核医学成像

探测：在示踪剂注入体内后的 整个过程中，都可使用
扫描仪在体外探测示踪剂发出的辐射信号，从而确定 示踪剂在体内的位置，由此得到示踪剂在体内的代谢 过程与分布图像。
核医学显像原理
➢ 利用放射性药物
用放射性核素标记的示踪剂引入体内
➢ 参加特定生物活动
被特定的组织摄取→定位，定性,定量反映体内代谢情况
➢ 探测显像
的置换，其磷酸化后不能进一步参与DNA合成， 又不能通过细胞膜返回，被局限在细胞内。
➢核探测技术---影像定位、定量
核医学诊断
➢核医学的右手
诊断核医学可划分为两类：
➢1体外诊断，将放射性核素放在试管中 （in vitro）进行放射性免疫测量或活化 分析；
➢2体内诊断，把放射性核素引入活体内 （in vivo），进行脏器功能测量或显像。 后者为当代核医学最主要的工作领域。
Disease is not a THING, but a PROCESS
症状体征 结构改变
现代医学认 为：疾病的 发生起源于
功能失调☺ 代谢异常☻ 表达失控☻
基因改变→ 表达物改变 →代谢改变 →形态改变
基因突变☻
现代医学影像技术
名称 X线CT B超 MRI
SPECT PET PET/CT
成像参数 衰减系数、CT值 超声波反射 质子密度、T1、T2、 化学位移 放射性浓度 放射性浓度 放射性浓度 衰减系数、CT值
• 一直是核医学中的一个重点研究方向。
SPECT
γ相机、SPECT诊断项目
➢ 灌注显像
– 动态
➢ 血池显像
– 静态
➢ 肿瘤阳性显像 ➢ 全身骨扫描 ➢ …… 数十种项目，数十种放射性药物
骨 扫 描
➢ PET。正电子发射计算机 断层扫描（Positron
Emission Computerized Tomography,简称PECT 或PET）是目前最先进的 医疗诊断设备。当人体内 含有发射正电子的核素时， 正电子在人体中很短的路 程内（小于几mm）即可 和周围的负电子发生湮灭 而产生一对γ光子，这两 个γ光子的运动方向相反， 能量均为0.511MeV，因 此，用两个位置相对的探 测器分别探测这两个γ光 子，并进行符合测量即可 对人体的脏器成像。
核医学技术
什么是核医学？
➢核医学的定义：
–核医学是核技术与医学相结合的学科 –核医学的任务是用放射性核素及核技
术来诊断、治疗及研究疾病。
➢核医学涉及的学科：
–核物理、核电子、核探测、计算机控 制及图像处理、数学、放射化学、医 学的各科等
➢核医学技术的作用：
它可以定量无损地研究人体组织器官 （心、脑、肺、肾、胃、甲状腺等）的 功能情况，以及代谢物质或药物在人体 内的分布和变化。
PET、PET/CT
--在神经系统疾病诊断中的应用
➢癫痫病灶的诊断与定位； ➢痴呆：AD、MID、PDD、…… ➢认知定位
PET、PET/CT
—认知定位
PET、PET/CT ---在心血管系统疾病诊断中的应用
➢冠心病： 13N-NH3 ➢心肌存活测定：血流-代谢图像
血流灌注显像（99mTc-MIBI, 13NH3） 代谢显像 18F-FDG “不匹配”（有代谢，无血流）→心肌存活 “匹配”（无代谢，无血流）→心肌不存活 ——心肌存活“金标准” →决定是否手术
SPECT-- single photo emission computed
tomography
➢γ相机---发射，平面图像（透射X平片） ➢SPECT---发射，断层图像（透射CT）
– γ相机探头绕人体旋转
• 获得各个方向的投影（平面）像
– 图像重建---滤波反投影、迭代
• 获得断层图像
– 图像重建算法---使图像更接近真实
– PET ( positron emission tomography) 20世纪90年代，正电子发射断层扫描仪
– PET/CT 21世纪，功能图像和解剖图像有机融合
γ相机
➢ γ照相机(Anger照相 机)。一次成像的γ照 相机擅长快速的动 态显像，它可以输 出动态的二维平片
（planar），它是核 医学最常用的成像 设备。它主要由探 测器（包括准直器， 闪烁晶体，光电倍 增管等），电子学 读出系统和图像显 示记录装置等几部 分组成 。
国内核医学还存在以下问题:
1.地区发展不平衡
2.人才素质尚不高,基础与临床研究以 仿造跟踪为主，缺乏创新性
3.核医学仪器国产化不足(如SPECT 国内350台全部进口)。
推荐资源
➢中国核医学专业网： http://www.csnm.com.cn/
➢书籍： 临床核医学，谭天秩 Physics in Nuclear Medicine, Sarenson JA Nuclear Medicine, Thrall JH
➢ CT与PET硬件、软件同机融合 ➢ 解剖图像与功能图像同机融合 ➢ 同一幅图象既有精细的解剖结构又有丰富生理、
生化分子功能信息 ➢ 可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程 ➢ 高灵敏度、高特异性、高准确性 ➢ CT图像兼做衰减校正 ➢ PET、CT单独能实现的，PET/CT一定能实现；
PET/CT能实现的，PET或CT不一定能实现
核医学治疗
核医学的左手
核医学治疗原理
➢ 将放射性核素引入体内
– 使用特异性的载体(如RIT）
• 放射性核素标记载体 • 载体参与体内生物活动，带着核素定位到靶器官
– 直接利用核素与靶器官的亲和定位作用
• 131I、153Sm、89Sr
– 定位施放放射性核素（如 125I 种子源）
• 将放射性核素直接放到靶器官
图 像 有 放 射 性 浓 聚 ， 头
PET-CT
隐匿
颈
性上 腭癌
部
CT
PET、PET/CT 的临床应用
➢肿瘤学
75％－90％
➢心脏病学
10％－20％
➢神经系统
10％－30％
➢其他（器官移植、感染、创伤、发育…）
➢生理及药理实验
PET、PET/CT
--在肿瘤学中的应用
➢早期发现肿瘤 ➢鉴别肿瘤良恶性 ➢治疗前分期 ➢治疗中疗效观察 ➢改进放疗计划 ➢治疗后随诊、复发、转移 ➢评估病人生存期
γ相机构成
探测原理
➢射线入射到晶体上，使晶体原子激发。 ➢退激回到基态，发射荧光。 ➢ 一个光子产生多个荧光光子。 ➢光电倍增管接受这些荧光，并将之转换为
电信号。 ➢经过定位电路确定出入射光子的位置 ➢放大、甄别后，记录一个计数。
探测原理
准直器、闪烁晶体、光 电倍增管的作用
脉冲幅度分析器 pulse height analyzer(PHA)
➢ 肿瘤间质核素治疗： 32P ➢ 肿瘤介入治疗 ➢ 皮肤病敷贴治疗 ➢ 粒子植入治疗： 125I
我国核医学当前的现状
➢我国核医学从50年代末起步，现在全国 有800多家医院设有核医学科或室，拥有 350多台单光子发射计算机体层显像仪 （SPECT），100多台γ相机，12台正电 子发射断层显像仪（PET），已经初具 规模。
性质 解剖结构 解剖结构 解剖、功能
代谢功能 代谢功能 代谢功能 和解剖
SPECT、PET——ECT(emission computed tomography)
核医学内容
核医学发展的两大支柱
➢放射性药物---诊断、治疗
– 关键点是特异性 – 其次是稳定性
如： 11C-胸腺嘧啶 - DNA合Biblioteka Baidu金标准，不稳定； 18F-FLT 氟标胸腺嘧啶。稳定，但由于3‘端
➢ 依靠放射性核素发射的射线杀死病变细胞
核医学治疗的优点
➢短射程的α 、β射线 ➢放射性核素局限在靶器官，对正常组织
损伤小
核医学治疗的一些项目
➢ 甲状腺疾病：131I ➢ 骨转移瘤：89Sr、153Sm、32P ➢ 肿瘤放射免疫治疗（RIT）：标记抗体
– α核素、β核素、俄歇电子及内转换电子核素
核医学诊断
--示踪原理
示踪剂：参与体内某一生理代谢过程的物质 + 发射可
探测射线的核素 = 形成示踪剂。
例如：脱氧葡萄糖DG + 发射正电子的18F = 18F-FDG
代谢过程：静脉注入后，通过毛细血管壁进入组织。
对不同的示踪剂，有些直接参与体内代谢，有些则被 限制在某些特定的组织区域。由于示踪剂在体内的分 布与代谢过程是动态的，所以体内各组织部位的示踪 剂浓度是不断地变化的。
PET显像特点
➢功能显像 ➢敏感性、特异性较高 ➢缺乏精确的解剖定位
PET-CT融合示意图
CT 图像
何处 有病 灶？
PET-CT融合示意图
PET 图像
病灶 在何 处？
PET-CT融合示意图
PETCT 图像 融合
病灶 原来 在这 里
PET
MR
定
位 于 右 上 腭 。
及 鼻 咽 镜 检 未 见 异 常 。
➢ 灵敏度: PET >SPECT
➢ 扫描时间: PET<SPECT
PET/CT
PET/CT的发明是医学影像 学的又一次革命
PET/CT中的PET、CT
➢PET——PET/CT的主体 ➢CT的作用：
–为PET提供衰减校正 –为PET提供解剖位置信息 –提供诊断信息
兼容型 PET/CT
PET/CT的特点
PET---positron emission tomography
➢ 正电子核素18F、 15O 、13N、11C，人体基本元 素，更能反映体内代谢
➢ 发射出正电子，与一个负电子发生湮灭辐射 e++e-→2γ（511keV，E=mc2)
➢ 探测正电子湮灭辐射发出的双光子 ➢ 不加准直器 ➢ 符合探测，探测环 ➢ 灵敏度、分辨率↑
PET设备
电 子 对 湮 灭
PET
PE T 探 测 原 理
PET
PET探测器晶体环
SPECT与PET的区别
➢ 放射性核素
– SPECT 99mTc、131I .
– PET 素
15O、11C、13N、18F 人体基本元
➢ 探测信号
– SPECT: 单光子
PET: 双光子
➢ 空间分辨率
– SPECT: 8~12 mm PET: 3~5 mm
显像设备,显像条件, 操作程序
➢ 活体, 分子水平
活体内示踪剂分子行为
核医学显像设备
➢ 核医学显像设备探测射线
– 相机 (scintillation gamma camera) 1958年H. Anger发明，Anger相机
– SPECT (single photo emission computed tomography) 20世纪80年代，单光子发射断层扫描仪
➢经放大的电脉冲幅度∝入射γ射线能量 ➢只选择一定能量范围，剔除散射、噪声
——甄别 ➢单道脉冲分析器---单能窗 ➢多道脉冲分析器---多能窗
信号记录
核医学影像 记录的是坐 标和光子数 和X 照像有 何不同？
➢ SPECT。SPECT（Single
Photon Emission
Computerized Tomography）是单光子发 射计算机断层照相的简称， 它以γ发射体为成像对象， 其探测光子的原理和γ照相 机相同。它是在γ照相机的 基础上发展起来的。目前 大多采用横向断层扫描， 即断层面与人体轴垂直， 将一个或两个γ照相机探头 绕人体轴连续或分度旋转 一周，将探头从多角度上 得到的连续的二维投影数 据重建后即可得到横断面 的图像。
推荐资源
➢视频： mms://winmedia.cctv.com.cn/tansuof axian/2006/04/tansuofaxian_300_200 60412_7.wmv