【核医学】SPECT和γ相机

1、目前临床使用的SPECT均是以γ相机为基础的旋转型设备，其核心部件为γ相机，可用于获得人体内放射性核素的三维立体分布图像。

2、脏器动态显像应选用：γ相机

3、SPECT与γ相机系统均由硬件系统及软件系统组成。

   ①硬件系统由探头、电子线路部分机架、扫描床及计算机组成。

   ②软件系统由采集软件、校正软件、图像处理软件及显示软件等组成。

4、γ相机的探头尺寸通常较小，多为圆形(直径30cm左右)；而SPECT探头尺寸通常较大，多为矩形(边长40cmx50cm左右)。

5、探头的功能为探测从人体发出的射线。

6、探头由准直器、晶体、光电倍增管(PMT)组成。

7、临床使用的γ相机通常只有一个探头，而SPECT通常配有两个或三个探头。

8、准直器置于探测晶体表面。

9、准直器的功能是限制进入晶体的γ射线的范围和方向，只允许一定入射方向及范围内的射线通过，从而使人体内放射性核素的分布投影到探测晶体上。

10、准直器吸收了来自患者体内的大多数光子,只允许一小部分γ光子通过，这是造成γ相机及SPECT灵敏度低的主要原因。
11、准直器由单孔或多孔的铅合金制成。

12、准直器可以从探头上卸下更换。

13、γ照相机中准直器的主要作用：按照一定规律把放射性核素的分布投影到γ照相机探头的晶体上。

14、准直器的几何参数有孔数、孔径、孔长及孔间壁厚度。

15、在同样能量下，准直器的空间分辨率与灵敏度不能同时提高，空间分辨率的提高导致灵敏度的降低，灵敏度的提高导致空间分辨率的降低。

16、准直器的空间分辨率：描述区别两个邻近点源的能力，通常以点源或线源扩展函数的半高宽(full width at half maximum,FWHM)表示准直器的空间分辨率，半高宽度越小，表示空间分辨率越好。 

17、准直孔越小,准直器越厚,探头距患者距离越近分辨率越高。

18、准直器的灵敏度：反映能通过准直器的光子占入射到准直器的γ光子的比率。

19、准直孔越大,准直器孔间壁越薄,灵敏度越高;准直孔越小,孔间壁越厚,灵敏度越低。

20、高能准直器孔更长,孔间壁也更厚。

21、准直器分类：

   （1）平行孔型准直器：准直器的孔互相平行,并与探测晶体表面垂直,孔均为柱形。平行孔准直器越厚，孔径越小,分辨率越好，而灵敏度越差。

    准直器与显像脏器之间的距离对灵敏度视野和影像大小影响不大，但随着距离的增加，空间分辨率下降，

    平行孔准直器是临床中应用最广泛的准直器，适用于各脏器显像。

（2）针孔型准直器：针孔型准直器的孔只有一个，为圆锥筒型。

    针孔成像的图像倒置、灵敏度低。图像大小与源到准直器的距离有关。临床使用时，尽量使探测表面与人体表面接近，由此得到放大图像。源的立体分布导致不同深度的源有不同的放大或缩小。叠加在一起，产生图像失真。

    针孔型准直器只适合于小器官平面显像，例如,甲状腺显像。

22、晶体的功能：能量转换和光子数量放大。

23、目前临床γ相机和SPECT常用晶体为NaI(TI)晶体。
24、Nal(T)晶体的特点：
 （1）优点:

    ①密度大，对射线的阻止本领高,即吸收率高;

    ②荧光转换效率高;

    ③荧光衰减时间短，得到高的时间分辨率;

    ④制备较为方便;

    ⑤价格低廉。
  （2）缺点:

    ①易于潮解，使其透明度降低，性能变坏；

    ②薄晶体加工困难;

    ③环境温度变化超过4℃时晶体会因热胀冷缩而破裂，因此机房温度变化须小于+2℃；

    ④抗冲击性能差，易碎，使用时应特别小心,除了质量控制测试和准直器更换时，探头不能离开准直器保护。

26、增加晶体厚度可增加γ射线被吸收的几率，提高探测灵敏度;但同时也增加了散射的几率,降低了空间分辨率。

27、用于相机和 SPECT探头的晶体一般在6.4mm(1/4英寸)~25.4mm(1英寸)。
28、对低能射线,薄晶体可提高相机的固有分辨率。

29、实际情况是射线进入晶体后经多次相互作用才被光电倍增管探测，导致定位不准确，空间分辨率降低。

30、晶体厚度增加能够衰减更高能量的γ光子。

31、对Tc-99m(140keVγ射线)等低能射线,大部分相互作用发生在晶体前端2~5mm内，对此能量范围的射线,应该使用薄晶体。

32、如果将晶体从12.5mm降到6.5mm，空间分辨率可提高70%，而相应的灵敏度仅损失15%。

33、SPECT探头通常使用厚度为9.5mm(3/8英寸)的Nal(T)晶体。

34、为了兼顾高能511keV和140keV的γ射线探测,常使用15.9mm(5/8英寸)~25.4mm(1英寸)的厚晶体。

35、1英寸晶体后半部分带有切缝,每条切缝形成了空气与晶体密度变化的界面。切缝形成的界面可以有效地防止射线转换的荧光在后半部分(切割部分)发生漫射，提高了系统(主要是低能成像)的分辨率。

36、晶体发射的荧光需进入光电倍增管才能被探测。

37、为避免荧光从与光电倍增管接触的晶体表面反射回晶体,在晶体与光电倍增管之间加光导和光耦合剂。
38、光电倍增管：

    ①作用：把晶体产生的微弱荧光信号转换成电信号并将之放大。
    ②组成：主要由光阴极、电子聚焦系统、多级倍增极和阳极组成。
    ③光电倍增管的输出分为两路，分别输送到位置电路和能量电路进行定位和能量甄别。

39、 SPECT与γ相机探头中光电倍增管的数量依据探头尺寸大小不等，从十几个到几十个甚至上百个。

40、SPECT与γ相机的电子线路部分主要由放大电路、模数转换电路、位置电路、能量电路等组成。

41、核心电路为位置电路和能量电路，其功能为确定探测到的光子的入射位置甄别其能量，决定是否记录此事件。

42、由位置电路和能量电路根据不同位置的光电倍增管接收到的闪烁光的强度来确定γ光子的位置。

43、对99mTc发出的140keV，能窗为±10%，只记录能量为126~154keV的光子。

44、γ相机的机架的功能仅为固定支撑探头，并使之能在一定范围内移动及旋转方向。SPECT机架除了上述功能外，还提供使探头绕扫描床旋转的功能。

45、γ相机通常没有专用的扫描床。SPECT配有专用的扫描床,扫描时,扫描床可移动获得全身图像。

46、计算机的功能：控制SPECT或γ相机的数据采集、处理、存储及显示分析图像。

47、光电倍增管将闪烁光转变成电脉冲信号。

48、在SPECT断层成像采集时探头围绕患者旋转。在旋转的过程中,头表面总是与旋转轴平行，旋转轴与患者检查床平行。

49、由投影数据经过计算处理得到断层图像，该过程称为重建。

50、重建图像有多种方法， SPECT常用的有两种:滤波反投影法(FBP)和迭代法(IR)。
51、滤波反投影法：

    ①优点：计算过程简单、重建速度快；

    ②缺点：放大统计噪声、产生星状伪影及图像上产生负计数。
    ③理论依据是傅立叶切片定理。
52、迭代法：

    ①优点：高分辨、低噪声。

    ②目前为核医学图像重建的首选方法。

53、SPECT的衰减校正方法总体有两类:软件校正及透射扫描校正。
54、软件校正:用某种算法,在图像重建前或后或重建中对衰减进行校正。

    ①在图像重建前进行校正称为预校正法;

    ②在图像重建后进行校正称为后校正法;

    ③在图像重建中进行校正称为本征法。

    ④对非均匀衰减的校正效果不理想。

    ⑤早期的 SPECT均采用这类方法。
55、透射扫描校正法:

    ①用放射源或CT投射扫描获得成像组织衰减的分布,即衰减图。利用衰减图在图像重建过程中进行衰减校正。

    ②这种校正是针对具体的衰减分布进行的，所以对于非均匀衰减的情况能校正出较为理想的重建图像。

56、γ射线在患者体内及晶体内行进的过程中，部分光子会与体内组织及晶体相互作用发生康普顿散射。

57、散射使光子能量损失,且运动方向发生偏移,使位置信息产生偏差。

58、核医学的成像设备(γ相机、SPECT、PET)均采用在全能峰处设置能窗进行能量甄别筛选去掉低能的散射光子。

59、减小能窗可以限制散射光子，但也会降低灵敏度，并且能窗宽度受闪烁探测器的能量分辨率的限制。

60、由于探测器的能量分辨率有限，那些经过小角度散射，能量损失不大的γ光子仍能通过能量甄别器被记录下来，造成混淆和假计数使图像变模糊，分辨率下降。

61、散射还会使本底计数提高,造成不均匀的本底噪声，降低了图像的对比度，可使小病灶淹没在本底中。

62、散射校正有多种方法，基本原理为:首先估计散射光子对成像的贡献,然后将其从投影数据或重建图像中减掉散射成分。

63、对SPECT，准直器限制了视野外部的散射及部分视野内的散射。

64、SPECT是由γ相机探头旋转来工作的,因此SPECT系统的性能，包含了γ相机的性能、断层的性能及全身扫描性能。

65、γ相机性能分固有性能和系统性能。

   ①固有性能：卸下准直器时γ相机探头的性能；

   ②系统性能：安装准直器后γ相机探头的性能，系统性能与准直器性能有关。

66、空间分辨率：反映能分辨两点间最小距离

   ①通常用线源扩展函数(LSP)、半高宽(FWHM)及十分之一高宽(FWTM)来表示。

   ②FWHM及FWTM越小，分辨率越高。

   ③通常固有FWHM在5mm左右。

   ④系统空间分辨率由固有分辨率及准直器的分辨率决定,分有散射和无散射两种情况。

67、固有空间线性：描述图像的位置畸变程度。

   ①空间线性分绝对线性和微分线性。

   ②绝对线性：由X及Y方向的线扩展函数峰值偏离距离表示。

   ③微分线性：由X及Y方向的线扩展函数峰值偏离距离的标准差表示。

   ④绝对线性和微分线性值越小，其线性越好。

68、固有能量分辨率：描述探头对γ射线能量的辨别能力。

   ①用光电峰的半高宽与峰值处能量的百分比表示。

   ②通常固有能量分辨率在10%左右。

69、固有泛源均匀性：描述γ相机探头对一均匀泛源的响应。均匀性分积分均匀性和微分均匀性。

70、多窗空间配准度：描述不同能窗成像时，γ相机对不同能量光子的定位能力。
71、计数率特性：描述计数率随活度的变化特征。

   ①当视野中的活度较低时相机计数率随活度的增加而增加;当活度增加到一定值时，计数率开始随活度的增加而减少。

   ②计数率特征分固有(无准直器,源在空气中)计数率特征和有散射系统(有准直器源在水中)计数率特征两种情况。
72、系统平面灵敏度：指某一探头对平行于该探头放置的特定平面源的灵敏度，用单位活度在单位时间内的计数表示。

   ①灵敏度：描述探头对源的响应能力。

   ②系统平面灵敏度与准直器的类型、窗宽、源的种类及形状有关。
73、探头屏蔽性能：描述探头对视野之外的源的屏蔽能力。
   ①对患者本身FOV之外放射性的屏蔽。屏蔽泄漏=最大屏蔽计数率/FOV中心计数率*100%
   ②对周围环境放射性的屏蔽。屏蔽泄漏=最大屏蔽计数率/FOV中心计数率*100%

74、SPECT的断层均匀性：指对均匀体源所成的断层图像中放射性分布的均匀性。

   ①断层图像的均匀性比γ相机平面图像的均匀性差，因为探头旋转可造成均匀性降低。

   ②重建过程对非均匀性有放大作用。

   ③保证断层图像均匀性首先要使γ相机的均匀性处于最佳状态。

   ④断层均匀性与重建算法及总计数有关，可用肉眼评估重建均匀性,也可用断层图像上的像素计数值的相对误差来表示。

75、断层空间分辨率：指SPECT断层成像的空间分辨率。

   ①包含三个方向的分辨率:X方向、Y方向、Z方向或径向、切向、轴向。

   ②用点源或线源的扩展函数在不同断层中的半高宽(FWHM)来表示。FWHM越小，分辨率越高。

   ③断空间分辨率分有散射和无散射两种情况。

   ④断层厚度对轴向分辨率影响很大。

   ⑤SPECT断层空间分辨率一般在10~20mm范围内。

   ⑥准直器的类型、衰减校正、散射、晶体厚度、重建算法等都会影响空间分辨率。

76、旋转中心漂移：反映SPECT系统的机械转动中心与计算机图像存储中心的重合程度。

   ①SPECT的旋转中心(COR)是个虚设的机械点，它位于旋转轴上，是系统机械坐标、探头电子坐标和计算机图像重建坐标共同的重合点。

   ②任何不重合都表现为旋转轴倾斜和旋转中心漂移，旋转轴倾斜及旋转中心漂移会在SPECT图像上产生伪影。

77、系统容积灵敏度：反映SPECT断层成像的计数效率。源模型的大小、形状、衰减、散射、晶体厚度、核素能量、准直器的类型等都会影响灵敏度。

78、全身扫描性能指标：

   ①全身扫描：通过探头或检查床移动进行全身扫描获得全身扫描图像。

   ②全身扫描的性能一般只考虑全身扫描空间分辨率。

   ③全身扫描图像的空间分辨率分平行于运动方向及垂直于运动方向的分辨率，分别用平行于及垂直于探头或检查床运动方向的线源扩展函数的半高宽(FWHM)及十分之一高宽(FWTM)表示。

   ④全身扫描空间分辨率不仅与γ相机探头性能有关，而且与系统的机械性能、精度及扫描速度等因素有关。