核医学概论核医学仪器课件.ppt

,第八章 核医学基础 第二节 核医学概论,1,三、核医学仪器 在医学中用于探测和记录放射性核素发出射线的种类、能量、活度以及随时间变化规律和空间分布的仪器，统称为核医学仪器。主要由射线探测器、电子测量装置和计算机等组成 。 常用仪器主要包括显像仪器、脏器功能测定仪器、体外样本分析测量仪器、辐射防护仪器和放射性核素治疗仪器等。,第二节 核医学概论,核探测仪器的种类,三、核医学仪器,探头（辐射探测器）：利用射线和物质相互作用产生的各种效应将射线的辐射能转变为电子线路部分能处理的电信号。 电子学单元：根据不同的测量要求和探测器的特点而设计的分析和记录电信号的电子测量仪器。 数据处理系统（附加部件）：按不同的检测目的和需要而配备的计算机数据处理系统、自动控制系统、显示系统和储存系统等。,三、核医学仪器,1、SPECT与相机结构 自1957年Anger研制出第一台照相机以来， 照相机一直是核医学显像的主要仪器，利用它可以进行体内放射性核素分布的动态和静态显像。主要由探头、电子学线路、显示记录装置及显像床四部分组成，其中探头是照相机的核心。SPECT可用于获得人体内放射性核素的三维立体分布图像,SPECT由相机旋转构成，具有相机的所有功能，其性能高于普通相机，具有断层功能。,三、核医学仪器,1957年Anger研制出第一台照相机，称之为 Anger照相机,组成：准直器、晶体、光导、光电倍增管矩阵、位置电路、能量电路、显示系统和成像装置等,1、SPECT与相机结构,（1）探头 主要由准直器、晶体、光电倍增管组成，临床使用的相机通常只有一个探头，而SPECT通常配有两个探头或三个探头。,1、SPECT与相机结构,准直器（collimator）,由铅或铅钨合金从中央打孔或者是四周合拢形成的装置，放于病人与晶体之间。只有垂直进入准直器的射线才能到达晶体而被探测。保证照相机的分辨率和定位的准确。,针孔型准直器,多孔型准直器,1、SPECT与相机结构,NaI晶体柱,晶体： 用于放射性测量的闪烁晶体是在放射线或原子核粒子作用下发生闪烁现象的晶体材料，其作用是将高能的光子转变为低能可见光。同时将光子数放大。,1、SPECT与相机结构,光电倍增管： 为数众多的光电倍增管均匀地排列在晶体的后面，紧贴着晶体，把晶体产生的微弱荧光信号转换成电信号并将之放大。数量多少与定位的准确性有关。,1、SPECT与相机结构,各种型号的光电倍增管,（2） SPECT与相机的电路 前置放大器:把光电倍增管输出的脉冲信号经过放大到几伏至几十伏，才能触发电子测量仪器而被记录下来。,1、SPECT与相机结构,定位电路和能量电路 在晶体中发生一个闪烁事件，就会使排列有序的光电倍增管阳极端输出众多幅度不等的电脉冲信号，对这些信号经过一系列分析电路的权重处理，就可以得到这一闪烁事件的位置信号和能量信号，在显示屏的相应位置上出现一个荧光信号，荧光的亮度与射线能量大小成正比。,（2） SPECT与相机的电路,由探测器输出的脉冲信号，必须经过进一步分析处理，才能得到实际所需的结果。 主放大器:对电脉冲放大和整形。 脉冲高度分析器：选择性地记录从晶体和光电倍增管（或电离室）输送来的电脉冲信号，排除本底及其他干扰信号,（2） SPECT与相机的电路,（3） SPECT与相机的机架、扫描床与图像处理计算机系统：SPECT是在高性能照相机上增加了支架旋转的机械部分、断层床、图像重建软件。,1、SPECT与相机结构,SPECT/CT,PET/CT,核医学的发展历史与现状,显示记录装置 由脉冲高度分析器输出的信号进入显示记录系统，显示记录系统主要有： 定标仪、计数率仪、显像仪器组成。,（3） SPECT与相机的机架、扫描床与图像处理计算机系统,NaI晶体 光电倍增管（PMT） 前置放大器,闪烁荧光 光电效应电子数倍增电子流(电位降) 一个入射光子产生一个闪烁事件产生一个脉冲，电脉冲的数量和高度分别反映射线的活度和能量。,2、SPECT与相机工作原理,成像装置记录了大量的闪烁光点，即在显示屏上形成一个闪烁图像，或者通过计算机采集和处理后，以不同的灰度或色阶显示二维的脏器放射性分布网，如实反映出体内脏器或组织的放射性分布情况。 由于照相机采用大型晶体，实现了一次成像，不仅可进行静态显像，更重要的是还能够进行快速连续动态显像，如果附有特殊装置，通过探头和床的配合运动，亦可以进行全身显像。,2、SPECT与相机工作原理,SPECT工作原理,PECT的探头借助运动机架围绕受检对象或部位呈1800和/或3600旋转，每隔一定角度（30-60）采集一帧图像（多平面影像），获得靶器官各个方位的放射性分布信息，经计算机处理、重建获得横断层面、冠状面和矢状面影像。,2、SPECT与相机工作原理,SPECT的成像特点 SPECT在体外从不同角度采集体内某脏器放射性核素分布的二维影像数据，经计算机处理重建为三维数据，可获得脏器的水平切面、冠状切面、矢状切面或任一角度的体层影像，清除了不同体层放射性的重叠干扰，可以单独观察某一体层内的放射性分布，这不仅有利于发现较小的异常和病变，还使得局部放射性核紊定量分析进一步精确。,2、SPECT与相机工作原理,SPECT/CT图像融合技术 图像融合（imaging fusion）是将通过不同显像模式获得的同一对象的图像数据进行空间配准，然后采用一定的算法将各图像数据中所含的信息进行整合，形成新的图像数据的信息技术。通过图像融合，可以将各种信息结合在一起，弥补不同显像方法各自的信息不完整、部分信息不准确引起的缺陷，通过SPECT/CT图像融合技术，可以将PECT灵敏反映体内组织器官生理、生化和功能的变化与CT提,2、SPECT与相机工作原理,供的精确的解剖结构信息相结合，真正实现了功能、代谢，生化影像与解剖结构影像的实时融合，为临床提供了更加全面、客观、准确的诊断依据。不仅如此，CT提供的图像数据还可用于SPECT的衰减校正，有效提高SPECT的图像质量。,2、SPECT与相机工作原理,SPECT/CT图像融合技术,异位甲状腺,SPECT/CT图像融合技术,SPECT/CT图像融合技术,3、PET 工作原理 利用发射正电子的放射性核素及其标记物为显像剂对脏器或组织进行功能、代谢成像。主要用于肿瘤、神经与精神疾病、心血管疾病的诊断、治疗随访及临床和基础研究。,三、核医学仪器,发射+ 正电子放射性核素在体内经湮灭辐射产生两个能量相同、方向相反的511keV 光子同时入射至互成1800环绕人体的多个探测器而被接收，把这些光子对按不同的角度分组，可获得放射性核素分布在各个角度的投影。,+-,3、PET 工作原理,当光子进入检测器晶体后产生的荧光光子形成一个电脉冲，脉冲高度分析器选择能量符合511keV 的电脉冲送入电子学线路，电子学线路把呈方向相反并在5-15豪微秒内发生的两个电脉冲信号送入显像系统，计算机以此闪烁数据为基础，生成PET显像。PET由于使用的电子学符合线路，可以选择和限制进入探头的射线，这种方法被称为电子准直器（electronic collimation），这种探测方式称为符合探测（electronic detection),3、PET 工作原理,图像融合 (image fusion)技术是将来自相同或不同成像方式的图像进行一定的变换处理，使其之间的空间位置、空间坐标达到匹配的一种技术，PET与CT或SPECT与CT两种不同的图像融合成一副图像，它既利用了CT图像解剖结构清晰的优势，又具有核医学图像反映器官的生理、代谢和功能的特点，把两者的定性和定位功能进行了有机的结合，诊断效果更好。,3、PET 工作原理,3、PET 工作原理,甲状腺功能测定仪 又称甲功仪，是一种利用放射性碘作为示踪剂测定人体甲状腺功能的仪器。它实际上是一台单探头射线计数测量装置，由准直器、Y闪烁探测器、放大器、单道脉冲高度分析仪、定标器或计算机组成，临床上用于测定甲状腺摄碘率、甲状腺抑制率、过氯酸钾释放试验等。,三、核医学仪器,a：正常志愿者b：甲亢c：甲亢高峰前移d：甲低,甲状腺功能测定仪,肾功能测定仪 又称肾图仪，由两套相同的探测器、放大器、甄别器、计数率仪和计算机组成。用双探头计数仪分别测定放射性药物在双侧肾脏的吸收、过滤、排泌过程，将放射性计数随时间的变化绘制成肾图曲线，临床上用于诊断上尿路梗阻、肾血管性高血压，测定分肾功能，监测移植肾的功能。,三、核医学仪器,多功能仪 由多套探头和计算机组成的功能测定仪。可同时测定一个脏器的多个部位或多个脏器的功能，各个探头即可分别使用也可组合使用，达到一机多用的目的。将放射性计数随时间的变化绘制时间放射性曲线。,三、核医学仪器,免疫计数器,闪烁计数器,三、核医学仪器,活度仪 是临床测量放射性药物所含放射性活度的常用仪器，决定放射性药物给药剂量的依据，为直接关系诊疗质量和安全应用的必备装置，可以计量125I、131I、99mTc、113mIn、18F、137Cs等200多个核素和、多种射线。,三、核医学仪器,最常用的是电离室活度计，主要由探头、后续电路、显示器或计算机系统组成。,三、核医学仪器,表面污染及工作场所剂量监测仪 用于对放射性核素工作场所或实验室工作台面、地面、墙壁以及工作人员的体表和衣服进行监测，可分别测量、多种射线。,三、核医学仪器,个人剂量监测仪 用于监测从事放射性工作的人员所接受的外照射辐射剂量。,三、核医学仪器,四、 核医学分子影像概述 分子影像（molecular imaging）是分子生物学与现代影像技术结合产生的一门新的医学影像技术。是以体内特定分子作为靶目标的医学影像技术，可以在体外通过现代影像技术显示活体内分子水平的功能、代谢和形态变化，能在完整的活体的人或动物体内，通过图像直接显示细胞或分子水平的生理和病理过程。,第二节 核医学概论,现代分子影像技术的主要特点 以分子生物学为基础，以分子靶向为主要作用原理，结合现代医学影像技术，显示分子水平的一种成像模式。 靶向分子主要有：启动疾病发生的分子、促进疾病发展、转归的分子、评估治疗效果的分子等。,四、 核医学分子影像概述,活体分子影像成像的的条件： 1.与靶分子有高度的特异性与高亲和力。 2.能够穿过人体内相关的生物屏障（血管、组织间隙、细胞膜、血脑屏障等），高效、高浓度到达靶细胞，并实现信号放大。 3.具有生物相容性及稳定性，并能参与人体相应的生理代谢、免疫或受体结合、基因表达等相互作用及反应性过程。 4.采用敏感、快速和高分辨力的成像系统。,四、 核医学分子影像概述,核医学分子影像的显像方法较多，许多分子显像剂在临床上已应用多年，成为当前某些疾病诊断的重要方法，其中代谢显像、受体显像、多肽药物显像、单抗放射免疫显像等已经成功用于临床诊断目的。,四、 核医学分子影像概述,核医学基本成像技术分类： 根据显像设备和图像采集的种类分为 单光子成像(single photon imaging) 使用相机或SPECT显像设备对显像剂中发射的光子进行采集的显像技术。 正电子成像(positron imaging):使用PET或双探头SPECT显像设备及符合采集原理，对显像剂中放射性核素发射的正电子进行采集的显像技术。,1.单光子成像和正电子成像,根据影像获取的层面分为 平面显像(planar imaging):即二维成像，将放射性探测器置于体表的一定位置采集脏器或组织放射性影像的方法，所得影像称平面影像。,2.平面显像、断层显像和全身显像,断层显像(tomographic imaging):是一种三维成像技术，用可旋转的或环形的探测器，在体表连续或间断采集多体位平面影像数据，再由计算机重建成为各种断层影像。,2.平面显像、断层显像和全身显像,全身显像(whole body imaging):利用放射性探测器沿体表作匀速移动，从头至足依次采集全身各部位的放射性，将它们合成为一幅完整的影像。,2.平面显像、断层显像和全身显像,根据显像剂对病变组织的亲和力分为 阴性显像(negative imaging):又称冷区显像,指显像剂主要被有功能的正常组织摄取,而病变组织基本上不摄取或摄取很少，在静态影像上病灶组织呈放射性分布稀疏或缺损。 阳性显像(positive imaging):又称热区显像,指显像剂主要被病变组织摄取,而正常组织一般不摄取或摄取很少，在静态影像上病灶组织的放射性比正常组织高而呈“热区”改变。,3.阴性显像和阳性显像,3.阴性显像和阳性显像,阳性显像,阴性显像,根据影像获取的状态分为 静态显像(static imaging):当显像剂在脏器内或病变处的浓度达到高峰且处于较为稳定状态时进行的显像。这种显像允许采集足够的放射性计数，所得影像清晰而可靠，适合于详细观察脏器和病变的位置、形态、大小和放射性分布。,4.静态显像和动态显像,4.静态显像和动态显像,动态显像(dynamic imaging):在显像剂引入体内后，迅速以设定的显像速度动态采集脏器的多帧连续影像或系列影像，称为动态显像。显像剂随血流流经和灌注脏器、或被脏器不断摄取和排泄、或在脏器内反复充盈和射出等过程，造成脏器内的放射性在数量上或位置上随时间变化。利用计算机“感兴趣区”(region of interest,ROI)技术可以提取每帧影像中同一个感兴趣区内的放射性计数，生成时间-放射性曲线，进而计算出动态过程的各种定量参数。,4.静态显像和动态显像,4.静态显像和动态显像,门控显像 通过机体生理信号触发模式采集进行门控，利用多门电路技术，一般以心电图R波作为门控信号，自动、连续、等时地采集99Tcm-MIBI心肌灌注影像，每个心动周期采集8帧，每5.66采集一个投影面，共采集3032个投影面。采集结束后应用专用软件进行图像处理和断层重建。获得左心室从舒张末期到收缩末期再到舒张末期的系列心肌断层影像，据此可观察室壁运动，同时获得众多心功能参数。,4.静态显像和动态显像,根据影像获取的时间分为 早期显像(early imaging):显像剂注入体内后第一时间点进行图像采集，主要反映脏器血流灌注、血管床和早期功能状况。 2.延迟显像(delay imaging):显像剂注入体内后经过一定时间，或在常规显像时间之后延迟数小时至数十小时所进行的再次显像。,5.早期显像和延迟显像,5.早期显像和延迟显像,根据显像时机体的状态分为 静息显像(rest imaging):当显像剂引入人体或影像采集时，受检者在没有受到生理性刺激或药物干扰的安静状态下所进行的显像 负荷显像(stress imaging):受检者在药物或生理性活动干预下所进行的显像，主要用于脏器储备功能的检查，可以检测静息显像时不能发现的病变。,6.静息显像和负荷显像,静息显像,负荷显像,6.静息显像和负荷显像,1、视觉分析法：指临床医师通过目测观察医学图像中靶器官或靶病灶摄取放射性药物的分布，以及周围组织的对比情况。 进行图像分析首先应当对图像质量有一个正确的评价。良好的图像应符合被检器官图像清晰、轮廓完整、对比度适当、病变部位显示清楚、解剖标志准确以及图像失真度小。,五、核医学图像处理与分析,正常图像的认识 认识和掌握正常图像的特点是识别异常、准确诊断的基本条件，核医学图像中所表现出的脏器和组织的位置、形态、大小和放射性分布，都与该脏器和组织的解剖结构和生理功能状态密切相关。实质性器官的位置、形态、大小，与该器官的体表投影非常接近，放射性分布大致均匀，较厚的组织显像剂分布相对较浓密。,五、核医学图像处理与分析,异常图像的分析 1.静态图像分析要点（1）位置：确定器官有无移位、异位或反位。（2）形态大小：受检器官的外形和大小是否正常，轮廓是否清晰，边界是否完整。（3）放射性分布：以正常组织放射性分布为基准，比较判断病变组织的放射性分布是否增高或降低（稀疏）、缺损。（4）对称性：分析对称性器官时应注意两侧相对应的部位放射性分布是否一致。,五、核医学图像处理与分析,动态图像分析要点 （1）显像顺序：是否符合正常的血运和功能状态。 （2）时相变化：用于判断受检器官的功能状态，影像的出现或消失时间，超出正常规律时，提示被检器官功能异常。,五、核医学图像处理与分析,断层图像分析要点 断层图像的分析判断较之平面图像要困难得多，必须在充分掌握正常断层图像的基础上进行判断。单一层面的放射性分布异常往往不能说明问题，如果连续两个以上层面出现放射性分布异常，并且在两个以上断面的同一部位得到证实，则提示病变的可能。,五、核医学图像处理与分析,密切结合临床进行分析判断 核医学影像如同其他影像学方法一样，图像本身一般并不能提供直接的疾病诊断和病因诊断，除了密切联系生理、病理和解剖学知识外，还必须结合临床相关资料以及其他相关检查结果进行综合分析，才能得出较为符合客观实际的结论，否则会造成某些人为的错误。,五、核医学图像处理与分析,2、半定量分析法：利用感兴趣区技术对靶器官或靶病灶的放射性摄取程度进行分析。包括靶病灶/非靶组织的放射性药物摄取比值（T/NT）和标准摄取值（standardized uptake value,SUV）两种方式。,五、核医学图像处理与分析,3、绝对定量分析法：根据放射性药物在体内的清除特征，建立房室模型和动态采集可以在体内进行组织内示踪剂的放射性活度绝对测量，灵敏度高，能够在短时间内对放射性分布的变化进行准确定量，获得显像剂反映的生化、生理和药物特征。,五、核医学图像处理与分析,核医学分子影像技术具有传统成像手段所不及的高灵敏度和精确性，它从分子水平进入亚分子水平，无创伤、实时、活体、特异、精细地实现将病变的发生与发展过程的影像化，使许多亚临床状态的疾病和隐匿的遗传性疾病得以明确诊断，从而能早期地准确提供疾病诊断、治疗决策的科学依据；利用聚集于靶点局部的放射性核素发射的射线，进而能够达到靶向放射治疗的目的。,六、与其它影像技术比较,1.可同时提供脏器组织的功能和结构变化，有助于疾病的早期诊断。 2.可用于定量分析 3.具有较高的特异性 4.安全、无创 5.核素显像的不足之处：对组织结构的分辨率不及其他影像学方法，任何脏器的显像都需使用显像剂,六、与其它影像技术比较,