第十三章 核医学成像理论
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第七章核医学成像第一节概述第二节核医学成像的基本原理和技术第三节γ照相机第四节单光子发射计算机体层仪第五节正电子发射计算机体层设备第一节概述一、核医学成像原理核医学成像的过程是先把某种放射性同位素标记在药物上,形成放射性药物并引入人体内,当它被人体的脏器和组织吸收后,就在体内形成了辐射源。
用γ射线检测装置可以从体外检测体内放射性核素在衰变过程中放出的γ射线,从而构成放射性同位素在体内分布密度的图像。
核医学成像的特点⑴核医学成像是以脏器内、外,或脏器内各部分之间的放射性浓度差别为基础,显示的静态和动态图像。
图像不仅能反映人体组织、脏器和病变的位置、形态和大小,而且还提供了包括整体或局部组织功能,以及脏器功能的每个微小局部变化的差别。
⑵核医学成像具有多种动态成像方式。
由于脏器对放射性药物的摄取、吸收、排泄等作用,使脏器、病变的血流和功能情况得以动态且定量的显示出来。
⑶一些放射性核素具有向脏器或病变的特异性聚集,由此而获得的核素成像具有较高的特异性,可显示不同组织类型的肿瘤、各种神经受体、炎症、转移灶等组织器官的影像。
而这些单靠形态学检查常常难以实现。
二、核医学成像的发展1、20世纪30年代后期,人们借助131I开始研究甲状腺病症;2、50年代,核医学设备开始问世。
1951年,美国加州大学的卡森(Cassen)研制出第一台自动γ闪烁扫描机,通过逐点打印获得器官的放射性分布图像,促进了显像的发展,1952年纽厄尔(Newell )等设计出扫描机的聚焦型准直器。
但这些早期的成像设备只能对放射源逐点扫描,成像速度很慢;3、1957年,安格(Hal O. Anger)研制出第一台γ照相机,称安格照相机,使得核医学的显像由单纯的静态步入动态阶段,并于60年代应用于临床。
1959年,他又研制了双探头的扫描机进行断层扫描,并首先提出了发射式断层的技术,从而为日后发射式计算机断层扫描机—ECT的研制奠定了基础;4、70年代后期,研制出正电子发射型计算机体层成像设备(Positron emission Computed tomography,PET),和单光子发射型计算机体层成像设备(Single photon emission Computed tomography,SPECT),总称为发射型计算机体层(Emission Computed tomopraphy,ECT)。
医学影像学的核医学成像一、概述医学影像学是一门应用现代物理学、生物学和医学知识,通过运用各种成像技术,如核医学成像、X射线成像等,对人体内部结构和功能进行非侵入性的观察和分析。
本文将详细介绍医学影像学中的核医学成像技术。
二、核医学成像的定义和原理核医学成像是利用放射性核素在体内的分布和代谢情况来对人体进行诊断的一种影像学技术。
核医学成像通过引入放射性核素,通过测量放射性核素在体内的分布的方式,可提供关于人体生理、病理和功能的信息。
核医学成像主要依据包括放射性核素的选择、标记,放射性核素的注射和追踪,以及探测器系统的测量和数据处理等过程来实现。
根据不同的应用需求,核医学成像技术可分为单光子发射计算机断层扫描(SPECT)和正电子发射计算机断层扫描(PET)两种主要类型。
三、SPECT技术SPECT是核医学成像中常用的一种方法,可提供高灵敏度、高分辨率的图像。
该技术通过使用单光子发射放射性标记的药物(放射性示踪剂)来追踪和记录放射性核素在人体内部的分布。
这些放射性示踪剂会在体内与特定的生物分子结合,并通过探测器系统记录其放射性信号。
SPECT技术的优点在于可以提供详细的功能和代谢信息,并且能够处理小剂量的放射性示踪剂。
它被广泛应用于肿瘤、神经系统等疾病的诊断和治疗过程中。
四、PET技术与SPECT技术类似,PET技术也是利用放射性示踪剂来观察人体内部的生物代谢和功能情况。
不同于SPECT技术,PET技术使用正电子放射性核素作为示踪剂,通过探测正电子与电子相遇后产生的两个伽马光子进行测量和记录。
PET技术由于其高时空分辨率和较强的灵敏度,可提供更加详细和准确的图像信息。
它被广泛应用于神经系统疾病、心血管疾病和肿瘤的早期诊断、治疗效果评估等领域。
五、核医学成像的临床应用核医学成像技术在临床应用中具有广泛的应用前景。
以下是一些核医学成像的主要临床应用领域:1. 肿瘤诊断和治疗:核医学成像技术可以帮助医生确定肿瘤位置和大小,并评估其对周围组织的影响。
(一)名词解释1.放射性核素2.同质异能素3.γ照相机4.静态采集5.电子准直6.衰减校正7.随机符合计数8.图像融合(二)填空题1.放射性核衰变方式有、、、、和。
2.放射性活度是描述的一个物理量,表示单位时间内放射性核素发生核衰变的。
国际单位: ,用符号表示,表示每秒内发生一次核衰变。
3.脏器和组织显像的基本原理是利用放射性核素的 ;不同的放射性核素显像剂在体内有其特殊的靶向分布和代谢规律,能够聚集在特定的脏器、靶组织,使其与邻近组织之间的放射性分布形成一定程度的浓度差,从而在体外显示出脏器、组织的形态、位置、大小和脏器功能及某些分子变化。
4.γ照相机是一种核医学最基本的成像设备,主要由、、及一些辅助设备组成。
是γ相机的核心,主要由准直器、晶体、光电倍增管构成,具有的功能。
5.Y照相机可以完成各种脏器的显像、显像和显像。
6.SPECT的图像采集模式包括、,完成计数率较高的静态采集或高剂量动态采集多采用。
7.SPECT扫描时,探头的旋转轨迹有、、、,个体差异的探头运动轨迹保证了SPECT系统具有良好的和。
8.PET心脏显像信息采集多使用,消除心脏运动对采集的影响。
9.图像融合由、和三个过程,其中关键是。
10.PET/CT是采用对PET图像进行衰减校正;PET/MRI采用的衰减校正包括和。
(三)单项选择题【A1型题】1.原子核是由以下哪些粒子组成的A.质子和核外负电子B.质子和正电子C.质子和中子D.中子和电子E.光子和电子2.在射线能量数值相同的情况下内照射危害最大的是A.α射线照射B.γ射线照射C.β射线照射D.γ和β射线混合照射E.γ和α射线混合照射3.原子核发生电子俘获后A.质子数减少2,质量数减少4,放出α射线B.质子数增加1,质量数不变,放出β-射线和反中微子C.质子数减少1,质量数不变,放出β+射线和中微子D.质子数减少1,质量数不变,放出中微子,同时释放出特征X射线和俄歇电子E.质子数和质量数不变,放出γ射线4.某放射性物质初始的放射性活度为A0,放置18小时后测得的放射性活度为A18,则该放射性物质的半衰期为A.1/2A0B.1/2A18C.181n2・ln(A0/A18)D.181n2/ln(A0/A18)E.181n2・ln(A18/A0)5.不是放射性核素示踪技术主要特点的是A.灵敏度高B.方法相对简便、准确性较好C.合乎生理条件D.定性、定量与定位研究相结合E.具有较大辐射效应6.放射性核素示踪技术所采用的示踪剂是A.糖B.蛋白质C.化合物D.多肽E.放射性核素或由其标记的化合物7.99m Tc-MDP骨显像中显像剂被脏器或组织选择性聚集的机制是A.薄晶体可提高γ照相机的探测效率B.薄晶体也可提高γ照相机的分辨率C.高能射线适合用薄晶体D.低能射线适合用厚晶体E.晶体的功能是光电转换8.关于γ照相机晶体,描述正确的是A.离子交换和化学吸附B.细胞吞噬C.合成代谢D.特异性结合E.通透弥散9.针孔准直器的特点是A.缩小准直器与器官的距离,图像可放大B.缩小准直器与器官的距离,图像可缩小C.增加准直器与器官的距离,图像可放大D.增加准直器与器官的距离,图像大小不变E.图像大小与准直器距离无关10.平行孔准直器与图像质量的关系A.孔径越大,灵敏度越差,而分辨率越好B.孔径越大,灵敏度越好,而分辨率越差C.孔径越小,灵敏度越好,而分辨率越差D.孔径越大,灵敏度越差,而分辨率越差E.孔径大小与灵敏度、分辨率无密切关系11.γ照相机最适宜的γ射线能量为A.40~80keVB.100~250keVC.300~400keVD.364keVE.511keV12.在动态采集时,选用较小矩阵的目的是A.提高采集速度B.提高图像分辨率C.使脏器放大D.增加放射性活度E.提高检测的敏感性13.固有能量分辨率A.半高宽与峰值处能量的和表示B.半高宽与峰值处能量的积表示C.半高宽与峰值处能量的平方和表示D.半高宽与峰值处能量的平方根表示E.半高宽与峰值处能量的百分比表示14.有关计数率特征的描述,不正确的是A.当视野中活度较低时,γ相机计数率随活度的增加而增加B.当活度增加到一定值时,计数率开始随活度的增加保持不变C.计数率特征是描述计数率随活度的变化特征D.由最大观察计数率、20%丢失时观察计数率及观察计数率随活度的变化曲线表示E.计数率特征分固有(无准直器,源在空气中)计数率特征和有散射系统(有准直器,源在水中)计数率特征两种情况15.有关系统平面灵敏度的描述,不正确的是A.描述探头对源的响应能力B.指某一探头对特定点源的灵敏度C.用单位活度在单位时间内的计数表示D.系统平面灵敏度也称灵敏度E.与准直器的类型、窗宽、源的种类及形状有关16.心肌灌注显像经计算机处理得到短轴、垂直长轴和水平长轴图像,称为哪种显像方式A.平面显像B.阳性显像C.全身显像D.断层显像E.动态显像17.有关探头屏蔽性能的描述,不正确的是A.描述探头对视野之外的蔽能力B.对患者本身FOV之外放射性的屏蔽:用于探头平面垂直距离为20cm 点源,在距探头FOV边缘前后10cm、20cm、30cm的最大屏蔽计数与在FOV中心处计数率的百分比表示C.对周围环境放射性的屏蔽:将点源置于距探头中心lm,距探头两侧及前后2m处。
用探头分别朝上、下、左、右时的计数率与FOV中心处计数率的百分比表示对周围环境放射性的屏蔽性能D.屏蔽泄漏=最大屏蔽计数率/FOV中心计数率ⅹlOO%E.探头屏蔽性能反映了患者本身FOV之外放射性和周围环境放射性这两种影响的程度18.降低PET图像噪声的有效图像重建方法是A.滤波反投影法B.有序子集最大期望值法C.飞行时间技术D.迭代法E.最大似然-最大期望值法19.为保证SPECT的图像质量进行的性能测试不包括A.最大计数率B.旋转中心C.符合计时校准D.探头均匀性E.空扫校准20.SPECT探头的均匀性降低会导致图像出现A.光电倍增管的老化B.脉冲高度分析器不稳定C.能量峰的漂移D.前置放大电路不匹配E.重建后产生“热区”“冷区”伪影21.PET显像常用的核素不包括A.11CB.13NC.15OD.l31IE.18F22.影响PET/CT图像采集融合并不包括A.CT对比剂导致的衰减校正伪影B.呼吸运动方式产生的空间非一致性C.使用CT数据进行衰减校正产生的伪影D.外磁场对探头光电倍增管的干扰E.高浓度的对比剂在图像中的阳性表现23.图像配准中进行空间定位的方法不包括A.外部立体框架标记B.皮肤标记C.解剖特征定位D.分辨率定位E.坐标系定位24.目前解决PET/MR1成像数据干扰的方法不包括A.提高光电倍增管的分辨率B.采用硅酸镥晶体和雪崩光电二极管C.PET探头采用非磁性且具有“梯度场穿透”性质的材料D.PET检测装置对RF信号完全屏蔽E.MR射频体线圈采用PET信号穿透性质的材料【B型题】(25~26题共用备选答案)A.α粒子B.γ射线C.正电子D.反中微子E.X射线25.在β-衰变中,原子核发射出的粒子有26.在β+衰变中,原子核发射出的粒子有(27~28题共用备选答案)A.360~511keVB.0~170keVC.270~360keVD.170~300keVE.75~170keV27.低能高分辨率准直器适用的能量范围28.高能通用准直器适用的能量范围(29~30题共用备选答案)A.单个计数B.真符合计数C.随机符合计数D.散射符合计数E.吸收符合计数29.在飞行过程中已经产生康普顿效应的γ光子,与对应的另一个光子同时进入探头,记录下来的计数被称为30.两个探头同时探测到的来自同一次湮灭辐射的两个γ光子,记录下来的计数被称为(四)简答题1.放射性核素成像的基本原理及特点是什么?2.简述放射性核素示踪方法的原理。
3.简述脏器或组织选择性摄取排泄显像剂的机制,并举例说明。
4.简述Y照相机的工作原理及性能指标。
5.简述光电倍增管的结构和工作原理。
6.简述SPECT的基本成像原理。
7.简述PET的基本成像原理。
8.简述PET/CT的成像优势。
四、参考答案(一)名词解释1.放射性核素:指原子核不稳定,能够自发地从核内放射出α射线、β射线或γ射线等,从而使原子核发生转变的核素。
2.同质异能素:质子数和中子数都相同,核能级不同的核素互为同质异能素。
3.γ照相机:一种能对脏器中放射性核素的分布进行一次成像和连续动态成像的仪器。
4.静态采集:预置计数或预置时间采集,最后由存入众像素中的总信息量组成一帧影像。
5.电子准直:采用成对的互成180°排列并与符合线路相连的探头进行探测,湮灭辐射只有在两个探头所形成的有限视野里,才能被探测,这种利用湮灭辐射和两个对称探头来探测的方法称为电子准直。
6.衰减校正:在探头对侧设置放射源,利用放射源释放的γ射线经由被检者体外穿透人体,在SPECT探头上形成透射成像。
一台SPECT 同时获得体外γ射线的透射成像和体内核素Y射线的发射成像,从透射图像求得被显像部位的三维衰减系数分布图,从而对发射图像进行衰减校正。
7.随机符合计数:在符合线路限定的分辨时间范围内,两个探头探测到的任何无关的两个光子也会被记录下来,这种不是由于同一个湮灭辐射事件产生的两个Y光子出现的符合计数被称为随机符合计数。
8.图像融合:将不同的医学影像或同一类型的医学影像采用不同方法获得的图像进行空间匹配融合,使两个或多个图像数据有机地组合到一副图像上。
(二)填空题1.α衰变β-衰变β+衰变电子俘获γ衰变内转换2.放射性核素的放射性程度次数贝可勒尔 Bq 1Bq3.示踪作用选择性4.探头电子线路显示记录装置探头准直探测和定位射线5.静态动态全身6.字节模式字模式字模式7.直线形圆形椭圆形波浪形灵敏度空间分辨率8.门控采集9.转换配准融合空间位置配准10.CT数据设备相关衰减校正组织相关衰减校正(三)单项选择题【A1型题】1.C2.A3.D4.D5.E6.E7.A8.B9.A 10.B 11.B 12.E 13.E 14.B 15.B 16.D 17.C 18.C 19.C 20.E 21.D 22.D 23.D 24.A【B型题】25.D 26.C 27.E 28.C 29.D 30.B(四)简答题1.放射性核素成像的基本原理及特点是什么?就是利用放射性药物能选择性地分布于特定的器官或病变组织的特点,将放射性药物引入体内,使用核医学成像仪在人体外表测定γ射线的分布,通过核医学计算机处理成人体放射性浓度分布图。
特点:①早期的诊断价值;②成像的特异性;③定位、定性、定量和定期诊断;④细胞和分子水平的成像;⑤安全无创。
2.简述放射性核素示踪方法的原理。
①放射性核素及其标记化合物和相应的非标记化合物具有相同的化学及生物学性质,无差别地参与生物代谢,在生物体内所发生的化学变化、免疫学反应和生物学过程也都是完全相同的。