PETCT基本原理和应用培训课件.ppt

1、本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。OutlineOverview 功能与解剖成像PET系统的发展历史PET物理学基础 符合探测 “混合”事件 分辨率和噪声 衰减校正PET主机的组成和工作原理计算机图象处理质量控制 Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Tracing lifes processes 与CT、MR的解剖成像不同，PET可对代谢过程的生理和生化改变进行评价，而组织功能的改变

2、往往预示着结构的改变。PET使用放射性药物进行示踪，示踪剂采用如C、N、O、F等组成生命的基本元素的核素作为示踪原子。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。因此，相对于其他成像模式而言，PET往往能够在分子水平上揭示疾病的代谢状态。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。PET Application

3、PET has the unique ability to cross the boundaries of specialties,adding new dimensions to a physicians ability to:Diagnose disease before structural changes become detectable with anatomical imaging techniques,potentially improving the prognosis.Manage patient therapy by monitoring response to a gi

4、ven regimen and providing early feedback on its efficacy.This can help reduce or avoid the cost of ineffective treatments or unnecessary hospitalization.In some cases,replace multiple diagnostic procedures with a single exam.Help predict the prognosis for surgical procedures,to eliminate those that

5、wont benefit the patient,thus significantly reducing the cost of healthcare delivery.Identify distant,occult metastases that may affect the course of treatment and therefore change patient management.Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Applic

6、ations in OncologyLung CancerMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Applications in OncologyBreast CancerMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Applications in OncologyRecurrent Colorectal C

7、ancerPET can distinguish between recurrence and scar tissue at the site of initial surgery.Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Applications in OncologyTumorTherapyMonitoringMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依

8、据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Overview 功能与解剖成像PET系统的发展历史PET物理学基础 符合探测 “混合”事件 分辨率和噪声 衰减校正PET主机的组成和工作原理计算机图象处理质量控制OutlineMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Historyv1953年 Brownell G.L.等人进行正子发射核素探测v1975年 Ter-Pogossian M.M.、Phelps M.E.、Hoffman E.J.发展出

9、正电子断层扫描仪v1975年 Muehllehner G.提出两平行双探头配以符合探测电路进行正电子扫描v1992年 van Lingen A.提出以平行相对的双探头单光子发射扫描仪配上 511 keV 的高能准直器可以进行正子发射断层扫描v1999年 Thomas Beyer 等人开发出PET/CT 扫描仪v2001年 PET/CT用于临床Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。BNL ring,c.1964Medical Imaging Cen

10、ter,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。First Installation in Zurich March 2001Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删

11、除。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。OutlineOverview 功能与解剖成像PET系统的发展历史PET物理学基础 符合探测 “混合”事件 分辨率和噪声 衰减校正PET主机的组成和工作原理计算机图象处理质量控制Medical Imaging Cente

12、r,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。正电子的物理特性 正电子发现于1934年 正电子带一个单位正电荷 正电子有一定的能量和射程 正电子只能瞬间存在 正电子由+衰变产生 正电子与负电子结合产生湮灭辐射Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Positron Annihilationb b+b b-1-3mm511KeV511KeV Posit

13、ron travels 1-3mm(depending on energy)before annihilation.Annihilation process conserves:-Energy(photons are 511KeV).-Momentum(photons are almost exactly colinear).Simultaneous detection of two 511KeV photons-event along line between detectors.Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅

14、供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Coincidence DetectionPulse ProcessingPulse ProcessingAND Events occurring anywhere on line between detectors contribute coincidence counts to detector pair.Recorded counts are proportional to line integral of activity between the detectors.DET 1DET 2Medical Imag

15、ing Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Coincidence Eventsv单一事件（Single Events）v真实符合事件（True Coincidence Events）v散射符合事件（Scattered Coincidence Events）v随机符合事件（Random Coincidence Events）Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如

16、有不当之处，请联系网站或本人删除。Single EventsMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。True Coincidence EventsMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Scattered Coincidence EventsMedical Imaging Center,Fuzhou G

17、eneral Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Random Coincidence EventsMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Nuclear Medicine CameraMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。R

18、esolution LimitsEffects of Photon Non-colinearity -Function of detector radius:1mm FWHM per 50cm scanner diameter.e+e-Effects of Positron Range 1-3mm -Function of emitted positron energy.-18F images(Emax=0.6MeV)have better resolution than 15O(Emax=2.1MeV).Point SourceMedical Imaging Center,Fuzhou Ge

19、neral Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Multiplane and 3D ImagingMultiple Ring Imaging“Cross planes”formed by adjacent rings.N rings-2N-1 imaging planes.Each plane processed independently by 2D algorithm.Septa added to reduce off-plane photons.Volume(3D)Imaging Remove septa.Big

20、 increase in system sensitivity,even bigger increase in scatter.Reconstruction algorithm not separable into planes-requires a 3D algorithm.Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Noise in PET Images PET图像的噪声大小由符合事件的计数决定。在图像重建过程中采用滤波或平滑处理可以减少图像噪声，

21、但同时降低图像分辨率。105 106 107 countsRamp filterHanning window,4mmHanning window,8mmMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。衰减校正 与CT透射型扫描不同PET探测的是发射型扫描，采用符合探测，有效计数量低，介质的影响不能忽略，需要进行衰减校正。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依

22、据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。1.外置棒源68Ge的衰减校正正电子显像的标准衰减校正方法2.X-CT衰减校正Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。OutlineOverview 功能与解剖成像PET系统的发展历史PET物理学基础 符合探测 “混合”事件 分辨率和噪声 衰减校正PET主机的组成和工作原理计算机图象处理质量控制Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的

23、信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。整套PET系统包括PET主机和回旋加速器及配套的化学合成装置三大部分。PET主机配置有扫描机架、主机柜、检查床、主辅工作站等几个部分。机架是最大部分，其中最主要的是探头部分，包括探测器环和中隔、多晶体、光电倍增管、前置电子线路、符合线路、分类器、电子准直线路、透射源及各种电子学仪器线路等。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Medical Imaging Cent

24、er,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Detector RequirementsGoalRequirementHi

25、gh Spatial ResolutionSmall Detector Elements High SensitivityHigh Stopping PowerLow Scatter Fraction Good Energy ResolutionLow RandomsGood Timing ResolutionLow Deadtime Fast Event Handling Small Channel Size Limited MultiplexingLow CostNone of the AboveMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本

26、文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Detector MaterialsHigh Density Overall detection efficiency is proportional to the product of the detection efficienciesHigh Effective Atomic Number High photopeak fraction(photopeak vs Compton)allows high discriminator setting for scatter rejectionFast

27、 Decay Time The primary speed of the detector has a big effect on count rate Others light output,wavelength,and index of refraction are other properties that are importantMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Detector MaterialsNaI(Tl)BGOGSO(Ce)

28、LSO(Ce)STOPPHOTONSPRODUCELIGHTGROWCRYSTALSm m(cm-1)0.37 0.95 0.670.89Photonfraction 15%40%35%30%Light Output 100 20-25 3575Decay Constant 230 300 6550RadioactiveNONONOYESMelting Point 650 1050 20002000Furnace Platinum IridiumIridiumCost$5/cc$10/cc$20/cc$25/cc?Medical Imaging Center,Fuzhou General Ho

29、spital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Detector Assemblies1-to-1 CouplingExcellent livetime characteristics,but expensive,and limited in size to smallest available PMT(1cm2).Block DetectorIndividual crystals“pipe”light to detectors.More complex,but required with low light output-BGO.A

30、nger CameraLight from scintillator is distributed among several PMTs;measured distribution determines location.Poor livetime,but can have good resolution with enough light output-NaI(Tl).Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Medical Imaging Cen

31、ter,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。探测器块的部件 Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Crystals Photomultiplier Tube

32、sSix Detector Blocks（module)56 Cassettes Assembled to Form Detector RingOne BlockDetectorCassette18 Rings18环探测器的组成Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删

33、除。Block DetectorABCDCompute total energy,centroid of light distribution:E=A+B+C+DX=(B+D)/EZ=(C+D)/EMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Medical Imagi

34、ng Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。操作台及辅助设施 操作台 检查床 床板采用高强度和低射线吸收率最佳的碳素纤维材质，不会对图像数据造成影响；还配备脑断层头托，更好的固定头位 倾斜驱动器 属于机架部分，并非所有机型都有Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。OutlineOverview 功能与解剖成像PET系统的发展历史P

35、ET物理学基础 符合探测 “混合”事件 分辨率和噪声 衰减校正PET主机的组成和工作原理计算机图象处理质量控制Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。辅助设备PET扫描机 主机柜 存储器 软件包 CPU功能键控制台输入输出 外存设备光盘、软盘 显示 打印工 作 站PET计算机框图Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系

36、网站或本人删除。软件结构和分类 系统软件 操作系统部分、系统应用程序、调试和故障检测程序、语言处理程序 应用软件 PET数据采集、图像重建、量化分析和自编 程序 数据库Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2D和3D采集 2D是在有栅隔板准直状态下采集 3D是在

37、撤除栅隔板的状态下采集Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。PET的2D和3D采集模式 2D采集时探头环与环之间放置栅隔（septa）栅隔由铅或钨等重金属屏蔽材料制成，防止错环符合事件发生 3D采集收进环间栅隔，系统会记录探测器之间任何组合的符合事件Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。PET的2D

38、和3D采集模式 屏蔽栅隔的存在减少随机和散射符合计数屏蔽栅隔的存在减少随机和散射符合计数(30%)。Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。PET的2D和3D采集模式 2D采集：信噪比高，随机符合和散射符合计数较小 图像校正和图像重建简单，定量处理准确 轴向FOV均匀性较好 灵敏度较低，采集时间较长 3D采集：灵敏度较高，节省采集时间 随机符合和散射符合计数较高 图像校正和图像重建复杂，定量精度很差 轴向FOV均匀性较差Medical Imagin

39、g Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2D采集适合肿瘤探测和全身扫描，适合精确定量分析 3D采集适合神经系统、脑扫描 采用3D显像，脑内结构显示细腻，图像质量好Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。图像重建 滤波反投影重建 迭代重建 ML-EM算法 基于极大似然估计的期望最大算法 OSEM算法 有序子集加速算法 RAMLA算法

40、 二维傅立叶变换法Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。OutlineOverview 功能与解剖成像PET系统的发展历史PET物理学基础 符合探测 “混合”事件 分辨率和噪声 衰减校正PET主机的组成和工作原理计算机图象处理质量控制Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。校准校准（Calibrati

41、on）Blank Scan:20min30min,daily Singles/update gain adjustment:1hr,weekly Coincidence Timing Calibration:5min,weekly Normalization Calibration:12hr or more,quarterly Well Counter Calibration:quarterlyMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Pin sou

42、rce Ge-68；半衰期：271days 高活度源（400MBq），2根 低活度源（60MBq），1根Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Blank Scan 在探头之间只有空气介质的情况下，用外源性棒源进行的一种扫描。（1）用于计算病人体内组织的衰减因子（2）了解Scanner 能否正常工作（如：晶体的状况）Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科

43、学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Crystal FailureBlank Scan 正弦图Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Blank Scan 示意图Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Coincidence Timing Calibration(CTC)Purpose

44、:Adjust for timing channel propagation(spread)delays so events from all blocks are timestamped equivalently.Method:Coincidence acquisition of orbiting rod source.CPM passes through timing difference information instead of crystal ID.Timing spectra histogrammed,analyzed to determine delay line settin

45、gs.Output:One value per block(336 total).Dependencies and Effects on Other Calibrations CTC is independent of other calibrations and is fundamentally a property of the electronics channels themselves.Re-done every time a pre-CPM electronics component is changed.Medical Imaging Center,Fuzhou General

46、Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Singles/update gain adjustment Position adjustment:晶体模拟位置图 Energy adjustment:晶体能量阈值的校准 Default gain:每个晶体块（block)的4个PMT通道增益的校准晶体图 能量图300650KevPMT GainMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。N

47、ormalization Calibration探测器归一化校准，用以校正发射显像资料 探头归一化也称为探测器灵敏度校正。对PET数据进行图像重建时，基本假设是符合投影线灵敏度一致。探测器参数的差异，符合投影线与探测器表面夹角不同，都会造成灵敏度的差异。对这些造成探测灵敏度差异的因素，进行校正的过程称为探测 器归一化。对每一条符合投影线来说，都应有一个归一化因子low-activity pin source(60MBq),constantly rotating12hr or moreMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Well Counter Calibration（WCC）Radiotracer+Water目的：用以计算SUVMedical Imaging Center,Fuzhou General Hospital本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Thank You!Thank You!Medical Imaging Center,Fuzhou General Hospital