1、影像核医学影像核医学谭庆玲核医学课程绪论1第一讲第一讲绪论绪论核医学影像基础与设备核医学影像基础与设备放射性药品及显像原理放射性药品及显像原理核医学课程绪论2绪论绪论定义影像核医学：利用放射性核素作为示踪剂进行医学成像诊断疾病，探索其机制与相关技术理论，并利用放射性核素治疗疾病的医学学科。核医学课程绪论3 影像核医学的特点影像核医学的特点现代医学影像学技术及成像原理现代医学影像学技术及成像原理 影像学技术 成像原理 性质 CT 衰减系数（CT值）形态 解剖 B超 超声波反射（回声）形态 解剖 MR 质子密度（T1 T2）解剖 功能 照相机 放射性浓度（平面）血流 功能 SPECT 放射性浓度（
2、半定量）血流 代谢 功能 PET 放射性浓度（定量）血流 代谢 功能核医学课程绪论4双肾血流灌注图双肾血流灌注图核医学课程绪论5存活心肌显像存活心肌显像核医学课程绪论6功能显像功能显像分子显像分子显像动态显像动态显像定量分析定量分析影像核医学特点影像核医学特点核医学课程绪论7诊断核医学临床核医学治疗核医学体外分析体内显显 像像检查法检查法非显像检查法核医学实验核医学一级学科：临床医学一级学科：临床医学二级学科：影像医学二级学科：影像医学 与核医学与核医学内照射内照射近距离近距离核医学的组成核医学的组成核医学课程绪论8我国影像核医学发展现状我国影像核医学发展现状 设备相对落后，资源分配不均人员素
3、质参差不齐，临床医师认识不够。核医学的优势和潜力没有，充分发挥。核医学课程绪论9核医学影像基础与设备核医学影像基础与设备 核物理基础元素核素1、放射性核素 释放的射线主要为2、稳定性核素同位素同质异能素 99mTc核医学课程绪论10核衰变核衰变 放射性核素自发的发生核内结构或能变化，同时释放出某种射线而转化为另一种核素的现象，称为核衰变(nuclear decay)。衰变类型衰变类型衰变+衰变衰变核衰变规律核衰变规律 N=N0e-t 指数规律衰变 （半衰期是每一种放射性核素所特有的，可测定半衰期确定核素的种类，甚至可推断放射性核素混合物中核素的种类）核医学课程绪论11 物理半衰期(physic
4、al half life)指放射性核素减少一半所需要的时间（T1/2）。生物半排期（biological half life）指生物体内的放射性核素经各种途径从体内排出一半所需要的(Tb)有效半减期（effective half life）指生物体内的放射性核素由于从体内排出和物理衰变两个因素作用，减少至原有放射性活度的一半所需的时间（Teff）。有效半减期与物理半衰期及生物半排期的关系：Teff=T1/2 Tb/(T1/2+Tb)核医学课程绪论12 放射性活度放射性活度 单位时间内原子核的衰变数量。是核医学中常用的反映放射性强弱的物理量。国际制单位：Bq（贝克），KBq（103 Bq），MB
5、q（106Bq），GBq（109 Bq）旧的专用单位：Ci（居里），mCi（103 Ci），Ci（106Ci）1Bq=1次衰变/秒 1Ci=3.7 1010 Bq核医学课程绪论13辐射剂量及其单位 照射量照射量 辐射场强弱辐射场强弱 照射量率照射量率 单位时间内的照射量单位时间内的照射量 吸收剂量吸收剂量 被照射物质所吸收的能量被照射物质所吸收的能量 剂量当量剂量当量 不同类辐射不同类辐射所引起的生物效应所引起的生物效应 当量剂量当量剂量 生物效应生物效应核医学课程绪论14辐射剂量及其单位 照射量照射量 照射量率照射量率 吸收剂量吸收剂量 剂量当量剂量当量 当量剂量当量剂量核医学课程绪论15射
6、线与物质的相互作用 带电粒子与物质的相互作用 电离、激发、散射、轫致辐射、湮灭辐射 光子与物质的相互作用 光电效应、康普顿散射、电子对生成核医学课程绪论16常用核医学仪器常用核医学仪器l计数器 l液体闪烁计数器l脏器功能测定仪l照相机l单光子发射型计算机断层仪SPECTl正电子发射型计算机断层仪 PET用于体外诊断用于体外诊断核医学课程绪论17 闪烁探测器闪烁探测器（scintillation detector scintillation detector）闪烁探测器实际上是一种能量转换器，其作闪烁探测器实际上是一种能量转换器，其作用是将探测到的射线能量转换成可以记录的电脉冲信号。用是将探测到
7、的射线能量转换成可以记录的电脉冲信号。主要部件：主要部件：晶体（晶体（crystal crystal）碘化钠（铊），碘化钠（铊），NaINaI（TlTl）光电倍增管（光电倍增管（photomultiplier tubephotomultiplier tube，PMTPMT）前置放大器组成前置放大器组成 核医学课程绪论18闪烁探测器示意图闪烁探测器示意图核医学课程绪论19闪烁体闪烁体晶体晶体l最常见最常见:碘化钠晶体碘化钠晶体NaI(T1)NaI(T1)l作作 用用:波长转换器的作用波长转换器的作用 （10-19nm 10-19nm 400nm400nm左左右右)晶体的探测效率与灵敏度的矛盾晶体
8、的探测效率与灵敏度的矛盾（探测灵敏度越高，分辨率越低。增加（探测灵敏度越高，分辨率越低。增加晶体的厚度，可增加灵敏度，但会损失晶体的厚度，可增加灵敏度，但会损失分辨率。分辨率。如果将晶体从如果将晶体从12.5mm降到降到6.5mm，空，空间分辨率可提高间分辨率可提高70%，而相应的灵敏度仅损失，而相应的灵敏度仅损失15%。表表1-21-2）核医学课程绪论20光电倍增管（光电倍增管（PMTPMT）作用：光信号转换为电信号，并对信号进作用：光信号转换为电信号，并对信号进行放大。行放大。光电倍增管的多少与定位的准确性密切相光电倍增管的多少与定位的准确性密切相关，数量多探测效率和定位的准确性就高，关，
9、数量多探测效率和定位的准确性就高，图像的空间分辨率和灵敏度也高，但影响图像的空间分辨率和灵敏度也高，但影响探头的均匀性。探头的均匀性。核医学课程绪论21核医学课程绪论22 前置放大器前置放大器 光电倍增管输出的电脉冲信号很微弱，光电倍增管输出的电脉冲信号很微弱，形状不规整，放大器的作用就是对电脉冲信号进形状不规整，放大器的作用就是对电脉冲信号进行放大、整形、倒相的电子学线路。行放大、整形、倒相的电子学线路。核医学课程绪论23单光子发射型计算机断层仪（single photon emission computed tomography，SPECT）是一台高性能的照相机的基础上增加了支架旋转的机械
10、部分、断层床和图像重建软件，使探头能围绕躯体旋转360o或180o，从多角度、多方位采集一系列平面投影像。通过图像重建和处理，可获得横断面（transverse section）、冠状面（coronal section）和矢状面（sagittal section）的断层影像（tomogram）。核医学课程绪论24核医学课程绪论25核医学课程绪论26核医学课程绪论27探头的构成探头的构成准直器准直器 定向准定向准直直晶体晶体 波长波长转换器转换器光电倍增管光电倍增管 光电转换光电转换器器核医学课程绪论28准直器（准直器（collimator）准直器位于探头的最准直器位于探头的最前端它是由铅或铅钨
11、合金前端它是由铅或铅钨合金铸成的机械装置，它的作铸成的机械装置，它的作用是把人体内四面八方分用是把人体内四面八方分散的散的射线定向准直到闪射线定向准直到闪烁晶体的一定部位上。这烁晶体的一定部位上。这种采用准直器的方法称作种采用准直器的方法称作机械准直，以区别于电子机械准直，以区别于电子准直。准直。核医学课程绪论29准直器的功能参数准直器的功能参数几何参数：几何参数：孔数、孔径、孔长及孔间壁厚度孔数、孔径、孔长及孔间壁厚度 决定了准直器的空间分辨率、灵敏决定了准直器的空间分辨率、灵敏度和适用能量范围等性能参数度和适用能量范围等性能参数 准直器的空间分辨率与灵敏度是一准直器的空间分辨率与灵敏度是一
12、个矛盾关系个矛盾关系核医学课程绪论30准直器的空间分辨率准直器的空间分辨率 定义：描述区别两个邻近定义：描述区别两个邻近点源的能力，通常以点源点源的能力，通常以点源或线源扩展函数的半高宽或线源扩展函数的半高宽（f u l l w i d t h a t h a l f maximum,FWHM）表示，）表示，半高宽度越小，表示空间半高宽度越小，表示空间分辨率越好。分辨率越好。平行孔准直器，平行孔准直器，FWHM由由下式估算：下式估算：（D为准直孔的直径，为准直孔的直径，L为准直器厚度，为准直器厚度，z0为准直器表面至源的距离）为准直器表面至源的距离）准直孔越小，准直器越厚，探头距病人距离准直孔
13、越小，准直器越厚，探头距病人距离越近分辨率越高，获得的图像质量越好。越近分辨率越高，获得的图像质量越好。核医学课程绪论31核医学课程绪论32X、Y位置电路位置电路 一个光子在晶体中产生多个闪烁光子，被多个光一个光子在晶体中产生多个闪烁光子，被多个光电倍增管接收；电倍增管接收；各个光电倍增管接收的闪烁光子的数目随其离闪各个光电倍增管接收的闪烁光子的数目随其离闪烁中心（烁中心（光子处）的距离增加而减少；光子处）的距离增加而减少；由位置电路和能量电路根据不同位置的光电倍增由位置电路和能量电路根据不同位置的光电倍增管接收到的闪烁光的强度来确定管接收到的闪烁光的强度来确定光子的位置。光子的位置。PMTP
14、MT数目越多，图像上所有脉冲的数目越多，图像上所有脉冲的X X、Y Y位置精度越位置精度越好，图像的空间分辨率越好。好，图像的空间分辨率越好。核医学课程绪论33脉冲幅度高度分析器脉冲幅度高度分析器PHA PHA 光子能量甄别光子能量甄别 PHAPHA用来选择放射性核素的能量和能谱范围。用来选择放射性核素的能量和能谱范围。单道分析器主要由上阈、下阈道宽和构成。改单道分析器主要由上阈、下阈道宽和构成。改变道宽的大小可选择能谱的范围。变道宽的大小可选择能谱的范围。伽玛照相机的道宽经常选在伽玛照相机的道宽经常选在20%20%，包括了放射包括了放射性核素光电峰的位置，可用来选择伽玛照相机性核素光电峰的位
15、置，可用来选择伽玛照相机所用的放射性核素。所用的放射性核素。选择设定核素能量窗的选择设定核素能量窗的光子被记录，剔除低光子被记录，剔除低能能光子（例如，散射光子）及高能光子（例如，散射光子）及高能光子光子 。核医学课程绪论34单道脉冲幅度高度分析器核医学课程绪论35模数转换器模数转换器 作用：把模拟信号转换成数字信号作用：把模拟信号转换成数字信号 转换位数越多，图像越清晰转换位数越多，图像越清晰核医学课程绪论36双探头符合线路断层显像仪（DHTC）特点：特点：至少有两个探头，具有至少有两个探头，具有X X、射线的投射线的投 射衰减校正射衰减校正 可以进行单光子核素显像和正电子核素显像可以进行单
16、光子核素显像和正电子核素显像核医学课程绪论37SPECT/CT SPECT与CT的融合，同时具有功能和结构的优势核医学课程绪论38SPECT的图像采集 能窗的选择 矩阵 采集类型：静态、动态、门控、全身扫描、断层采集 衰减校正 散射校正核医学课程绪论39图像重建 由已知不同方向的投影值来求物体内各点由已知不同方向的投影值来求物体内各点的分布称图像重建。的分布称图像重建。SPECTSPECT成像原理即将通过探头的成像原理即将通过探头的旋转得到的各角度投影图像利用图像重建的方法重旋转得到的各角度投影图像利用图像重建的方法重建出各方向的断层图像。建出各方向的断层图像。目前常用的图像重建方法为滤波反投
17、影法目前常用的图像重建方法为滤波反投影法（FBP filtered backprojectionFBP filtered backprojection）。对于一些不完）。对于一些不完全角度投影可以采用迭代法（全角度投影可以采用迭代法（OSEMOSEM）重建图像。）重建图像。核医学课程绪论40 在数字图像中，图像单元的大小，是用二进制单位比特在数字图像中，图像单元的大小，是用二进制单位比特(Bit)(Bit)表示的数字量。图像可划分成许多小的方块或单元，表示的数字量。图像可划分成许多小的方块或单元，称矩阵单元。称矩阵单元。常用图像矩阵有常用图像矩阵有 64646464、128128128128、
18、256256256256等。等。在在SPECTSPECT中，我们事先并不知道各个矩阵单元的值，中，我们事先并不知道各个矩阵单元的值，我们我们仅从测量中知道沿某一方向上各矩阵单元的和，称射线和仅从测量中知道沿某一方向上各矩阵单元的和，称射线和或投影。或投影。从不同方向投影中可以求出矩阵单元的值，从不同方向投影中可以求出矩阵单元的值，这就是图像重这就是图像重建的任务。建的任务。显然，如果知道了图像矩阵单元值，一幅图像性质也就知显然，如果知道了图像矩阵单元值，一幅图像性质也就知道了。道了。核医学课程绪论41核医学课程绪论42 正电子发射型计算机断层仪 PET 主要由探测系统包括晶体、电子准直、符合线
19、路和飞行时间技术，计算机数据处理系统，图像显示和断层床等组成。目前最先进的PET是探头多环型、模块和3D结构，其中探头晶体除外经典的锗酸铋（bismuth germinate，BGO）晶体，现已推出硅酸镥（lutetium oxyorthosillicate，LSO）和硅酸钆（gadolinium orthosillicate，GSO）等新的晶体，大大提高了探测效率，图像分辨率为3 5 mm。PET与SPECT比较，其具有：空间分辨率高；探测效率高；能准确地显示受检脏器内显像剂浓度提供的代谢影像和各种定量生理参数等优点。核医学课程绪论43质量控制原理及方法质量控制原理及方法核医学课程绪论44放
20、射性药品及显像原理放射性药物(radiopharmaceutical)用于诊断和治疗的放射性核素及其化合物的制剂。特点：放射性药物不具备普通药物的药理作用，其依靠所载的放射性核素起到诊断和治疗作用。开放性：放射性药物区别于肿瘤放射治疗的封闭性外围辐射源（如60Co、137Cs）的特征。核医学课程绪论45分类 诊断类放射性药物诊断类放射性药物核素特点：核素特点：核射线中以核射线中以光子为主（能量以光子为主（能量以100100300 keV300 keV为宜），为宜），引入体内后容易被核医学探测仪器在体外探测到，从而适用于显引入体内后容易被核医学探测仪器在体外探测到，从而适用于显像；像；同时同时光
21、子在组织内电离密度较低，从而机体所受电光子在组织内电离密度较低，从而机体所受电离辐射损伤较小。离辐射损伤较小。代表核素：代表核素：99Tcm99Tcm核性能优良，为纯核性能优良，为纯光子发射体，能量光子发射体，能量140 keV140 keV，T T1/21/2为为6.02 h6.02 h、方便易得、几乎可用于人体各重要脏器的形态和、方便易得、几乎可用于人体各重要脏器的形态和功能显像。功能显像。99Tcm99Tcm是显像检查中最常用的放射性核素，目前全世界是显像检查中最常用的放射性核素，目前全世界应用的显像药物中，应用的显像药物中，99Tcm99Tcm及其标记的化合物占及其标记的化合物占80%
22、80%以上，广泛用以上，广泛用于心、脑、肾、骨、肺、甲状腺等多种脏器疾患的检查，并且大于心、脑、肾、骨、肺、甲状腺等多种脏器疾患的检查，并且大多已有配套药盒供应。多已有配套药盒供应。131I131I、201Tl201Tl、67Ga67Ga、111In111In、123I123I等放射性核素等放射性核素及其标记药物及其标记药物 这类这类光子的核素及其标记药物也有较多应用，在光子的核素及其标记药物也有较多应用，在临床中发挥着各自的特性和作用。临床中发挥着各自的特性和作用。正电子放射性药物正电子放射性药物 11C11C、13N13N、15O15O和和18F18F等短半衰期等短半衰期放射性核素在研究人
23、体生理、生化、代谢、受体等方面显示出独放射性核素在研究人体生理、生化、代谢、受体等方面显示出独特优势，其中氟特优势，其中氟18F18F脱氧葡萄糖（脱氧葡萄糖（18F-FDG18F-FDG）是目前临床应用最）是目前临床应用最为广泛的正电子放射性药物。为广泛的正电子放射性药物。核医学课程绪论46常用正电子放射性药物有效半衰期 15O 2.05min 13N 9.96 min 11C 20.34 min 18F 110 min 核医学课程绪论47治疗类放射性药物 适宜的射线能量和在组织中的射程是选择性集中适宜的射线能量和在组织中的射程是选择性集中照射病变组织而避免正常组织受损并获得预期治照射病变组织
24、而避免正常组织受损并获得预期治疗效果的基本保证。疗效果的基本保证。核医学课程绪论48各种常用治疗放射性药物的理化性能各种常用治疗放射性药物的理化性能 核素核素 标记 T1/2 -最大能量 keV(%)最大射 主要临床应用 化合物 MeV 程(mm)32P 磷酸盐 14.3d 1.71 -8 真红,原发性血小板增 胶体磷酸铬 腔内治疗 玻璃微球 肝癌动脉栓塞 131I 8.06d 0.61 365(81)2-3 甲亢,分化型甲癌及转移灶 MIBG 嗜铬细胞瘤153SmEDTMP 40.6h 0.8 103(28%)3.4 骨转移癌疼痛89Sr 50.5d 1.46 -2-3 骨转移癌疼186Re
25、 HEDP 3.8d 1.07 137(9%)4.7 骨转移癌疼痛188Re HEDP 19.6h 2.12 155(10%)骨转移癌疼痛117mSnDTPA 13.6d CE 159(86%)0.3 骨转移癌疼痛117Lu EDTMP 6.75d 0.497 113(6.4%)骨转移癌疼痛90Y EDTMP 2.67d 2.27 -10 骨转移癌疼痛核医学课程绪论49放射性核素来源放射性核素来源l核反应堆核反应堆l核裂变产物核裂变产物l放射性核素发生器放射性核素发生器l回旋加速器回旋加速器 核医学课程绪论50放射性核素发生器放射性核素发生器 通常根据所要求的子体核性质，如射线类通常根据所要求
26、的子体核性质，如射线类型、能量、半衰期及其他有关要求来选定母型、能量、半衰期及其他有关要求来选定母体核素。母体核素除了能衰变生成合用的子体核素。母体核素除了能衰变生成合用的子体核素和化学性质上便于子体核素的分离外，体核素和化学性质上便于子体核素的分离外，还应具有适当长的半衰期、易于大量获得、还应具有适当长的半衰期、易于大量获得、而且价格低廉。而且价格低廉。放射性核素发生器是从长半衰期核素中放射性核素发生器是从长半衰期核素中分离出短半衰期核素的装置分离出短半衰期核素的装置核医学课程绪论5199Mo-99mTc发生器l99MO半衰期66.02h，核医学课程绪论52回旋加速器生产放射性核素 加速器生产的放射性核素有：11C、13N、15O、18F、123I、201Tl、67Ga、111In等 核医学课程绪论53放射性药品的制备 化学合成法 生物合成法 同位素交换法 络合反应法核医学课程绪论54放射性药品的质量控制物理化学检验物理化学检验 放射性核纯度 放射性活度 PH值 放射性化学纯度 化学纯度生物学检验无菌无至热源无毒性-辐射安全生物分布试验核医学课程绪论55放射性药品的使用原则 使用的正当性 放射性药品的选择 内照射剂量和用药剂量的确定 保护性措施 特殊人群的处理核医学课程绪论56
