γ相机和SPECT

γ相机是核医学影像设备中最基本、最实用，而且最重要的一种，我们有必要进一步对它做详细的介绍。SPECT以平面成像γ相机为基础加上探头的机械转动，从而增加了断层功能，因此它仍然归在γ相机的范畴。我国目前约有γ相机90台左右，这个数字目前略呈减少的趋势。我国目前SPECT接近300台，近几年平均以10％年增长率递增。随着临床的需要，双探头SPECT和具有511keV高能正电子断层功能的SPECT已在我国投入使用。
　　4.1 γ相机探头的改进
　　γ相机主要由三部分组成：探头部分、信号处理电路和数字图像处理系统（计算机），随着计算机技术的发展，后两部分有合而为一的趋势。探头是γ相机最主要部分，它决定了整个系统的性能指标。探头主要由光电倍增管、碘化钠晶体和准直器构成。在探头部分配置了维持探头正常工作的电子线路，如：维持光电倍增管工作的高压电源、电子信号的前置放大电路、确定接受射线的位置坐标的X、Y定位电路等。准直器虽然只是铅质，多孔的探头前端的覆盖物，但它决定了γ相机的系统均匀性、分辨率、灵敏度等重要性能指标，是探头的很重要的组成部分。因为碘化钠晶体价格昂贵，又脆弱易碎，经不起机械撞击和挤压，经不起±2℃的温度变化，铅制的准直器又成为它的最好的保护层。早期的探头受工艺限制大多数为圆形，视野也小（有效直径约350mm）。为了适应早期（60～70年代）使用的放射性药物的能量（如364keV的碘－131、410keV的金－198等），所用的晶体较厚（＞1.27cm）。厚晶体增加了中、高能量的灵敏度，却降低了固有分辨率，因此，早期γ相机的性能不甚理想。随着锝－99m（99mTc）放射性核素的广泛应用，金-198、碘-131等中高能放射性核素已基本不在γ相机上使用，使γ相机的晶体有可能减薄，现在大多采用厚度为0.95cm的晶体。随之探头视野增大，更多的γ相机采用有效视野（U-FOV）为500×400mm的矩形探头，光电倍增管由开始的十余只增加到数十只，甚至近百只，准直器由针孔型、平行孔型、扩散孔型又增加了扇型准直器。这些改进或进展使γ相机的系统性能指标得到较大提高。受放射线内照射的安全性和射线存在统计涨落特性的限制，核医学影像设备无法获得足够的信息量，这些因素形成了对γ相机性能提高的制约。为弥补这一先天不足，γ相机增加了能量校正、线性校正和均匀性校正。70年代的γ相机通过硬件完成这些校正，而现在则全部由计算机软件完成这些工作。全数字化的γ相机探头只要经过一次模型校正之后，不用每天重复进行这些人工校正操作，校正可由软件和数字化线路自动完成。一台性能优良的数字化γ相机（SPECT）的主要平面性能指标可达：固有能量分辨约9.5％；固有积分均匀性：有效视野内约±3.5％，中心视野内约±2.5％；固有微分均匀性约±2％；固有分辨率约FWHM＝3.5mm；绝对固有线性约0.5mm；最大计数率＞300K计数／s。SPECT各项断层的性能指标约比平面指标降低10％。
　　提高γ相机性能的关键是增加它采集的信息量，特别是断层采集。为此，设计了双探头、三探头和类似CT的环状多探头SPECT。它们增加了单位时间的信息量，提高了系统的分辨率，但也增加了设备的成本。环状多探头SPECT因其性能价格比偏高而较少采用。双探头SPECT因其在系统分辨率提高的同时，还能增加511keV正电子成像功能，因而备受国内用户青睐。我国双探头SPECT由1996年的20台增加到现在的50余台。
　　4.2 数字图像处理系统的进展
　　数字图像处理由计算机和配套软件包完成，它首先完成原始数据采集，然后根据临床需要进行图像处理，最后进行存档。原始数据采集分为：静态、动态、全身、断层和正电子采集五大类。静态采集是在一段较长的时间间隔内采集一帧静止的图像，主要是获取定性形态图像，这是γ相机最基本的采集方式。动态采集是把整段采集时间根据示踪剂（放射性药物）变化情况分成若干时间间隔，在各个时间间隔内采集一帧图像，从而获得一组与时间有关的动态图像。这组图像不仅表现被测脏器在某一瞬间的形态，而且通过计算机的处理可以得到感兴趣区域的“时间－放射性计数”曲线，从曲线可计算出各种临床需要的定量指标。肾功能、脑血流、胃排空、肺稀释等测定都是通过动态采集进行的。动态采集时还可加上生物信号的控制，实现门控采集。心电门控（ECGGated）采集是最常用的生物信号控制采集。动态采集主要获取脏器功能信息或指标，这是核医学影像优于其他医学影像的特点。全身采集是通过探头（或床）的移动扩大图像采集范围，最常用的是全身骨扫描。全身骨扫描是检查癌症患者是否发生骨转移的有效方法，通常它比其他检查方法提前2～3个月发现骨转移病灶，为进一步治疗争取了宝贵的时间。目前全身骨扫描占全部核医学影像检查的40～60％之多，由此可见它的重要性。断层采集是通过探头绕人体旋转进行的，单探头的SPECT要求旋转至秒180°。采集时把整个旋转范围分成相同的角度间隔，各间隔采集一帧等时间的图像，最终获得一组不同方位的原始图像供计算机进行三维断层重建。断层采集可以加上生物信号控制后获得门控断层影像，也可以采用滑环式探头高速旋转获得动态断层影像。断层影像与平面影像相比提高了深部靶器官与周围本底的对比度，有利于病变的早期发现和准确的容积定量。为了使断层定量更精确，同时减少因衰减效应带来的重建伪影，新型的SPECT在探头对侧增加了透射源，由计算机完成穿透衰减校正（TransmissionAttenuationCorrection），使断层衰减校正更符合实际情况。
　　经过数据处理的原始采集数据可以用多种方式显示：黑白或彩色图像显示、曲线或直方图显示、各种定量数据的显示、三维层面显示、电影显示和三维立体显示。功能强大的计算机工作站除了完成各种信息的储存和文件管理外，还可进行影像的网络通讯，接收CT、MRI等其他医学影像。接收CT和MRI影像后，经过对位融合技术，把表现功能特性的核医学影像与高分辨、解剖定位明确的CT或MRI影像叠加（融合），从而弥补核医学影像信息量不够，分辨率差和解剖定位困难等缺陷。