顿散射，,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。这种过程称为,闪烁,。,光电倍增管,每7到10,个光子入射到光电阴极上，就会产生一个电子。从阴极来的电子聚焦到倍增管电极上被吸收后会放出更多的电子（一般是,6到10,个）。这些电子再聚焦到下一个倍增管电极上，这个过程在倍增管电极阵列上不断重复。,位置电路,和,数据处理计算机,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。,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。,闪烁晶体:,与,射线作用产生荧光.,要求:,对,射线应有较高的俘获率,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.,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,相机成像方案,平面成像,相机固定在病人上方，获取单一角度数据,平面动态成像,固定角度，长时间观察放射性示踪剂运动,SPECT,成像,绕病人旋转，获取放射性示踪剂三维分布,门控,SPECT,成像,结合,ECG,获取心动周期不同阶段的图像,4.3,单光子发射计算机断层成像,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。,时域解像精度不到千分之一秒。,放射性核的等离子放射物可能对孩子和孕妇有危险性。,保留了,照相机全部平面显像的性能,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、肿瘤免疫及受体定位等。,SPECT,的总体特点,Siemens,的,SPECT,GE,的,SPECT,系统,1959,David,Kuhl,和,Roy Edwards,取得了世界上第一台横截面发射断层图,1963,Kuhl,和,Edwards,发展出来的放射断层系统成为,SPECT,的前身,1976,Keyes,发明第一台,相机,SPECT,系统,1983,商业化,相机,SPECT,问世,2003,利用迭代重建算法进行衰减修正的,SPECT,SPECT,的发展,SPECT,检测通过放射性原子（称为放射性核，如,TC-,99,m、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,SPECT,的原理,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,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,用短半衰期,核素,Tc-,99,m,等标记某些特殊化合物经静脉注入人体,探测聚集于人体一定器官、组织内，标记于化合物上,的,Tc-,99,m,衰变所发出的,射线,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,数据投影,数据傅立叶变换,数据滤波,数据反变换,反投影,衰减校正,散射校正,SPECT,重建算法步骤,FBP,方法的优点：计算过程简单，重建速度快，重建后的,SPECT,图像分辨率能够满足临床需要。,FBP,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较差。,FBP,方法是把探头采集到的二维投影数据经过预滤波降低统计噪声后，将二维投影数据反投影到预先设定的三维矩阵过程。,滤波反投影(,FBP),衰减校正,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60511,keV,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。,一方面取决于人体衰减系数图(,map),的获取，另一方面取决于衰减校正的算法。,射线衰减与,X,射线衰减不同之处？,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。,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,用放射性,Tc,-,99,m(,锝)标记的各种化合物,短半衰期（,6.02,小时）放射性同位素,主要放射低能,射线,其能量为,141,keV,辐射剂量只有一次,X,摄片的,1/10,1/2,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,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,临床,放射性核,放射性药物,能量(,KeV),T 1/2(hours),骨显象,Tc-,99,m,MDP,140,6,心肌显象,Tc-,99,m,Tl-,201,SestaMibi,140,70,6,73,脑,Tc-,99,m,HMPAO,140,6,甲状腺,I-,131,364,8,days,肾脏,I-,131,Tc-,99,m,Hippuran,Mag-3,364,140,8,days,6,肺脏,Tc-,99,m,Xe-,133,MAA,Gas,140,81,6,62,肿瘤显象,Ga-,67,F-,18,Citrate,FDG,90,511,78,2,肝脏,Tc-,99,m,Sulfur,140,6,放射性药物及其临床应用,SPECT,系统,探头（旋转,型,照相机）,机架,断层床,计算机和光学照相系统,SPECT,图像-脑部,SPECT,图像-脑部,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。,SPECT,图像-心脏,SPECT,图像-骨骼,