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1、侯刘燕 中国医科大学 97k14b 111418 浅谈核医学影像技术的发展和浅谈核医学影像技术的发展和临床应用临床应用目录核医学简介1影像设备介绍2总结3 影像核医学主要用于脏器显像或功能测定影像核医学主要用于脏器显像或功能测定. .核医学显像的基本原理是核医学显像的基本原理是: :口服或静注放射性示踪剂口服或静注放射性示踪剂, ,使之进入人体后参与体内特定器官组织的循环和使之进入人体后参与体内特定器官组织的循环和代谢代谢, ,并不断放出射线并不断放出射线, ,在体外用专用探测仪器追踪探查在体外用专用探测仪器追踪探查, ,以数字、图像、曲以数字、图像、曲线或照片的形式显示出病人体内脏器的形态和
2、功能线或照片的形式显示出病人体内脏器的形态和功能. . 核医学影像设备是指探测并显示放射性核素药物核医学影像设备是指探测并显示放射性核素药物( (俗称同位素药物俗称同位素药物) ) 体体内分布图像的设备内分布图像的设备, ,具有代表性的是伽玛相机（具有代表性的是伽玛相机（相机）相机）,David Kuhl1959,David Kuhl1959年年用双探头的扫描机进行断层扫描用双探头的扫描机进行断层扫描, ,并进一步研制和完善断层显像仪器并进一步研制和完善断层显像仪器. .在核医在核医学影像技术领域很长一段时间内学影像技术领域很长一段时间内, ,最基本的成像仪器是伽马最基本的成像仪器是伽马()(
3、)照相机照相机. .目前目前, ,核医学中把应用计算机辅助断层技术进行显像的设备统称为核医学中把应用计算机辅助断层技术进行显像的设备统称为ECT,ECT,它是医学影它是医学影像技术的重要组成部分像技术的重要组成部分.ECT.ECT的中文名称为发射型计算机断层显像的中文名称为发射型计算机断层显像, ,是其英文是其英文名称缩写而成（名称缩写而成（Emission Computed TomographyEmission Computed Tomography）.ECT.ECT实际上又包括两大类实际上又包括两大类设备即设备即SPECTSPECT和和PET-CT,PET-CT,即正电子发射断层成像仪即正
4、电子发射断层成像仪(Positron Emission (Positron Emission Tomography,PET)Tomography,PET)和单光子发射计算机断层成像仪和单光子发射计算机断层成像仪(Single Photon Emission (Single Photon Emission Computed Tomography,SPECT).Computed Tomography,SPECT).近两年相继推出了诊断级多层螺旋近两年相继推出了诊断级多层螺旋CTCT与与SPECTSPECT或或PETPET混合型机型混合型机型, ,加快了核医学分子影像的发展进程加快了核医学分子影像的
5、发展进程. .核医学简介相机SPECTPETPET-CT相机相机 19571957年年AngerAnger研制出第一台研制出第一台照相机照相机, ,称之为称之为 Anger Anger照相机照相机, ,可可同时纪录各脏器核素的射线同时纪录各脏器核素的射线, ,成像时间短成像时间短; ;探头灵活探头灵活, ,可进行多体位成像可进行多体位成像, ,使用方便使用方便;Polaroid;Polaroid相机一步显、定影相机一步显、定影, ,定时相机连续拍摄定时相机连续拍摄, ,反映代谢过反映代谢过程的动态变化程的动态变化. .它由探头它由探头, , 机架机架, , 电子学线路电子学线路, , 计算机计
6、算机, , 显示系统装置显示系统装置组成组成, ,其原理是探测到光子经电子学线路分析形成脉冲信号其原理是探测到光子经电子学线路分析形成脉冲信号, ,经计算机经计算机采集采集, ,处理处理, ,最后以不同灰度或色阶显示二维脏器显影或放射性分布最后以不同灰度或色阶显示二维脏器显影或放射性分布.1963.1963年在日内瓦原子能和平会议上展出年在日内瓦原子能和平会议上展出, ,它克服了逐点扫描打印的不它克服了逐点扫描打印的不足足, ,使核医学显像走向现代化阶段使核医学显像走向现代化阶段. .SPECT SPECT实际上就是一个探头围绕病人某一脏器进行360旋转的相机,在旋转时每隔一定角度（通常是5.
7、6或6）采集一帧图片,然后经电子计算机自动处理,将图像叠加,并重建为该脏器的横断面、冠状面、矢状面或任何需要的不同方位的断层、切面图像.国际公认,当今PET是研究脑神经结构和活动的独一无二的影像设备.但价格昂贵,使用效率低,只适于少数大型医院和医学研究机构.而SPECT具有获取体内二维、三维图像信息及对人体进行全身扫描的多种图像功能,使用方便,价格不贵,对大多数医院都合适.SPECT1.PECT的特点SPECTSPECT是核医学影像设备的一种是核医学影像设备的一种, ,具备对人体生理、生化、功能、具备对人体生理、生化、功能、代谢等信息的多维显像方式代谢等信息的多维显像方式, ,可以有效的提高病
8、变的检测率可以有效的提高病变的检测率. .其主要特点其主要特点如下如下: :(1) (1) 兼具兼具CTCT和核医学两种优势和核医学两种优势, ,较较CTCT的容积采集信息量大的容积采集信息量大, ,超快速超快速, ,大容大容量的操作诊断台量的操作诊断台, ,图像扫描和图像处理同步图像扫描和图像处理同步, ,并有高级图像后处理台并有高级图像后处理台. .(2) (2) 是当前唯一的一种活体生理、生化、功能、代谢信息的四维显像是当前唯一的一种活体生理、生化、功能、代谢信息的四维显像方式方式. .(3) (3) 明显提高了病变的检测率明显提高了病变的检测率, ,分层脏器功能可以观察到脏器功能动态分
9、层脏器功能可以观察到脏器功能动态变化变化, ,化学物质在脏器内代谢分布、血管量的变化、肿瘤免疫及受体定化学物质在脏器内代谢分布、血管量的变化、肿瘤免疫及受体定位等信息位等信息. .(4) (4) 使用的示踪剂适应面广使用的示踪剂适应面广, ,特异性高特异性高, ,放射性小放射性小, ,不干扰人体内环境的不干扰人体内环境的稳定稳定. .(5) (5) 采用了衰减校正技术（采用了衰减校正技术（Attenuation Correction,ACAttenuation Correction,AC）, ,从而有效从而有效解决了人体组织的衰减和运动对成像造成的影响解决了人体组织的衰减和运动对成像造成的影响
10、. .SPECT2.SPECT在临床中的应用(1)(1)心脏灌注断层显像心脏灌注断层显像; ;早期冠心病、心肌炎、早期冠心病、心肌炎、脑缺血性疾病脑缺血性疾病, ,恶性肿瘤早期骨转移的检测恶性肿瘤早期骨转移的检测. . (2)(2)原发癫痫、短暂脑缺血发作原发癫痫、短暂脑缺血发作, ,肝血管瘤分肝血管瘤分肾功能测定及一些软组织肿块定性心血池功肾功能测定及一些软组织肿块定性心血池功能显像和多参数分析测定能显像和多参数分析测定. .(3)(3)肺通气功能、肾小球虑过率肺通气功能、肾小球虑过率GFRGFR和肾脏有和肾脏有效血流量效血流量ERPFERPF功能测定功能测定. .(4)(4)甲状腺疾病的常
11、规检查等方面甲状腺疾病的常规检查等方面. .SPECT2.SPECT在临床中的应用静态骨显像SPECT2.SPECT在临床中的应用甲状腺静态现象甲状腺静态现象 甲状旁腺显像甲状旁腺显像SPECT2.SPECT在临床中的应用门控平衡法心血池显像门控平衡法心血池显像PETPET扫描系统主要由扫描仪、显像床、电子柜、操作与分析工作站和影像硬拷贝工作站等组成.PET是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先进的医学影像技术,它的空间分辨率明显优于SPECT.PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素,如氟-18、氮-13、氧-15、碳-17等作为示踪剂注入人体,参与体内的生理生化代谢过程.这些超
12、短半衰期同位素是组成人体的主要元素,利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子,被探头的晶体所探测,得到高分辨率、高清晰度的活体断层图像,以显示人脑、心脏、全身其它器官以及肿瘤组织的生理和病理的功能和代谢情况.PET1.PET的技术优势(1)(1)应用人体自身分子的主要元素的放射性核素制备示踪分子应用人体自身分子的主要元素的放射性核素制备示踪分子. .准确地反映机体的代谢情况准确地反映机体的代谢情况, ,可提供独特的生理性示踪研究和可提供独特的生理性示踪研究和活体生化显像活体生化显像. .因而被称为因而被称为“生化断层生化断层”或或“生命断层生命断层”.”.(2)(2)正电子核素
13、半衰期极短正电子核素半衰期极短, ,如如11C11C、13N13N、15O15O和和18F18F的半衰期的半衰期分别为分别为2020、1010、2 2和和110min.110min.对人体的辐射剂量甚低对人体的辐射剂量甚低, ,需要时可需要时可在一次研究中多次重复检查在一次研究中多次重复检查. .(3)(3)采用符合线路（采用符合线路（Coincidence CircuitCoincidence Circuit）, ,以电子准直取代以电子准直取代铅准直探头铅准直探头, ,故灵敏度高（不受探测深度限制）、对比度好故灵敏度高（不受探测深度限制）、对比度好, ,如如PETPET的灵敏度较常规的灵敏度
14、较常规相机高相机高1010100100倍倍, ,分辨率（分辨率（FWHMFWHM）达）达4mm,4mm,可有效地检出可有效地检出1cm1cm大小的病灶大小的病灶. .(4)(4)均匀度好均匀度好, ,有利于数学重建图像有利于数学重建图像, ,可作组织的衰减校正和时可作组织的衰减校正和时间校正间校正, ,校正后数据准确可靠校正后数据准确可靠, ,便于作定量分析便于作定量分析, ,探测效率高探测效率高.(5).(5)真正的真正的3D3D探测技术探测技术, ,显示全身的横断、冠状和矢状断面各显示全身的横断、冠状和矢状断面各方位的断层影像方位的断层影像. .PET2.PET在临床中的应用(1)PET(
15、1)PET在神经系统疾病的应用在神经系统疾病的应用: : PETPET显像用于脑血管疾病（显像用于脑血管疾病（CVDCVD）、神经科疾病、老年性痴呆、）、神经科疾病、老年性痴呆、帕金森病（帕金森病（PDPD）、神经退行性疾病、神经精神药物研究与脑功能研）、神经退行性疾病、神经精神药物研究与脑功能研究等很有价值究等很有价值. .(2)PET(2)PET在心脏病学研究中的应用在心脏病学研究中的应用: : PETPET主要用于隐性、高危和疑难冠心病诊断主要用于隐性、高危和疑难冠心病诊断, ,心肌存活的检测、心肌存活的检测、介入治疗前后监测、心脏移植、心肌病等的诊断及治疗随访观察等介入治疗前后监测、心
16、脏移植、心肌病等的诊断及治疗随访观察等. .应用应用18F18FFDGFDGPETPET显像观察心肌代谢是冠心病诊断的金标准显像观察心肌代谢是冠心病诊断的金标准, ,是目是目前应用最多的项目前应用最多的项目. .冠心病冠心病 冠心病冠心病心肌缺血心肌缺血. .(3)(3)PETPET在肿瘤诊断与研究中的应用在肿瘤诊断与研究中的应用: : PETPET在肿瘤学的诊断与研究中主要用于良恶性鉴别在肿瘤学的诊断与研究中主要用于良恶性鉴别, ,肿瘤分期、肿瘤分期、分型、复发、转移的早期诊断和鉴别分型、复发、转移的早期诊断和鉴别, ,以及恶变过程的观察与基础研以及恶变过程的观察与基础研究等究等. . PE
17、TPET主要应用于神经系统（主要应用于神经系统（15153535）、心血管疾病（）、心血管疾病（15152525）、肿瘤学研究（）、肿瘤学研究（65658585）等）等. .PET2.PET在临床中的应用垂体瘤垂体瘤PETPET显像显像非小细胞肺癌非小细胞肺癌PETPET显像显像PET-CT PET-CT的出现是医学影像学的又一场革命,是将核医学功能显像的优势同CT解剖成像的完美结合,PET/CT的全称是正电子发射断层显像/X线计算机体层成像.它是一种无创性探测正电子放射性核素标记的示踪剂在机体内分布的断层显像技术,这种显像技术将极其微量的正电子核素示踪剂注射到人体内,然后采用特殊的体外成像仪
18、器（PET）探测这些正电子核素在人体全身各脏器的分布情况,与同步进行的CT一起显示人体的全身主要器官以及大脑、心脏的生理代谢功能和结构,并应用CT技术为这些核素分布情况进行精确定位,同时得人体解剖和生理代谢功能情况的信息.并通过对取得“信息”的分析,再由有丰富经验的医生来进行科学诊断.PET-CT当是今科技进步在医学领域在集中体现,是目前世界上最先进的医学影像设备.PET-CT(1)灵敏度高.PET是一种反映分子代谢的显像,当疾病早期处于分子水平变化阶段,病变区的形态结构尚未呈现异, MRI、CT检查还不能明确诊断时,PET检查即可发现病灶所在,并可获得三维影像,还能进行定量分析,达到早期诊断
19、.这是目前其它影像检查所无法比拟的. (2)特异性高.MRI、CT检查发现脏器有肿瘤时,是良性还是恶性很难做出判断,但PET检查可以根据性肿瘤高代谢特点而做出诊断. (3)全身显像.PET一次性全身显像检查便可获得全身各个区域的图像.(4)安全性好.PET检查尽管用核素有一定的放射性,但所用核素量很少,而且半衰期很短,经过物理衰减和生物代谢两方面作用,在受检者体内存留时间很短.一次PET全身检查的放射线照射剂量远远小于一个部位的常规CT检查,而安全可靠. 1.PET-CT具有那些突出的优势呢PET-CT(1)(1)PET-CTPET-CT在肿瘤方面的应用在肿瘤方面的应用: : 在肿瘤方面主要有
20、以下几个方面在肿瘤方面主要有以下几个方面:查找肿瘤的原发部位查找肿瘤的原发部位; ; 早期发现肿瘤早期发现肿瘤; ; 评价肿瘤的良、恶性及恶性程度评价肿瘤的良、恶性及恶性程度; ; 肿瘤的临床分期肿瘤的临床分期;肿瘤治疗后的疗效肿瘤治疗后的疗效评估评估, , 确定有无残留或复发确定有无残留或复发.PET-CT.PET-CT具有明显较单纯的具有明显较单纯的PETPET、CTCT具有明显的优势具有明显的优势, ,研究表明研究表明PET-CTPET-CT较单纯较单纯PETPET、CTCT可以多增加可以多增加4141的信息量的信息量. . (2)(2)PET-CTPET-CT在心脏方面的应用在心脏方面
21、的应用: : 在心脏方面的应用主要有在心脏方面的应用主要有: : 冠心病的冠心病的PETPET诊断诊断:PET:PET诊断冠心病的灵敏度和诊断冠心病的灵敏度和特异性可以达到特异性可以达到9494和和9595; ; 心肌存活的测定心肌存活的测定;PET;PET血流代谢显像是诊断存血流代谢显像是诊断存活心肌的活心肌的“金标准金标准”; PET; PET对早期冠状动脉硬化治疗效果的评估对早期冠状动脉硬化治疗效果的评估:PET:PET对早期对早期冠状动脉粥样硬化治疗评价冠状动脉粥样硬化治疗评价, ,治疗前和治疗后冠状动脉的血管扩张能力治疗前和治疗后冠状动脉的血管扩张能力, ,为药物为药物作用的评价提供
22、了可靠的依据作用的评价提供了可靠的依据. . (3)(3)PET-CTPET-CT在神经系统中的应用在神经系统中的应用: : PET PET在脑功能方面方面主要集中在三个领域在脑功能方面方面主要集中在三个领域: : 脑血容量和脑血流灌注脑血容量和脑血流灌注, ,它它反应脑血流和血脑屏障的破损情况和主要检测脑血流的通透性反应脑血流和血脑屏障的破损情况和主要检测脑血流的通透性; ; 脑代谢脑代谢, ,反映反映物质在大脑的利用物质在大脑的利用; ; 神经受体分析神经受体分析, ,能定量地显示受体的数量和受体的分布能定量地显示受体的数量和受体的分布. .其中以代谢显像应用最为广泛其中以代谢显像应用最为
23、广泛. . 2.目前PET-CT在临床上主要有哪些作用呢PET-CT(4(4）PET-CTPET-CT在健康体检中的应用在健康体检中的应用: : 生活质量源于生命质量生活质量源于生命质量, ,这已成为人们的共识这已成为人们的共识. .随着人们生活方式、工作压力的改随着人们生活方式、工作压力的改变变, ,出现了退行性疾病低龄化出现了退行性疾病低龄化, ,肿瘤发病率持续上升的情况肿瘤发病率持续上升的情况, ,而定期的而定期的PET-CTPET-CT体检体检, ,不仅可不仅可以早期发现处于萌芽状态的肿瘤病灶以早期发现处于萌芽状态的肿瘤病灶, ,从而达到早发现、早治疗、早康复的目的从而达到早发现、早治
24、疗、早康复的目的; ;同时同时, ,还还可以对一些良性疾病或退行性疾病进行监测可以对一些良性疾病或退行性疾病进行监测, ,以使受检者能及时引起重视并加以保养、治以使受检者能及时引起重视并加以保养、治疗疗, ,以提高生活、生命质量以提高生活、生命质量. .资料显示资料显示:PET-CT:PET-CT在对体检人群的肿瘤筛选中在对体检人群的肿瘤筛选中, ,早期发现肺癌、早期发现肺癌、结肠癌、甲状腺癌、肝癌、胃癌等恶性肿瘤结肠癌、甲状腺癌、肝癌、胃癌等恶性肿瘤, ,而这些体检者在日常生活中并无不适感觉而这些体检者在日常生活中并无不适感觉, ,临床经验证明临床经验证明PET-CTPET-CT作为肿瘤筛查
25、是有价值的作为肿瘤筛查是有价值的; ;同时在这些体检人群中同时在这些体检人群中PET-CTPET-CT发现的良性发现的良性病变亦增多病变亦增多, ,说明处于说明处于“亚健康亚健康”状态的人群状态的人群, ,定期的定期的PET/CTPET/CT检查随访是必要的检查随访是必要的. .图中左为图中左为PETPET扫描扫描中为中为CTCT扫描扫描右为右为PET-CTPET-CT扫描扫描 目前目前, ,核医学已迈进核医学已迈进PETPET时代时代, ,美国等国家都争先美国等国家都争先购置购置PETPET装置装置, ,不少国家还建立了作为医学现代化标志不少国家还建立了作为医学现代化标志的的PETPET中心
26、中心. .随着随着PET-CTPET-CT商业上的巨大成功和应用范围商业上的巨大成功和应用范围的迅速扩大的迅速扩大, ,很可能会促进很可能会促进PETPET与与MRIMRI融合设备的尽快推融合设备的尽快推出和迅速发展出和迅速发展, ,这一技术预计对脑部疾病的诊断和研究这一技术预计对脑部疾病的诊断和研究会有很大的帮助会有很大的帮助. .此外此外, ,还将促进用于小动物研究的还将促进用于小动物研究的PET-CTPET-CT和和PET-MRIPET-MRI技术的发展技术的发展. .临床正在使用的临床正在使用的SPECT-SPECT-CTCT技术也可能因技术也可能因PET-CTPET-CT的发展而受益
27、的发展而受益. .总之总之, ,随着核医学技术在临床诊断和生命科学研究随着核医学技术在临床诊断和生命科学研究中的广泛应用中的广泛应用, ,以及基因组学、蛋白质组学和疾病基因以及基因组学、蛋白质组学和疾病基因组学的迅速发展组学的迅速发展, ,疾病的诊断正在从传统的疾病表征观疾病的诊断正在从传统的疾病表征观察、常规的生化实验室检测察、常规的生化实验室检测, ,过渡到多种基因和分子水过渡到多种基因和分子水平的客观检测方法平的客观检测方法, ,其中从人体全身显像分析基因、蛋其中从人体全身显像分析基因、蛋白质表达水平来认识疾病的病因白质表达水平来认识疾病的病因, ,无疑是清醒、整体、无疑是清醒、整体、无创、连续而且是微观分析无法取代的特异检测方法无创、连续而且是微观分析无法取代的特异检测方法. .它将有助于提供全新的预防、诊断和治疗手段它将有助于提供全新的预防、诊断和治疗手段. .总结谢谢观赏
