核医学影像设备及核医学图像处理原理.docVIP

核医学基础 核医学影像设备及核医学图像处理原理  核医学影像是将放射性核素注射到人体内后，由于放射性核素参与人体内的正常或异常功能和代谢变化，因而可以通过放射核素在体内分布和代谢反映人体内的病理或生理变化。采用特殊的探测装置在人体外探测体内放射性核素分布的装置，在体外就能够观察体内病理或生理过程。 按照探测人体内放射性分布的探测器原理、外形、探测脏器种类不同将放射性探测仪分为不同的种类。核医学常规将显像设备分为探测脏器平面图像的g相机，探测人体横断面，矢状面及冠状面图像的g射线断层仪。按照探测单光子及正电子不同，将断层仪分为单光子发射型g射线断层仪和正电子断层仪两种。最近又将采用双探头探测正电子图像设备称为正电子复合电路断层探测仪。我们目前使用的单光子发射型断层仪和正电子复合电路断层仪均采用旋转型g相机断层仪。以下我们对核医学显像设备原理及核医学图像处理原理分别做以描述。 (一).放射性核素显像设备发展史: 1.单光子发射型(Single Photon Emission Tomography SPECT): 在40年代，科学家采用单晶体单个光电倍增管的探头围绕在人脑的不同位置产生空间分辨率非常低的脑图像，50年代有人将先前发明的直线扫描仪进行了明显的改进。随后Anger采用单个NaI（TL）晶体，阵列光电倍增管以及用铅作的准直器，这就是现在所讲的Anger g相机。在 1963年Kuhl和Edwards首次采用Anger g相机作出了放射性核素断层图像。在1977年又有人建议使用康谱顿效应方法探测体内g射线分布。在80年代初制造出了以Anger g相机为基础的旋转型g相机商用型单光子断层仪。旋转型单光子g相机断层仪和g相机相比明显提高放射性核素图像的对比度，并将放射性核素的临床诊断提高到了新的水平。 1983年Manbir Singh 和 David Doria建议在开始研究SPECT康谱顿 Angerg 相机。随后各SPECT生产厂商均对SPECT设备空间分辨率及计算机图像处理的速度做了很大的改进。进入90年代后各生产厂商均开始研究 用SPECT探测发射正电子放射性核素。SPECT显像设备所获得的核医学影像也有它的不足，即图像的解剖结构不如CT，MRI清晰。1999年6月GE公司首先在SPECT设备上获得了CT的图像。这样就可以采用CT图像进行SPECT图像的解剖定位功能，同时又可以采用人体X线衰减图的衰减系数对g射线在人体内的衰减进行校正；这种新的技术从根本上改变SPECT图像的不足，将核医学影像技术在临床上的应用提高到了一个新的阶段，该技术是核医学发展史上的里程碑。 2.复合电路探测系统（Coincidence Detector）： 由于传统的正电子发射型探测仪（ Positron Emission Tomography PET）在临床显 像上花费太高，因此各个厂商对发展非常成熟的 SPECT设备上探测正电子的想法非常感兴趣， 这样做能够明显扩大SPECT临床应用范围，降低正电子显像的费用。在1996年相继有两个公司推出了采用双探头复合电路技术探测正电子发射型放射性核素的分布。由于采用NaI（TL）晶体，因此对511Kev能量g射线探测的效率比较低。如何提高复合电路探测的效率成为各个厂商研究的重点。在双探头复合电路探测系统推向临床以前采用511Kev准直器方法探测511Kev正电子发射的g射线的方法已被临床广泛接受，采用511Kev准直器同时采集双核素140Kev 和511Kev 的 g射线的技术可以同时观察心肌的血流灌注和心肌代谢，因此该技术为临床诊断心肌缺血型病变提供了独特方法。 (二).核医学显像设备的原理 目前核医学所用的显像设备主要为g相机, 旋转型g相机发射型断层仪,多探头g相机复合线 路正电子显像断层仪和正电子发射型断层仪. 这些设备主要由四部分构成,即探头,探头所置的 机架,病人检查床及采集和处理工作站.  图1. SPECT设备示意图（机架及探头， 检查床和计算机相同〕 一.探头: 探 头是将核医学使用的放射性药物在人体 内分布转化为能被计算机处理的电信号的设备, 它是整个核医学显像设备的重点。按照核医学设备发展过程我们将探头分为闪烁晶体探头和半导 体探头两大类.闪烁晶体探头又可分为模拟探头 ,混合型探头,全数字化探头。全数字化探头又可以分为：第一代全数字化探头和第二代全数字化探头. (1).闪烁晶体探头: 该类探头用铅做准直器,采用NaI晶体作为 闪烁体,用光电倍增管作为光电转换器,采用矩阵电路确定g光子在病人体内位置,经过特殊的探头 准直器，晶体，光电倍增管和后续电子线路后；再经过g光子能量,探头均匀度校正后,将获得的光子位置和每个位置光子总数输入到计算机内，进行计