1、核医学成像医学宣教核医学成像医学宣教放射性核素显像放射性核素显像 Radio nuclear imaging,RNI将放射性药物通过注射或口服引入体内，吸收后能在某一器官内积聚而成为放射源。用核素成像仪器探测处理，显示核素浓度分布，反映人体代谢（功能）动态变化（物质的输运、集聚、排泄、物质代谢及其分布）RNI是四大医学影像之一功能性显像为主，形态解剖结构显像为辅核医学成像医学宣教2 概概 述述一、放射性核素显像的技术特点一、放射性核素显像的技术特点主要技术：相机；单光子发射型计算机断层（SPECT）；正电子发射型计算机断层（PET）；RNI技术特点：检测灵敏度高；10-1410-18g，一般化
2、学方法难以测出；定性、定量、定位；测量简便：只对放射性核素示踪物进行测量；准确性高：微量示踪物，不干扰研究对象的正常生理、生化过程；功能性显像；核医学成像医学宣教3二、核素示踪 示踪的基本根据：同一元素的同位素化学性质相同，在生物体内的化学变化和生物学过程相同，生物体不能区别，可以用放射性核素代替同位素中的稳定性核素；放射性核素能放射出易被探测到的射线（示踪原子），放射性测量仪器可以对它标记的物质进行定性、定量及定位测量。放射性核素分布反映了体内脏器的功能和代谢情况。如：甲状腺有摄取或浓集131I 的功能，131I 的摄取速度和摄取量与甲状腺功能状态有关核医学成像医学宣教4核医学检查项目统计情
3、况核医学检查项目统计情况检查项目检查项目 所占比例所占比例(%)(%)骨显象骨显象 25 25 脑显象脑显象 2 2 心肌血流灌注显象心肌血流灌注显象 35 35 肿瘤定位显象肿瘤定位显象 15 肝胆肝胆/肾脏显象肾脏显象 5 5 呼吸系统显象呼吸系统显象 12 12 甲状腺显象甲状腺显象 5 5 其他其他 1 1 注注:骨和心肌显象占骨和心肌显象占60%60%的总检查的总检查核医学成像医学宣教5 三、放射性制剂三、放射性制剂 放射性药物是能够安全用于诊断的放射性标记化合物 标记物放射性核素 被标记物化合物（药物）在特定组织内选择性积聚参与生理、生化代谢过程125I 125I-胰岛素18F 1
4、8F-脱氧葡萄糖（FDG)例如：核医学成像医学宣教6 核素要求 1.能量适中：100400KeV，一般临床应用50500KeV 太低易被机体吸收，探测效率低；太高准值效果差（屏蔽困难），空间分辨率低 2.半衰期适中：T1/2 尽可能短减少辐射剂量；核素在靶器官有合适的存留时间，保障探测采集足够的数据；显像后，放射性药物应尽快地从体内清除掉，减少辐射危害。第一节第一节 核医学成像的物理基础核医学成像的物理基础一、核医学成像用放射性核素一、核医学成像用放射性核素核医学成像医学宣教74.稳定性好：化学结构稳定，不易发生分解、氧化还原等化学反应；核素与化合物结合稳定，不因体内介质条件或生物活性物质的改
5、变（如酶作用）而发生分解、变性和脱落；对自身辐射作用耐受能力高。5.无毒害：核素的衰变产物应该是稳定产物。3.易标记：合适的化学价态和较强的化学活性。核医学成像医学宣教8 2.碘(I)：98%;668KeV(伴有射线)；能量(偏高，探测效率低，分辨率差）；T 1/2 8.04h。适合于甲状腺、肾、肝、脑、肺、胆显像，功能测量和治疗 常用于临床的放射性核素 1.锝（Tc)：90%;不伴有辐射；能量 140KeV(适合探测）；T 1/2 6.02h适合所有器官显像。核医学成像医学宣教93.正电子衰变类（用于PET)11C 20.3min;13N 10min;15O 123 s;18F 110 mi
6、n 优点：人体的基本元素，易于标记各种生命所必需的化合物及其代谢产物，且易于参与人体生理、生化代谢过程；T 短，检查时可给予较大的剂量，提高对比度和分辨率；反映人体生理、生化、病理和功能等方面的改变。反映精神情感、思维、行为等人脑的活动。核医学成像医学宣教10二、二、能谱能谱光电效应(PE)全部能量光电峰（全能峰）。表征核素特征康普顿散射部分能量、散射角脉冲幅度低、范围分布宽光电峰光电峰意义：计数率测定时，避免其他能量射线的干扰；鉴定放射性同位素种类和含量核医学成像医学宣教11 1956年Anger发明了闪烁相机 同时纪录各脏器核素的射线，成像时间短；探头灵活，可进行多体位成像，使用方便；Po
7、laroid相机一步显、定影，定时相机连续拍摄，反映代谢过程的动态变化；The tumors are the dark areas5-2 相机相机核医学成像医学宣教12探探头头位置信号位置信号能量信号能量信号照相照相示波器示波器XYZ射线源射线源一、一、照相机的基本结构照相机的基本结构核医学成像医学宣教131、准直器 空间定位作用：允许特定方向光子进入探测器，屏蔽与孔角不符的散射光子。材料：铅或铅合金；屏蔽效果好；易加工（一）探头装置（一）探头装置核医学成像医学宣教14类型类型 特点特点 临床应用临床应用 备注备注 针孔准直器针孔准直器 对小脏器具有放大对小脏器具有放大作用作用,计数率高计数率
8、高 主要用于甲状腺主要用于甲状腺显像显像 准直器到脏器的距离影准直器到脏器的距离影响脏器图像的大小响脏器图像的大小 平行孔准直平行孔准直器器 准直器到脏器的距准直器到脏器的距离影响图像质量离影响图像质量,但但不影响脏器大小不影响脏器大小.临床上最常用的临床上最常用的准直器准直器,适用于各适用于各脏器脏器 扇型准直器扇型准直器 明显提高计数率明显提高计数率,图图像分辨率不受影响像分辨率不受影响 常用于脑显像常用于脑显像 使用扇型准直器时使用扇型准直器时,不不能同时使用实时人体轮能同时使用实时人体轮廓技术廓技术 不同类型准值器临床应用不同类型准值器临床应用核医学成像医学宣教15准直器类型准直器类型
9、 孔径孔径mm mm 孔数孔数 （个）（个）长度长度(mm)(mm)壁厚壁厚(mm)(mm)系统灵敏系统灵敏度度kps/m Ci kps/m Ci 系统分辨率系统分辨率(mm)(mm)低能通用低能通用准直器准直器 1.9 1.9 32900 32900 35 35 0.2 0.2 270 270 8.7 8.7 低能高分辨低能高分辨准直器准直器 1.5 1.5 18100 18100 35 35 0.2 0.2 160 160 7.9 7.9 中能通用中能通用准直器准直器 2.3 2.3 10000 10000 33 33 1.5 1.5 190 190 10.7 10.7 高能通用高能通用准
10、直器准直器 2.6 2.6 5400 5400 36 36 2.6 2.6 140 140 10.4 10.4 不同准值器的物理性能不同准值器的物理性能核医学成像医学宣教162、闪烁晶体闪烁体：掺入约0.5%铊(Tl)做激活剂的碘化钠(NaI)透明晶体。NaI(Tl)晶体优点：射线阻滞本领高（探测效率高）；荧光闪烁时间短（时间分辨力高）；荧光光子数与射线能量的线性关系好核医学成像医学宣教17光学收集系统 提高光电转换传输效率（减少反射）反射层（氧化镁）和光耦合剂（硅油、甘油等）组成光收集系统 光导：非直接耦合 材料：聚乙烯基甲苯、有机玻璃、光导纤维等3、光电倍增管光电转换：光敏阴极受激产生光电
11、子光电倍增：（106108）电信号放大；光子的数目越多，相应的脉冲数目也越多。核医学成像医学宣教18（二）电子学系统（二）电子学系统位置信号和位置信号和 Z Z 信号信号位置通道能量通道示波器、照相机Z 辉度X、y位置将光电倍增管输出的电脉冲信号转换为确定晶体闪烁点位置的X、Y信号和确定入射 射线的能量信号脉冲高度分析器电阻矩阵核医学成像医学宣教19（三）显示和记录（三）显示和记录基本显示装置示波器记忆示波器储存图像；普通示波器照相；普通示波器图像观察功能测定装置计数率仪将计数率转化为直流电信号，绘制放射性活度随时间变化曲线，显示脏器功能状况核医学成像医学宣教20二、二、照相机的性能指标及质量
12、控制照相机的性能指标及质量控制测试标准：美国电器制造商会(NEMA)标准 National Electrical Manufacturers Association空间分辨力：两个点（线）源的分辨距离；半高宽度FWHM；调制传递函数MTF核医学成像医学宣教21图像质量控制：探测灵敏度和图像的线性 幅度分析器窗位全能峰探测灵敏度对比度、均匀性等 准直器、X、Y位置线路图像线性图像与实物比例、对称性核医学成像医学宣教225-3 单光子单光子 ECT ECTECT类型：ECT利用相机原理，加入计算机信息处理功能，可对某一断层进行成像。据射线源性质的不同，ECT可分为两类。SPECT(Single P
13、hoton ECT):探测的示踪核素为放射出 射线（单光子）的核素；PECT(Positron ECT)：探测的核素为放射出正电子（+）的核素。核医学成像医学宣教23SPECTSPECT断层厚度断层厚度：采集全部数据并处理后任意选定SPECTSPECT成像原理成像原理：核医学成像医学宣教242 2、数据的衰减校正、数据的衰减校正平均衰减校正平均衰减校正：设人体等密度，衰减只与光子路经有关；设人体等密度，衰减只与光子路经有关；人体或脏器假定为椭圆；人体或脏器假定为椭圆；据指数衰减公式建立断层衰减图；据指数衰减公式建立断层衰减图；据图给出的光子通量与路径的关系对断层图像上各像素进行信号强度补偿据图
14、给出的光子通量与路径的关系对断层图像上各像素进行信号强度补偿SPECTSPECT是通过是通过射线的体外技术来标定体内放射性活度，无衰减时计射线的体外技术来标定体内放射性活度，无衰减时计数率正比于放射性活度数率正比于放射性活度断层中断层中射线的衰减与路经和组织成分等因素有关射线的衰减与路经和组织成分等因素有关核医学成像医学宣教253 3、旋转中心偏移检查、旋转中心偏移检查 断层时加以校正断层时加以校正 1.5mm 1.5mm（约（约0.50.5像素）像素）4 4、断层均匀性测量、断层均匀性测量圆柱体模型圆柱体模型99m99mTcTc溶液溶液555MBq555MBq计算模型计算模型断层图像断层图像
15、相对误差相对误差断层断层5 5、断层分辨力的测量、断层分辨力的测量 采集三个点源断层数据采集三个点源断层数据重建断面图像重建断面图像求求 FWHM FWHM6 6、总体性能评价、总体性能评价 360 3600 0 采集数据，经均匀度、衰减校正，重建横向断层图采集数据，经均匀度、衰减校正，重建横向断层图像，确定分辨阳模和阴模的极限值像，确定分辨阳模和阴模的极限值核医学成像医学宣教26SPECTSPECT的临床应用的临床应用1、全身骨显像:1）恶性肿瘤骨转移的早期诊断:骨显像可较X线片提前3-6个月发现病变2）原发性骨骼肿瘤累及范围的判断和疗效观察。3）股骨头无菌性坏死的早期诊断。SPECT影像仅
16、描绘了体内组织和脏器断层中放射性核素的浓度（生理、生化过程）分布，这种分布不是有关断层的解剖学形态A whole body bone scan indicating multiple bone metastasis(spread of disease)核医学成像医学宣教272 2、局部脑血流灌注断层显像、局部脑血流灌注断层显像(rCBF):1.TIA1.TIA:发作后发作后CTCT和和MRIMRI多为阴性多为阴性,rCBF,rCBF显像可发现近显像可发现近50%50%的患者脑内的患者脑内有缺血性改变。有缺血性改变。2.2.脑梗死脑梗死:诊断阳性率近诊断阳性率近100%,100%,在发病早期病变
17、区无明显结构变化在发病早期病变区无明显结构变化时即可显示异常。时即可显示异常。3.3.神经科疾病病灶的定位诊断神经科疾病病灶的定位诊断:发作间期显像阳性率约发作间期显像阳性率约60%,60%,远高于远高于CT(CT(约约25%)25%)和和MRIMRI检查。检查。4.4.早老性早老性痴呆痴呆(Alzheimer(Alzheimer病病)和多发性梗塞性痴呆的鉴别诊断和多发性梗塞性痴呆的鉴别诊断Brain ImagingThis figure is a transverse SPECT image of the brain.Note the hot spots present in the rig
18、ht posterior region.Scan indicating malfunction of the left kidney 核医学成像医学宣教285-4 正电子发射型计算机断层正电子发射型计算机断层（PET）PET采用贫中子的短寿命同位素 11C、13N、15O、18F，是构成人体的主要元素，放射出的+射线产生的湮没光子实现断层显像。便于“跟踪”、“探测”人体生理、生化活动，不干扰机体结构和生物变化过程一、概述一、概述核医学成像医学宣教29正电子湮灭前在人体组织内行进1-3mm 同时产生互成180的511 keV的光子。利用符合计数法探测淹没辐射的光子核医学成像医学宣教30符符合合探
19、探测测原原理理核医学成像医学宣教32各种符合事件各种符合事件同时同地；互成同时同地；互成1800；511keV无时间与空间相互关系无时间与空间相互关系能量小于能量小于511MkeV,511MkeV,不成不成1800事件事件核医学成像医学宣教33PET的电子准直的电子准直19641964年环状年环状头部头部PETPET核医学成像医学宣教34PETPET电子准直的特点电子准直的特点省去了沉重的铅制准直器，改进了点响应函数的灵敏度和均匀性。不再因准直器的使用损失了很大部分探测效率。避免了准直器对分辨率和均匀性不利的影响。利用了一部分被准直器挡住的光子，极大地提高了探测灵敏度。PET的灵敏度比SPEC
20、T高10倍以上。使用铅准直器的SPECT系统分辨率为816mm，而电子准直的PET系统分辨率为38mm。a)SPECT detection system;b)PET detection system.核医学成像医学宣教35环绕 360排列多组配对探头，探头对间符合线路检验判定每只探头信号，排除其它来源射线的干扰，得到探头对连线上的一维信息；用滤波反投影方式，将信号按探头对的空间位置向中心点反投射，便可形成与探头组连线轴平行的断层面正电子发射示踪剂分布图像。探测方式一次只反映一个层面的信息，实用中常用多层排列的探头对，配合层间符合线路，以利探测并重建更多层面的图像。n 个环2n 1个断层像：n
21、个同环符合探测；n 1 个邻环符合探测Illustration of a brain PET scanner based on 12 camera modules2 2、PETPET图像重建图像重建核医学成像医学宣教36PETPET系统工作流程系统工作流程回旋加速器回旋加速器产生同位素产生同位素 热配室热配室化学合成同位素示踪剂化学合成同位素示踪剂注射入人体注射入人体PETPET扫描扫描采集投影数据采集投影数据重建获得的浓度分布像重建获得的浓度分布像临床分析诊断临床分析诊断核医学成像医学宣教371 1、衰减校正、衰减校正三、投影数据误差校正三、投影数据误差校正abobab0a0dl0dldl0
22、eIeeII符合探测器测得射线强度均匀衰减量只与符合线穿过组织厚度ab相关校正：用体外线源（如校正：用体外线源（如68Ga棒）棒）绕成像体旋转，测得绕成像体旋转，测得 I 空扫测得原始强度空扫测得原始强度 I0衰减率校正因子：0I/I核医学成像医学宣教382 2、假符合校正、假符合校正隔片隔片交叉符合交叉符合直接符合直接符合 设置隔片阻挡射线；采用闪烁时间短的晶体；增设偶然符合电路等核医学成像医学宣教39NoImage粒子的动量的变化导致511 keV光子在探测野中产生约4弧度的不确定性偏离。对探测环横断面视野直径为70cm的PET，导致23mm的位置不确定性。对大视野PET而言，最高分辨率约
23、为34mm。校正：图像重建之前，由待测区轮廓和扫描路程精确进行校正3 3、电子能量的影响、电子能量的影响核医学成像医学宣教40PET的技术优势应用人体自身分子的主要元素的放射性核素制备示踪分子。准确地反映机体的代谢情况，可提供独特的生理性示踪研究和活体生化显像。因而被称为“生化断层”或“生命断层”。正电子核素半衰期极短，如11C、13N、15O和18F的半衰期分别为20、10、2和110min。对人体的辐射剂量甚低，需要时可在一次研究中多次重复检查。采用符合线路（Coincidence Circuit），以电子准直取代铅准直探头，故灵敏度高（不受探测深度限制）、对比度好，如PET的灵敏度较常规
24、相机高10100倍，分辨率（FWHM）达4mm，可有效地检出1cm大小的病灶均匀度好，有利于数学重建图像，可作组织的衰减校正和时间校正，校正后数据准确可靠，便于作定量分析，探测效率高。真正的3D探测技术，显示全身的横断、冠状和矢状断面各方位的断层影像。PET三维重建图像四、四、PETPET的优势及其缺点的优势及其缺点核医学成像医学宣教41 的应用评价和发展趋势 主要应用于神经系统（1535）、心血管疾病（1525）、肿瘤学研究（6585）等。1.在神经系统疾病的应用 PET显像用于脑血管疾病（CVD）、神经科疾病、老年性痴呆、帕金森病（PD）、神经退行性疾病、神经精神药物研究与脑功能研究等很有
25、价值。2.在心脏病学研究中的应用 PET主要用于隐性、高危和疑难冠心病诊断，心肌存活的检测、介入治疗前后监测、心脏移植、心肌病等的诊断及治疗随访观察等。应用18FFDGPET显像观察心肌代谢是冠心病诊断的金标准，是目前应用最多的项目。3.在肿瘤诊断与研究中的应用PET在肿瘤学的诊断与研究中主要用于良恶性鉴别，肿瘤分期、分型、复发、转移的早期诊断和鉴别，以及恶变过程的观察与基础研究等。核医学成像医学宣教42 冠心病冠心病心肌缺血心肌缺血良性脑膜瘤在良性脑膜瘤在PET上呈低代谢区上呈低代谢区核医学成像医学宣教43Whole body PET scans showing the distributi
26、on of radiolabeled monamine oxidase in one of the nonsmokers and one of the smokers.Red is the highest radiotracer concentration;purple is the lowest.Images are scaled so that they can be compared directly.核医学成像医学宣教44主要缺点：图象粗糙：目前大多数PET的整体分辨率在46mm左右，最好的PET分辨率也在2mm以上，远低于CT、B型超声和MRI；检查时间长：需时1530min，加上准
27、备工作，病人科内滞留期常达1小时以上；图像释读和分析不易掌握；环境和人员保护问题，核素及示踪剂供应的限制。PET发展趋势：受体显像PET生理数学模型研究PET新技术研究PET分子水平显像技术研究核医学成像医学宣教45SPECT与PET的区别核医学成像医学宣教46PET/CT的发明是医学影像学的又一次革命PETPET/CT的主体CT的作用：为PET提供衰减校正为PET提供解剖位置信息提供诊断信息核医学成像医学宣教47PET/CT的特点CT与PET硬件、软件同机融合解剖图像与功能图像同机融合同一幅图象既有精细的解剖结构又有丰富生理、生化分子功能信息可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程高灵敏度、高特异性、高准确性CT图像兼做衰减校正PET、CT单独能实现的，PET/CT一定能实现；PET/CT能实现的，PET或CT不一定能实现核医学成像医学宣教48
