医学影像设备 ECT设备(SPECT).ppt
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1、医学影像设备 ECT,主 要 内 容,ECT概论 放射性药物 SPECT的基本结构及成像原理 SPECT采集、处理、显示技术 SPECT系统参数与质量控制 高能正电子显像技术,欢 迎 随 时 提 问,第一节 E C T 概 论 (emission computed tomography outline),PE: 视, 触, 叩, 听 Blood work X-ray picture US XCT MRI ,诊断方法,什么是核医学(Nuclear medicine)?,核医学是将放射性核素用于医学诊断和治疗的一门学科!,临床核医学,诊断核医学,体内诊断核医学,体外诊断核医学,治疗核医学,放射性核
2、素显像,非影像检查法,实验核医学,核医学,核医学的分类,放射性核素显像,SPECT,PET,SPECT(singe photon emission computed tomography) 单光子发射型计算机断层。 PET(positron emission tomography) 正电子发射型计算机断层。,PET,PET/CT,SPECT,SPECT/CT,图像融合型的设备已成为主流!,一 核物理基础,基本概念,核素 (nuclide) :凡核内具有相同的质子数(P)、中子数(N) 以及相同能量状态的原子为同一种核素。 同位素 (isotope):凡质子数(P)相同,而中子数(N)不同的核素
3、,彼此互为同位素。在元素周期表中, 同位素处于同一位置。如 1H 2H 3H 同质异能素 (isomer) :质子数(P)相同、中子数(N)相同,而能量状态不同的核素,彼此互为同质异能素。如 99mTc, 99Tc,基本概念,稳定性核素 : 凡核素的半衰期大于1018年的核素,为稳定性核素。 放射性核素 : 凡核的素半衰期小于1018年 的核素,为放射性核素。,(biological half life),(physical half life),(effective half life),基本概念-核衰变,核衰变规律:N=N0e-t 衰变常数:单位时间核衰变的几率。 放射性活度(radioa
4、ctivity): 单位时间内原子核的衰变数量。 单位:贝克(Bq), 居里(Ci) 1Ci=3.7 x 1010Bq 1贝克:放射性核素在1秒钟内发生1次衰变。,二、ECT与XCT 异同,穿透型CT TCT(XCT) (TRASMISSION) 发射型CT ECT (EMISSION) 单光子CT SPECT 正电子CT PET,C T,ECT与XCT异同,1、采用的射线不同; CT:X射线,SPECT:射线 2、成像原理不同; 3、影像的重建参数和诊断依据不同。 XCT 衰变系数 组织的物理密度变化 ECT 放射性浓度变化 组织的代谢功能差异 4、影像构成成分不同; 5、空间分辨率不同;
5、XCT机:13mm ECT机:410mm 6 、功能不同; XCT 精细解剖结构 ECT功能显像解剖结构 7 、电离辐射损伤不同; 8 、探测技术都采用闪烁探测技术; 9、影像重建技术都采用滤波反投影法。,显像原理比较,CT:利用外来的X射线作为放射源穿透人体,由于正常和病变组织的物理密度不同,构成一副反应人体组织密度差异的解剖图像。,SPECT:利用注入体内的放射性药物发出的光子成像;放射药物可选择性聚集在特定的组织器官或病变部位中,使该脏器或病变与邻近组织之间有放射性浓度差,构成一副反应人体器官组织功能的解剖图像。,三、S P E C T 特 点,a、同时显示脏器和病变的功能 及解剖结构;
6、 b、可进行活体的分子水平研究(分子核 医学); c、定量计算脏器体积及功能;半定量分析 局部血流量; d、疾病的早期诊断; E、细微结构的精确显示不足,其他影像检查无 法替代!,1895 X-Ray,1892-2002年 110 年单一影像 解剖结构水平,时间,诊断、指导治疗,预防、诊断和治疗,医学影像技术,今天 功能分子影像 组织、细胞水平,4D U/S,PET,SPECT-PET/CT,脑部不摄取放射性血流灌注显像剂是脑死亡的有力证据。该项诊断具有法律效率 。,疾病的发生发展时序及各种影像的诊断能力,灵敏度 (mol) 解剖显像 103 功能解剖显像 105 功能显像 109 分子显像
7、1013,表达异常,代谢异常,功能异常,结构改变,临床表现,四、SPECT的发展史,Scanner 1950年 Casson -Camera 1956年 Anger 电子计算机+照相机 1970年 SPECT 1979年 Kuhl,etal SPECT设备发展 1、单探头机发展至双或三探头机 2、 SPECT-XCT 3 、 SPECT-PET (XCT),SPECT应用发展,美国:1989年耗资2.5亿购买800台, 普及县级医院。 中国:1983年首次从美国引进四台, 88年44台, 91年56台, 2002-11-18为423台, 2008-2为786台。,P E T,BGO探测晶体 2
8、D+3D采集,重建 单排螺旋CT 前后孔径不一致 融合后的图像不能进行再重建 没有特殊设计的检查床,第一代PET/CT = PET + CT,五、ECT发展障碍,1、光子通量限制 X-CT断层光子总数为ECT断层图的103104倍。 2、衰减校正. 衰减因素:组织的成分、脏器的大小、形状、放 射性核素能量、时间等。 现多用平均衰减校正,实验研究用模型校正。,第二节 放 射 性 药 物radiopharmaceutical,能够探测脏器和病变中聚集的放射性并将之显示成像的核医学显像仪器(如:ECT) 能够选择性聚集在特定脏器或病 变的各种放射性示踪剂,ECT显像的基本条件,一、放射性药物,1、放
9、射性药物:能够安全用于诊断或治疗人体疾病的放射性核素及其标记化合物。 2 、放射性药物性质取决于两个基本成分: 放射性核素(标记物): 射线或射线 药盒(被标记物):选择性聚集在特定的组织器官或病变部位的药物。,(一)放射性核素(radionuclide),1、放射性核素适用于ECT显像的条件 能发射中等能量的射线; 合适的生物半衰期 几小时至数天; 合适的化学价态和较强的化学活性; 无毒无害。,2 、常用放射性核素,SPECT最常用的放射性核素目前为99Tcm 其次为 131I PET 最常用的放射性核素目前为18F 其次为 11C、 13N 、15O,3、医用放射性核素的生产方式,反应堆
10、(Reactor): 131I 加速器 (Accelerator): 18F, 11C, 13N, 15O, 123I, 111In 放射性核素发生器 (Generator): 99Mo-99mTc 113Sn-113mIn,99Mo99mTc发生器 1、裂变型:干牛 Al2O3 2、凝胶型:湿牛,钼酸锆酰(ZrOMoO4),99mTc的产生99Mo99mTc发生器,是一种内含母体核素99Mo能产生子体素99Tcm的装置。母体核素99Mo以99MoO4- 的形式吸附在Al2O3或钼酸锆酰(ZrOMoO4)柱上,利用母子体化学性质不同,可用 0.9NaCl洗脱液将子体核素99Tcm以99TcmO
11、4的形式洗脱下来,而母体仍留在发生器内,子体核素随母体衰变而增长,同时又因它自身的衰变而减少。,4、 99Tcm特性,99Tcm为目前最理想和最常用的放射性核素 1、 99Tcm由99Mo99mTc发生器产生 2、 99Tcm是纯光子发射体; 3、 能量为141keV,T1/2为6.02h: 4、 99Tcm化学性质和碘相似,非常活泼,能够 标记合成多种供临床使用的放射性药物, 几乎可以用于所有脏器的显像。 SPECT检查使用的放射性核素90%是99Tcm,5、 99Mo99mTc的衰变-生长关系,- 0h 3h 6h 12h 18h 23h 48h 66h 72h 132h - 99Mo 3
12、.70 3.58 3.48 3.26 3.06 2.91 2.23 1.85 1.74 0.93 (GBq) 99mTc 0 0.93 1.56 2.25 2.50 2.55 2.14 1.78 1.67 0.89 (GBq) 99mTc/99Mo 0 26.0 45.0 68.9 81.9 87.7 95.9 96.2 96.1 96.2 (%) -,6、 99Tcm放射性药物的制备,99Tcm从99Mo99Tcm发生器获得,以Na99TcmO4形式存在于洗脱液中。在此99Tcm以高氧化态(+7价)存在,不能用它直接制备供临床使用的标记药物,必须将高氧化态锝还原为低氧化态。而在低氧化态99T
13、cm化学性质活泼,在一定pH条件下可以和许多含O、N、S等有机或无机物产生作用形成络合物。,还原反应,还原剂氯化亚锡(SnCl2.2H2O) 1、把99TcmO4-还原成低价态; 2、作为双金属鳌合物中的第二种金属离子。 还原反应: 299TcmO4- + 16H+ + 3Sn2+ = 299Tcm4 + 3Sn4 8H2O 在其他物理化学条件下99Tcm还可能被还原 为+3价或+5价。,(二)放射性药盒,1、作用:使放射性核素选择性聚集在特定的组织器官或病变部位中,使该脏器或病变与邻近组织之间的放射性浓度差达到一定程度。,2、常用放射性药盒,放射性药盒 临床用途 MIBI 心肌灌注断层 EC
14、D、HMPAO 脑血流断层 MDP 骨骼显像 DTPA 肾小球功能显像 EC 肾小管功能显像 PHY 肝脏显像 EHIDA 肝胆动态显像 DX105 淋巴显像 MAA 肺灌注显像,(三)放射性药物,1、放射性标记(Radiolabeling):通过一些物理的、化学的或生物学的方法,将放射性核素的原子“引入”特定的化合物的分子结构中,这个过程称为标记。由此制成的放射性核素标记化合物即为放射性药物。,放 射 性 药 物,放射性药品 临床用途 99TcmO4 甲状腺、心血池、 99Tcm-MIBI 心肌灌注断层 99Tcm-ECD 脑血流断层 99Tcm-MDP 骨骼显像 99Tcm-DTPA 肾小
15、球功能显像 99Tcm-EC 肾小管功能显像 99Tcm-PHY 肝脏显像 99Tcm-EHIDA 肝胆动态显像 99Tcm-DX105 淋巴显像 99Tcm-MAA 肺灌注显像、静脉血管造影,2、放射性药物适用ECT成像的条件,(一)良好的显像性能 靶器官:非靶器官5:1 (二)合适生物体内存留时间 a:保障采集剂量 b:较短的生物半衰期 (三)制备过程简单、快速、不需复杂的 设备和反应条件,(四)具有良好的稳定性 1、化学稳定性是指放射性药物具有确定的较为稳定的化学结构,不易发生分解氧化还原等化学变化。 2、 辐射稳定性是指药物对自身辐射作用的耐受能力。 3、标记稳定性是指放射性核素的原子
16、或基团与化合物结合的牢固程度,只有那些不易因时间、温度、介质等条件的影响而脱落的标记物,才适用于ECT的显像。 4、体内稳定性是指当放射性药物引入机体后,不易发生分解、变性或标记核素的脱落。,第四节 SPECT的基本结构 及成像原理,SPECT系统构成 1、探头(探测器) 2、机架 3、计算机及辅助设备,一、探测器构成及工作原理 1、准直器(collimator) 2、晶体 ( Crystal ) 3、光导 4、光电倍增管(PMT) 5、预放大器与线性放大器 6、模拟定位计算电路,(一)准 直 器(collimator),1、准直器:它安装在探头的最外层,是由具 有单孔或多孔的铅或铅合金块构成
17、,其孔的长度、孔的数量、孔径大小、孔与孔之间的间隔厚度、孔与探头平面之间的角度等依准直器的功能不同而有所差异。 2、准直器作用:是让一定视野范围内的一定角度方向上的射线通过准直器小孔进入晶体,而视野外的与准直器孔角不符的射线则被准直器所屏蔽,也就是限制光子通过准直器小孔进入晶体的方向角度,起到空间定位选择器的作用。,3、准 直 器 分 类,(1)平行孔准直器 、针孔准直器 扩散孔准直器 、聚焦孔准直器 (2)低能150keV) 中能(150350keV) 高能(350keV) (3)通用型、高分辨率 超高分辨率、高灵敏度,4、准直器的性能指标,(1)准直器灵敏度:指准直器接收来自放射源的放射性
18、的能力。 (2)准直器分辨率:指准直器探头鉴别两个紧密相连的放射源的能力。 灵敏度和分辨率呈相反的关系。 (3)间壁穿透率:反映准直器小孔之间的间壁屏蔽视野外的与准直器孔角不符的射线的能力;一般要求穿透率10;间壁太厚,探测几何效率将会降低;如果太薄,将使影像对比度降低。,(二)晶 体(Crystal),1、晶体是将射线转化为 荧光光子。射线射入 晶体后,使晶体原子、 分子电离和激发,受激 发的原子或分子在退激 时发出大量光子;这些 光子进入光电倍增管产 生光电子。,2、 晶体结构特点,NaI(Tl)晶体是含有约0.1%铊(激活机)的 碘化钠单晶体。 对射线有较高的探测效率、透明度好、与光电倍
19、增管的光谱响应较好。 易潮解,必须在铝膜密封条件下保存和使用。 质脆,易碎裂,故使用时应避免大的震动和温度的较大变化,要求室内温度控制在1530之间,每小时温差不超过3。,3 .晶体种类及特点,晶体分类: a.按形状分:圆形晶体、方形和矩形大视野晶体。 b.按厚度分:3/8英寸晶体、5/8英寸晶体、1英寸普通晶体及1英寸切割晶体。 特点:1、晶体厚度不仅影响SPECT机的灵敏度和空间分辨率,同时也限定了它所接受射线的能量范围。一般薄晶体接受的能量偏低,而厚晶体接受的能量则偏高。 2、对于99Tcm低能放射性核素,大部分射线与晶体的相互作用发生在晶体的入射面的25mm内。如果应用厚晶体,不仅对灵
20、敏度没有明显改善,而且明显降低了空间分辨率。,技术 1 英寸厚碘化钠晶体 特殊切割小槽,(三) 光导及光学耦合剂,1、光导功能:把闪烁体中的光有效地传递给光阴级; 2、光导要求:透射率高; 3、光导常用材料:石英玻璃、聚苯乙烯、玻璃纤维光导; 4、光学耦合剂作用:充填光导与晶体及光电倍增管间的空气间隙,减少在三者之间交界面上发生的全反射,有效传递光至光阴剂; 5、光学耦合剂:硅油、硅脂及甘油。,(四)光 电 倍 增 管,1、光 电 倍 增 管:是一种光电转换器件,作用是将晶体产生微弱光信号转换成放大的电信号。 2、构成:由光阴极、多级倍增极、电子收集极(阳极)组成,整个系统密封在抽成真空状态的
21、玻璃壳内。,3、光电倍增管原理,原理:射线在晶体中引起的闪烁光打在光阴极上,通过光电效应 产生光电子。光电子受极间电场的加速射向第一打拿极,在打拿极上产生更多的次级电子,这些电子在以后打拿极上产生相同的过程,倍增后的电子收集到阳极上形成电流脉冲。,4 、光电倍增管特点,圆探头的SPECT机光电倍增管一般为3791个,方形或矩形探头的光电倍增管一般为5596个。 光电倍增管的形状有圆形、方形和六角形三种。 整体光电倍增管的性能稳定性取决于 1、各个光电倍增管的性能参数是否一致; 2、各个光电倍增管的工作电压是否稳定; 3、是否有足够长的预热时间。 性能稳定性直接影响着系统的均匀性、分辨率和线性度
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