单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,核医学成像设备（二）,张剑戈,Z,生物医学工程讲义,内容提要,SPECT,PET,SPECT,SPECT是在照相机的基础上发展起来的断层成像设备，其探测光子的原理和照相机相同，但是利用与X-CT类似的原理，实现了断层成像。,与照相机相比，SPECT增加了探头围绕患者旋转的功能，可以探测出微小的病变、深部的病变或放射性浓度改变较小的病变，并对放射性分布进行精确的定量计算。,SPECT的结构,SPECT由探头、机架、电子学线路和计算机系统等组成。,SPECT的机架主要用来支撑探头，并能够让探头在其上运动。,探头可分为：探头旋转型和固定型（环型），主流为旋转照相机型，使照相机探头围绕身体旋转360或180进行完全角度或有限角度取样，重建出各种方向的符合临床要求的断层影像，同时可以进行平面、断层和全身显像。,电子学线路包括光电倍增管的高压电源、线性放大器和脉冲高度分析器等。,成像过程,从聚集着放射性核素的脏器发出的射线以均匀的角概率分布发射，成像过程就是要测量初始轨迹位于特定断层中的射线分布。,SPECT采用横向断层扫描,将照相机探头绕人体轴连续或分度旋转一周,记录扫描时体内放射性核素发出的射线，得到一组投影数据,这些投影数据的集合构成一个投影断层面,SPECT探头,探头为方形，以使探头的尺寸可以覆盖人体的宽度方向，PMT的形状也由圆形的变为方形，减少圆形光电倍增管之间的间隙,对每个光电倍增管构成的通道，根据每个光子事件的峰值位置、幅度大小、阈值定位,关联信号增强技术，可以去掉本底造成的小脉冲事件，增强信噪比。,图像重建,在不同角度上对患者体内放射性药物上发射的光子计数，在三维空间重建出放射性药物在人体内的浓集分布。,计数的统计涨落是数据中的主要噪声形式，核医学成像的计数有限，其噪声水平较高。,重建SPECT图像可以利用类似于X-CT的滤波反投影算法，也可以用最大似然迭代等统计方法。,统计方法重建,光子计数模型描述了从放射性核素浓度通过断层成像时的坐标变换和其他物理过程得到光子计数的分布,先验模型描述了放射性在空间的概率分布,实空间被划分为若干像素，如果用平行孔准直器，由像素s处发射的光子，通过准直器后，只有与成像平面垂直的光子能被探测，并被记录到投影矩阵。,每个角度上以一定空间间隔采样，获取一个投影矢量，最终得到投影矩阵Y。,光子计数的分布,假设像素s处的光子以恒定的速率完全随机发射，此光子投影到投影矩阵第t个元素的过程构成时间上均匀的Poisson过程。,该概率依赖于核素的活度分布、曝光时间、放射性衰变速率、药物的廓清速率、探测器的几何结构、光子的吸收和散射等。,先验分布模,型,型,该模型应该,适,适当考虑医,师,师对于同位,素,素浓度在脏,器,器重分布的,知,知识，以及,脏,脏器的尺寸,和,和形状。,研究人员只,考,考虑局部属,性,性（相邻像,素,素），从而,得,得到简化的,模,模型。,式中为可,调,调的参数，V(x)是,描,描述相邻像,素,素关系的函,数,数。,重建的过程,假定一个初,始,始图像f(0);,计算该图像,的,的投影d;,同测量的投,影,影值d相比,；,；,计算纠正系,数,数并更新f,值,值；,满足,停,停止,规,规则,时,时，,迭,迭代,中,中止,；,；,如果,不,不满,足,足，,则,则由,新,新的f作,为,为f(0)从2重,新,新开,始,始。,不同,算,算法,的,的纠,正,正系,数,数不,同,同，,但,但都,是,是将,估,估计,值,值与,实,实测,值,值相,比,比较,，,，从,而,而纠,正,正估,计,计值,。,。对,重,重建,算,算法,的,的要,求,求是,重,重建,质,质量,高,高，,迭,迭代,的,的收,敛,敛速,度,度快,。,。,图像,质,质量,改,改善,统计,噪,噪声,主,主要,取,取决,于,于每,个,个体,素,素内,的,的总,计,计数,值,值，,由,由于,核,核素,成,成像,是,是量,子,子事,件,件，,成,成像,时,时间,不,不足,的,的话,，,，会,因,因为,本,本底,噪,噪声,等,等，,使,使体,素,素的,值,值受,到,到邻,近,近体,素,素的,干,干扰,；,；,散射,噪,噪声,来,来源,于,于,光,光子,和,和人,体,体组,织,织的compton散,射,射；,衰减,噪,噪声,来,来源,于,于,光,光子,在,在被,测,测量,脏,脏器,到,到探,测,测器,的,的路,径,径上,被,被吸,收,收的,情,情况,；,；,临床,上,上常,用,用的,方,方法,是,是利,用,用体,外,外的,源,，,，由,射,射线,源,源绕,人,人体,旋,旋转,一,一周,，,，形,成,成人,体,体的,轮,轮廓,线,线，,同,同时,重,重建,出,出人,体,体内,部,部的,线,线性,衰,衰减,分,分布,。,。,现在有,些,些设备,直,直接用XCT,测,测量受,测,测部位,的,的衰减,系,系数，,大,大大加,快,快了衰,减,减校正,的,的速度,。,。,SPECT的,质,质量控,制,制,SPECT断,层,层均匀,性,性与三,方,方面有,关,关：构,成,成断层,图,图像的,原,原始信,息,息量低,，,，统计,噪,噪声高,；,；探头,旋,旋转造,成,成均匀,性,性变化,；,；重建,过,过程放,大,大非均,匀,匀性。,旋转中,心,心是SPECT质控,的,的重要,指,指标。SPECT的,旋,旋转中,心,心是一,个,个位于,旋,旋转轴,上,上的虚,设,设空间,点,点，必,须,须是空,间,间坐标,系,系统、,照相,机,机探头,电,电子坐,标,标系统,和,和计算,机,机图像,重,重建坐,标,标系统,的,的重合,点,点。,PET,成,成像过,程,程,人体内,含,含有发,射,射正电,子,子的核,素,素,如18F,、,、13N、15O、11C,等,等会发,射,射的正,电,电子,被人体,组,组织慢,化,化后，,被,被电子,俘,俘获，,并,并发生,湮,湮灭而,产,产生一,对,对光,子,子，这,两,两个,光,光子的,运,运动方,向,向相反,，,，能量,均,均为511Kev,用两个,位,位置相,对,对的,闪,闪烁探,头,头加符,合,合电路,组,组成湮,没,没符合,探,探测装,置,置加以,检,检测,人体的,病,病变开,始,始于大,分,分子运,动,动的紊,乱,乱，从,而,而导致,脏,脏器功,能,能的变,化,化，这,种,种变化,在,在脏器,发,发生器,质,质性变,化,化之前,就,就开始,了,了。,带有放射性,标,标记的药物,会,会自动寻找,和,和浓集在特,定,定的组织和,脏,脏器上，根,据,据放射性强,度,度的时间分,布,布曲线可以,知,知道这些组,织,织和脏器对,这,这种药物的,代,代谢情况。,药物与某种,生,生理状态相,关,关：如应用,广,广泛的PET药物脱氧,葡,葡萄糖能参,与,与人体内的,葡,葡萄糖代谢,。,。由于肿瘤,组,组织与正常,组,组织在代谢,水,水平上差别,比,比较大，可,以,以测量肿瘤,的,的大小，良,、,、恶性鉴别,和,和对患者的,愈,愈后观察。,另,另外利用核,医,医学影像还,可,可以确定带,有,有放射性标,记,记的药物作,用,用的靶点，,检,检测新药的,药,药效和毒性,，,，用于新药,的,的研制等。,PET成像,的,的优势,PET成像,的,的误差纠正,时间飞跃技,术,术,