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核医学成像原理


1.什么是核医学
       核医学,又称原子(核)医学,是研究同位素及核辐射的医学应用及理论基础的科学,是核技术和医学相结合的一门新兴学科,也是人类和平利用原子能的一个重要方面。
核医学的任务是用核技术诊断、治疗和研究疾病。核医学诊断技术包括脏器显像、功能测定和体外放射免疫分析。在进行脏器显像和/或功能测定时,医生根据检查目的,给病人口服或静脉注射某种放射性示踪剂,使之进入人体后参与体内特定器官组织的循环和代谢,并不断地放出射线。这样我们就可在体外用各种专用探测仪器追踪探查,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功能。核医学显像方法简单、灵敏、特异、无创伤性、安全(病人所受辐射剂量低)、易于重复、结果准确、可靠,并能反映脏器的功能和代谢,因此在临床和基础研究中的应用日益广泛。
2. 核医学仪器 核医学显像所用的仪器主要是γ相机和ECT(SPECT和PET)。
2.1 γ相机 γ
       相机是现代核医学的重要诊断设备,γ相机可同时记录脏器内各个部份的射线,以快速形成一帧器官的静态平面图像,同时因其成像速度快,亦可用于获取反映脏器内放射性分布变化的连续照片,经过数据处理后,可观察脏器的动态功能及其变化,因此γ相机既是显像仪又是功能仪。 
2.2 SPECT
       我们通常所说的ECT指的是单光子发射型计算机断层显像仪,即SPECT。它实际上就是一个探头可以围绕病人某一脏器进行360°旋转的γ相机,在旋转时每隔一定角度(3°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,从而极大地提高了诊断的灵敏度和正确性。SPECT同时也具有一般γ相机的功能,可以进行脏器的平面和动态(功能)显像。
2.3 PET
       PET,即正电子发射计算机断层显像(Positron Emission Computed Tomography),是目前国际上最尖端的医学影像诊断设备,也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。PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素,如18F、13N、150、11C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、全身其它器官及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。作为一种无创伤检查手段,PET可以从体外对人体内的代谢物或药物的变化进行定量、动态检测,成为诊断和指导治疗各类肿瘤疾病、冠心病和脑部疾病的最佳方法。PET的发展及其成功的临床应用是当代高科技医疗诊断技术的主要标志之一,其影像为疾病的早期“定位、定性、定量、定期”诊断奠定了可靠的基础。 

功能影像

       SPECT与PET均属于功能影像,虽然两者与CT一样都是利用射线成像的技术,但与CT不同的是,功能性显像是把放射源(放射性核素示踪剂)引入体内,用探头在体外探查核素在靶器官内的动态和/或静态分布状况。这些示踪剂具有一定的生理生化特征,借以可了解人体器官的功能和生理生化方面的变化。绝大多数疾病在病程的早期仅有功能(包括血流、代谢和受体)上的改变,有的疾病经治疗后结构上的变化恢复正常,但功能上的损伤仍然存在,此时CT和MRI常阴性,而功能性显像可以为疾病的诊断,特别是早期诊断提供重要的信息。
图 功能影像可以发现没有结构异常的病灶  

 

临床适应症

1、相机/SPECT的临床应用包括
       1.1 骨骼显像。骨骼显像是早期诊断恶性肿瘤骨转移的首选方法。可进行疾病分期、骨痛评价、预后判断、疗效观察和探测病理骨折的危险部位。
       1.2 心脏灌注断层显像。心肌缺血的诊断,可评价冠状动脉病变范围,对冠心病危险性进行分级。评价冠脉狭窄引起的心肌血流灌注量改变及侧枝循环的功能。评价心肌细胞活力;对心肌梗塞的预后评价和疗效观察;观察心脏搭桥术及介入性治疗后心肌缺血改善情况。心肌梗死的诊断,心梗伴缺血的诊断,判断心肌细胞存活情况。心肌病、室壁瘤的鉴别诊断。
       1.3 甲状腺显像。异位甲状腺的诊断和定位,具有独特价值。甲状腺结节功能的判断和良恶性鉴别,具有较高诊断价值。高分化甲状腺癌转移灶的定位和诊断。甲状腺大小和重量的估计。甲状旁腺显像。对甲状旁腺腺瘤的诊断和定位。
       1.4 唾液腺显像。了解唾液腺摄取、分泌、排泄功能及有无占位性病变的常用方法。
       1.5 局部脑血流断层显像。缺血性脑血管意外的诊断。具有较高诊断价值。癫痫致痫灶的定位诊断。癫痫发作间期的阳性率高达60%(而CT和MRI的阳性率约25%)。判断脑肿瘤的血运,鉴别术后或放疗后复发和瘢痕。
       1.6 肾动态显像及肾图检查。了解肾动脉病变及双肾血供情况;对肾功能及分肾功能的判断;了解上尿路通畅情况及对尿路梗阻的诊断;监测移植肾血流灌注和功能情况;以及了解糖尿病对肾功能的影响。其它显像的主要临床应用。肾上腺髓质显像。对嗜铬细胞瘤及其转移灶的诊断及定位,及恶性嗜铬细胞瘤131I-MIBG治疗后随访。
       1.7 肺灌注显像与肺通气显像。对肺动脉血栓栓塞症的诊断与疗效判断。
       1.8 肝脏胶体显像、肝血流与肝血池显像。对肝海绵状血管瘤的诊断。肝胆动态显像。用于鉴别梗阻性黄疸和肝细胞性黄疸;鉴别先天性胆道闭锁和婴肝综合征及疗效观察。
       1.9 肠道出血显像。最适用于探测胃以下、乙状结肠以上的活动性下消化道出血。异位胃粘膜显像。对美克尔憩室的诊断及定位,对肠梗阻或肠套叠(怀疑与美克尔憩室或小肠重复畸形有关)的鉴别诊断。
       1.10 阿尔茨海默症早期诊断。SPECT能对痴呆程度和认知状况接近的两类痴呆进行鉴别。
2、PET的临床应用包括:
        2.1 在心血管疾病方面的应用。PET灌注显像诊断冠心病的灵敏度为97%,特异性100%,尤其对隐性冠心病的诊断有重要价值。若拟进行血管重建或再通必须在术前了解患者严重缺血心肌的存活性,仍旧存活者经这类治疗可以使这些缺血的心肌恢复功能,反之,这类治疗不仅不会奏效,还会绘患者带来较高的合并症风险。而 PET灌注显像是目前诊断是否存在“存活心肌”的“金标准”。
        2.2 在肿瘤疾病方面的应用。早期诊断,早期发现,早期治疗是肿瘤防治的三太原则。 PET作为一种功能、代谢显像,能在形态学改变之前发现病变,并对其准确定性,不但可以检查出原发灶,而且还可以检查出转移灶,并对肿瘤准确分期。另外对于肿瘤术后,放、化疗后是否复发, PET显像也能作出准确鉴别。
        2.3 PET在精神神经疾病方面的应用。PET显像可以在活体上对人脑功能进行探索,揭示大脑的奥秘。 PET可以检查到那些以往无法鉴别的脑内异常改变。对脑内疾病本质的认识提供客观指标。如 PET对癫痫灶的准确定位,对各类型痴呆的鉴别和对精神抑郁症的诊断方面有着其它方法不可代替的优势。
3、乳腺PET在肿瘤方面的应用
        3.1 普通人群和乳腺癌高危人群早期检测,仅凭乳腺PET检查即可达到极佳的定阴效果;
        3.2 常规检测手段未发现病灶或已发现病灶但良恶性难以鉴别的情况,乳腺PET可以发现极早期微小病灶并明确定性;
        3.3 保乳手术后创口修复的瘢痕组织属正常或稍低代谢水平,而复发恶性肿瘤具有高代谢性,因此乳腺PET可用于肿瘤复发检测;
        3.4 放化疗过程中,用乳腺PET对治疗方案执行前后的图像进行对比,通过测量病灶位置SUV值的变化可以判断肿瘤细胞的活性,用于评价治疗方案的有效性。图示 患者高某,女,51岁,左乳肿块入院,钼靶组织掩盖小病灶(A), 乳腺PET诊断恶性病灶(B),PET小病灶缺失(C和D),最终病理诊断为:浸润性导管癌。 图示 患者唐某,女,48岁,左乳肿块入院,右乳超声发现微小病灶,印象良性;PET-CT显示左乳高浓聚,恶性特征明显,而右乳低浓聚,不能定性;乳腺PET左乳明显高浓,乳腺
PET右乳散在高浓聚,最终患者病理诊断为:双乳浸润性导管癌。

   图示 患者庄某,女,57岁,右乳肿块入院,钼靶显示左乳增生致密,右乳考虑腺病,放射状瘢痕;超声左乳未见异常,右乳如图所示,不排除恶性;乳腺PET显示左右乳均存在高浓聚,提示双乳癌;MRI提示右乳怀疑乳腺癌,左乳肿块难定性;后右乳行二次超声,并进行粗针穿刺活检,病理证实恶性。病理诊断为:双乳浸润性导管癌,证实了乳腺PET诊断的准确性。