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核技术与 核医学

中国人民解放军总医院. 核技术与 核医学. 陈英茂 解放军总医院核医学科 2006 年 10 月 21 日. 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. Disease is not a THING , but a PROCESS. 现代医学认为：疾病的发生起源于 基因改变→表达物改变→代谢改变→形态改变. 症状体征 . 结构改变 .

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核技术与 核医学

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  1. 中国人民解放军总医院 核技术与 核医学 陈英茂 解放军总医院核医学科 2006年10月21日

  2. 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

  3. Disease is not a THING, but a PROCESS 现代医学认为：疾病的发生起源于 基因改变→表达物改变→代谢改变→形态改变 症状体征  结构改变 功能失调 代谢异常☻ 表达失控☻ 基因突变☻

  4. 现代医学影像技术 名称 成像参数 性质 X线CT 衰减系数、CT值 解剖结构 B超 超声波反射 解剖结构 MRI 质子密度、T1、T2、 解剖、功能 化学位移 SPECT 放射性浓度 代谢功能 PET 放射性浓度 代谢功能 PET/CT 放射性浓度 代谢功能 衰减系数、CT值 和解剖 SPECT、PET——ECT(emission computed tomography)

  5. 核医学内容

  6. 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合成金标准，不稳定； 18F-FLT 氟标胸腺嘧啶。稳定，但由于3‘端的置换，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

  7. 核医学诊断 • 核医学的右手

  8. 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。 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。

  9. 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

  10. 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 • 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

  11. γ相机

  12. γ相机构成

  13. 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。

  14. 准直器、闪烁晶体、光电倍增管的作用

  15. 脉冲幅度分析器pulse height analyzer(PHA) • 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 例如，99mTc, 能窗135 —145keV • 单道脉冲分析器---单能窗 • 多道脉冲分析器---多能窗

  16. 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？ 缺点？死时间

  17. 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 • 一直是核医学中的一个重点研究方向。

  18. 图像重建---迭代算法

  19. 图像重建---滤波反投影法 理论依据— 二维傅立叶分片定理： 任意函数f(x,y)沿任意方向平行投影，得到与该方向垂直的一维投影函数。此投影函数的傅立叶变换，就等于f(x,y)的二维傅立叶空间平面上过原点的一条线，并且这条线与一维投影函数同方向

  20. SPECT

  21. 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

  22. 肾动态

  23. 门控心血池

  24. 骨扫描

  25. 前哨淋巴结

  26. 肿瘤阳性显像

  27. 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↑

  28. PET设备

  29. 电 子 对 湮 灭

  30. PET PET探测原理

  31. PET PET探测器晶体环

  32. PET 符合探测原理

  33. PET 探测器信号定位

  34. SPECT与PET的区别 • 放射性核素 • SPECT 99mTc、131I . PET 15O、11C、13N、 18F 人体基本元素 • 探测信号 • SPECT: 单光子 PET: 双光子 • 空间定位 • SPECT: 准直器 PET: 符合探测电路 • 空间分辨率 • SPECT: 8~12 mm PET: 3~5 mm • 灵敏度: PET >SPECT • 扫描时间: PET<SPECT

  35. PET/CT PET/CT的发明是医学影像学的又一次革命

  36. 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

  37. 兼容型 PET/CT

  38. PET/CT的特点 • 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

  39. 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

  40. PET-CT融合示意图 CT图像 何处有病灶？

  41. PET-CT融合示意图 PET图像 病灶在何处？

  42. PET-CT融合示意图 PET-CT图像融合 病灶原来在这里

  43. PET图像有放射性浓聚，头颈部CT、MR及鼻咽镜检未见异常。PET-CT定位于右上腭。PET图像有放射性浓聚，头颈部CT、MR及鼻咽镜检未见异常。PET-CT定位于右上腭。 隐匿性上腭癌

  44. 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

  45. 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

  46. 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

  47. PET、PET/CT—认知定位

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