最全的醫(yī)學成像原理課件- 核醫(yī)學成像

1、單擊此處編輯母版標題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級第八章 核醫(yī)學成像主要內容第一節(jié) 概述第二節(jié) 核醫(yī)學成像的根本原理和技術第三節(jié) 成像設備工作原理第一節(jié) 概述核醫(yī)學的定義：核醫(yī)學是核技術與醫(yī)學相結合的學科核醫(yī)學的任務是用放射性核素及核技術來診斷、治療及研究疾病。核醫(yī)學涉及的學科：核物理、核電子、核探測、計算機控制及圖像處理、數(shù)學、放射化學、醫(yī)學的各科等。核醫(yī)學成像過程：先把某種放射性同位素標記在藥物上，形成放射性藥物并引入體內，當他被人體的臟器和組織吸收以后，就在體內形成了輻射源。用射線檢測裝置可以在體外檢測體內放射性核素在衰變過程中放出的射線，從而構成放射性同位素在體內

2、分布密度的圖像。由于放射性藥物與一般天然元素或化合物一樣，能夠參與機體的物質代謝，因此核醫(yī)學成像的圖像不僅反映了臟器和集體組織的形態(tài)，更重要的是提供了有關臟器功能及相關的生理、生化信息。核醫(yī)學開展簡史：序幕： 1896年法國物理學家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射性，第一次認識到放射現(xiàn)象。1898年居里夫婦成功提取放射性釙和鐳1926年美國內科醫(yī)師Blungare首先應用氡研究循環(huán)時間第一次應用了示蹤技術，后來又進行了多領域的生理、病理及藥理方面的研究，因此，被稱為“核醫(yī)學之父。1934年居里夫婦第一次人工獲得了放射性30P，從此人們開闊了眼界，看到了核子和平利用的前景。初具規(guī)模：1942年費米在芝加哥大

3、學建立了世界上第一座核反響堆，開始生產(chǎn)131I、32P等少量放射性核素，到1946年生產(chǎn)品種和量都有了增加.核醫(yī)學儀器也在不斷地研制，51年第一臺-掃描儀制成，實現(xiàn)了心、腎、肝、膽功能測定，腎、脾、骨、甲狀腺的掃描。從此核醫(yī)學的臨床應用初步具備了自己的理論根底方法和手段，為今后的開展奠定了根底。迅速開展階段：60年代始主要是利用加速器和發(fā)生器生產(chǎn)出更多，更符合臨床要求的放射性核素。-相機問世。Yalow和Berson教授開創(chuàng)體外放射性核素，對醫(yī)學產(chǎn)生了巨大影響?，F(xiàn)代核醫(yī)學階段 70年代后期，研制成功核素斷層顯像SPECT裝置及心、腦功能顯像劑和單克隆技術的應用，計算機的廣泛應用、99Mo-99

4、mTc發(fā)生器廣泛應用使核醫(yī)學進入了特色鮮明的新階段。 1975年第一臺PET研制成功，相繼實現(xiàn)了利用PET正電子發(fā)射體11C、13N、15O和18F標記化合物進行腦和心肌灌注氧耗量、葡萄糖代謝、蛋白質、脂肪代謝顯像，神經(jīng)受體顯像也獲得成功，開創(chuàng)了在分子水平無創(chuàng)性活體研究人腦功能，心肌存活等，進入了分子核醫(yī)學的新時代。成為80年代后的核醫(yī)學前沿。放射性核素顯像 Radio nuclear imaging, RNI將放射性藥物通過注射或口服引入體內，吸收后能在某一器官內積聚而成為放射源。用核素成像儀器探測處理，顯示核素濃度分布，反映人體代謝功能動態(tài)變化物質的輸運、集聚、排泄、物質代謝及其分布RNI

5、是四大醫(yī)學影像之一功能性顯像為主，形態(tài)解剖結構顯像為輔主要技術：相機；單光子發(fā)射型計算機斷層SPECT；正電子發(fā)射型計算機斷層PET；RNI技術特點：檢測靈敏度高； 10-1410-18g，一般化學方法難以測出；定性、定量、定位；測量簡便：只對放射性核素示蹤物進行測量；準確性高：微量示蹤物，不干擾研究對象的正常生理、生化過程；功能性顯像；一、放射性核素顯像的技術特點示蹤的根本根據(jù)：同一元素的同位素化學性質相同，在生物體內的化學變化和生物學過程相同，生物體不能區(qū)別，可以用放射性核素代替同位素中的穩(wěn)定性核素；放射性核素能放射出易被探測到的射線示蹤原子，放射性測量儀器可以對它標記的物質進行定性、定量

6、及定位測量。 放射性核素分布反映了體內臟器的功能和代謝情況。 如：甲狀腺有攝取或濃集131I 的功能，131I 的攝取速度和攝取量與甲狀腺功能狀態(tài)有關。二、核素示蹤核醫(yī)學檢查工程統(tǒng)計情況檢查工程 所占比例(%) 骨顯象 25 腦顯象 2 心肌血流灌注顯象 35 腫瘤定位顯象 15 肝膽/腎臟顯象 5 呼吸系統(tǒng)顯象 12 甲狀腺顯象 5 其他 1 注: 骨和心肌顯象占60%的總檢查 三、放射性制劑 放射性藥物是能夠平安用于診斷的放射性標記化合物 標記物放射性核素 被標記物化合物藥物在特定組織內選擇性積聚參與生理、生化代謝過程125I 125I-胰島素18F 18F-脫氧葡萄糖FDG)例如： 核素

7、要求 1.能量適中：100400KeV，一般臨床應用50500KeV 太低易被機體吸收，探測效率低； 太高準值效果差屏蔽困難，空間分辨率低 2.半衰期適中： T1/2 盡可能短減少輻射劑量； 核素在靶器官有適宜的存留時間，保障探測采集足夠的數(shù)據(jù)； 顯像后，放射性藥物應盡快地從體內去除掉，減少輻射危害。一、核醫(yī)學成像用放射性核素第二節(jié) 核醫(yī)學成像的物理根底4.穩(wěn)定性好：化學結構穩(wěn)定，不易發(fā)生分解、氧化復原等化學反響；核素與化合物結合穩(wěn)定，不因體內介質條件或生物活性物質的改變如酶作用而發(fā)生分解、變性和脫落；對自身輻射作用耐受能力高。5.無毒害：核素的衰變產(chǎn)物應該是穩(wěn)定產(chǎn)物。3.易標記：適宜的化學價

8、態(tài)和較強的化學活性。 2. 碘(I )： 98% ; 668KeV(伴有射線)； 能量 (偏高，探測效率低，分辨率差； T 1/2 8.04h 。 適合于甲狀腺、腎、肝、腦、肺、膽顯像，功能測量和治療 常用于臨床的放射性核素 1.锝Tc)： 90% ; 不伴有輻射； 能量 140KeV(適合探測； T 1/2 6.02h適合所有器官顯像。3. 正電子衰變類用于PET) 11C 20.3min; 13N 10min ; 15O 123 s ; 18F 110 min 優(yōu)點： 人體的根本元素，易于標記各種生命所必需的化合物及其代謝產(chǎn)物，且易于參與人體生理、生化代謝過程；T 短，檢查時可給予較大的劑

9、量，提高比照度和分辨率；反映人體生理、生化、病理和功能等方面的改變。反映精神情感、思維、行為等人腦的活動。二、 能譜光電效應(PE) 全部能量光電峰全能峰。表征核素特征康普頓散射局部能量、散射角脈沖幅度低、范圍分布寬義：計數(shù)率測定時，防止其他能量射線的干擾；鑒定放射性同位素種類和含量 1956年Anger創(chuàng)造了閃爍相機 同時紀錄各臟器核素的射線，成像時間短； 探頭靈活，可進行多體位成像，使用方便； Polaroid相機一步顯、定影，定時相機連續(xù)拍攝， 反映代謝過程的動態(tài)變化；The tumors are the dark areas第三節(jié) 相機探頭位置信號能量信號照相示波器XYZ射線源一、照相

10、機的根本結構一探頭裝置1、準直器 空間定位作用：允許特定方向光子進入探測器， 屏蔽與孔角不符的散射光子。材料：鉛或鉛合金； 屏蔽效果好； 易加工一探頭裝置不同類型準值器臨床應用類型 特點 臨床應用 備注 針孔準直器 對小臟器具有放大作用,計數(shù)率高 主要用于甲狀腺顯像 準直器到臟器的距離影響臟器圖像的大小 平行孔準直器 準直器到臟器的距離影響圖像質量,但不影響臟器大小. 臨床上最常用的準直器,適用于各臟器 扇型準直器 明顯提高計數(shù)率,圖像分辨率不受影響 常用于腦顯像 使用扇型準直器時,不能同時使用實時人體輪廓技術 準直器類型 孔徑mm 孔數(shù) （個） 長度(mm) 壁厚(mm) 系統(tǒng)靈敏度kps/

11、m Ci 系統(tǒng)分辨率(mm) 低能通用準直器 1.9 32900 35 0.2 270 8.7 低能高分辨準直器 1.5 18100 35 0.2 160 7.9 中能通用準直器 2.3 10000 33 1.5 190 10.7 高能通用準直器 2.6 5400 36 2.6 140 10.4 不同準值器的物理性能2、閃爍晶體閃爍體：摻入約0.5%鉈 (Tl) 做激活劑的碘化鈉 (NaI) 透明晶體。 NaI(Tl)晶體優(yōu)點：射線阻滯本領高探測效率高；熒光閃爍時間短時間分辨力高；熒光光子數(shù)與射線能量的線性關系好光學收集系統(tǒng) 提高光電轉換傳輸效率減少反射 反射層氧化鎂和光耦合劑硅油、甘油等組成

12、光收集系統(tǒng) 光導：非直接耦合 材料：聚乙烯基甲苯、有機玻璃、光導纖維等3、光電倍增管光電轉換：光敏陰極受激產(chǎn)生光電子光電倍增：106108電信號放大；光子的數(shù)目越多，相應的脈沖數(shù)目也越多。二電子學系統(tǒng)位置信號和 Z 信號將光電倍增管輸出的電脈沖信號轉換為確定晶體閃爍點位置的X、Y信號和確定入射射線的能量信號。三顯示和記錄根本顯示裝置示波器記憶示波器儲存圖像；普通示波器照相；普通示波器圖像觀察功能測定裝置計數(shù)率儀將計數(shù)率轉化為直流電信號，繪制放射性活度隨時間變化曲線，顯示臟器功能狀況二、照相機的性能指標及質量控制測試標準：美國電器制造商會(NEMA)標準National Electrical M

13、anufacturers Association空間分辨力：兩個點線源的分辨距離；半高寬度FWHM；調制傳遞函數(shù)MTF圖像質量控制： 探測靈敏度和圖像的線性 幅度分析器窗位全能峰探測靈敏度比照度、均勻性等 準直器、X、Y位置線路圖像線性圖像與實物比例、對稱性第四節(jié) 單光子ECTECT類型： ECT利用相機原理，參加計算機信息處理功能，可對某一斷層進行成像。據(jù)射線源性質的不同，ECT可分為兩類。 SPECT(Single Photon ECT):探測的示蹤核素為放射出 射線單光子的核素； PECT(Positron ECT)：探測的核素為放射出正電子+的核素。1、SPECT成像的本質與方法探頭圍

14、繞病人某一臟器進行360旋轉的相機，在旋轉時每隔一定角度3或6采集一幀圖片 經(jīng)計算機處理，將圖像疊加，利用濾波反投影方法，從一系列投影像重建橫斷層影像。由橫斷層影像的三維信息再經(jīng)影像重新組合可以得到矢狀、冠狀斷層和任意斜位方向的斷層影像。SPECT斷層厚度：采集全部數(shù)據(jù)并處理后任意選定SPECT成像原理：2、數(shù)據(jù)的衰減校正取決于人體衰減系數(shù)圖( map)的獲取和衰減校正的算法。 量化精度 25%50%平均衰減校正：設人體等密度，衰減只與光子路經(jīng)有關；人體或臟器假定為橢圓；據(jù)指數(shù)衰減公式建立斷層衰減圖；據(jù)圖給出的光子通量與路徑的關系對斷層圖像上各像素進行信號強度補償SPECT是通過射線的體外技術來標定體內放射性活度，無衰減時計數(shù)率正比于放射性活度斷層中射線的衰減與路經(jīng)和組織成分等因素有關3、旋轉中心偏移檢查 斷層時加以校正 SPECT掃描時間: PETSPE