SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
一 SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
一 SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
从理论上说，上述投影束围绕人体旋转360º，才能获 从理论上说，上述投影束围绕人体旋转360º 得完整的投影数据。但是对于平行束投影来说， 得完整的投影数据。但是对于平行束投影来说，观测差 180º 180º的(相反方向的)投影线互相重合，同一条投影线上放 相反方向的)投影线互相重合， 射性之和与求和的方向无关，也就是说， 射性之和与求和的方向无关，也就是说，它们的投影值相 所以平行束投影只要围绕人体旋转180º就足够了。 等，所以平行束投影只要围绕人体旋转180º就足够了。但 是实际上，放射性药物辐射的γ射线在穿过人体时会被衰减， 是实际上，放射性药物辐射的γ射线在穿过人体时会被衰减， 沿着同一条投影线向相反方向传播的γ射线， 沿着同一条投影线向相反方向传播的γ射线，会经过不同长 度的衰减路径，遇到不同的组织， 度的衰减路径，遇到不同的组织，在相反方向上测量到的 投影值并不完全相等。所以SPECT有时采用 有时采用360º 投影值并不完全相等。所以SPECT有时采用360º平行束 扫描，把反方向的投影组合起来， 扫描，把反方向的投影组合起来，降低人体衰减不均匀的 影响，同时也减少随着浓度加大准直器分辨率变差的效应。 影响，同时也减少随着浓度加大准直器分辨率变差的效应。
绪 论
绪论
单光子发射计算机断层成像术(Single单光子发射计算机断层成像术(Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT)和正 Tomography，SPECT)和正 电子发射断层成像术(Positron 电子发射断层成像术(Positron Emission Tomography，PET)是核医学的两种 技术 Tomography，PET)是核医学的两种CT技术，由于它 是核医学的两种CT技术， 射线成像， 们都是对从病人体内发射的γ射线成像，故统称发射型计算 机断层成像术(Emission Tomography， 机断层成像术(Emission Computed Tomography， ECT)，以区别于X射线CT所采用的透射型计算机断层成像 ECT)，以区别于X射线CT所采用的透射型计算机断层成像 Tomography，TCT)。 术(Transmission Computed Tomography，TCT)。 X射线CT对透过病人身体的X射线成像，得到人体组织衰减 射线CT对透过病人身体的 射线成像， 对透过病人身体的X 系数的三维图像，即解剖结构。ECT所提供的放射性药物 系数的三维图像，即解剖结构。ECT所提供的放射性药物 分布的三维图像则反映了病人代谢(Metabolic)和生理学 分布的三维图像则反映了病人代谢(Metabolic)和生理学 (Physiologic)状况 (Physiologic)状况。 状况。
SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
一 SPECT样
二 投影采样
SPECT的采样空间是所有观测角的投影束共同覆盖的 SPECT的采样空间是所有观测角的投影束共同覆盖的 区域。矩形探头、平行束的采样空间是一个圆柱体， 区域。矩形探头、平行束的采样空间是一个圆柱体，它的 直径等于探头有效视野(FOV)的宽度 的宽度。 2b所示的扇形束 直径等于探头有效视野(FOV)的宽度。图2b所示的扇形束 的采样空间也是圆柱体，但是它的直径比平行束的小。 的采样空间也是圆柱体，但是它的直径比平行束的小。圆 形探头、锥形束的采样空间则是圆球形。SPECT通常在采 形探头、锥形束的采样空间则是圆球形。SPECT通常在采 样空间内划定一个重建图像的范围，一般为立方体，如图3 样空间内划定一个重建图像的范围，一般为立方体，如图3。
投影采样
二 投影采样
投影采样
二 投影采样
由于计算机只能作离散的、数字的运算，所以SPECT 由于计算机只能作离散的、数字的运算，所以SPECT 的投影不是连续函数，而是一系列数据点， 的投影不是连续函数，而是一系列数据点，各个数据点的 间距称作直线采样间距。同样，观测角也不是连续变化的， 间距称作直线采样间距。同样，观测角也不是连续变化的， 系统只从数目有限的View上获取投影 采样理论告诉我们， 上获取投影。 系统只从数目有限的View上获取投影。采样理论告诉我们， 要复原一个含有最高空间频率成分为Wmax的信号 的信号， 要复原一个含有最高空间频率成分为Wmax的信号，必需 的直线采样距离d≤1/(2Wmax); 也就是说， 的直线采样距离d≤1/(2Wmax); 也就是说，每个周期 至少需要采样两个点，否则将产生混迭(Aliasing)失真 失真。 至少需要采样两个点，否则将产生混迭(Aliasing)失真。
投影采样
二 投影采样
如果用半高宽FWHM来表示探头的分辨率 如果用半高宽FWHM来表示探头的分辨率，则要求 来表示探头的分辨率， d≤FWHM/3。 d≤FWHM/3。角采样间隔应该提供和直线采样间距近似 的环绕人体采样密度，如果采样空间的直径为D 的环绕人体采样密度，如果采样空间的直径为D，直线采样 间距为d 180º内应该大约有πD/2d个观测角 个观测角。 间距为d，在180º内应该大约有πD/2d个观测角。直线采 样和角采样必须完整， 样和角采样必须完整，否则重建的断层图像会发生形状失 真和伪像。 真和伪像。
《核医学仪器与方法 》
Nuclear Medical Instrument and Method 郑州大学物理工程学院— 郑州大学物理工程学院—赵书俊
单光子发射断层扫描仪(SPECT) 单光子发射断层扫描仪(SPECT) 一、绪论 SPECT的成像原理 二、 SPECT的成像原理 三、投影采样 四、重建算法 五、校正原理和质量控制 单探头SPECT系统 六、单探头SPECT系统 —— SPECT质量控制及校正 SPECT质量控制及校正 七、衰减和散射校正 八、软件和定量分析
绪 论
绪论
γ照相机不但能摄取动、静态图像，令探头沿人体长 照相机不但能摄取动、静态图像， 轴作平移运动还能得到全身扫描图像， 轴作平移运动还能得到全身扫描图像，但是这些图像都是 二维的、没有纵深分辨能力的投影平片(Planar)。核医 二维的、没有纵深分辨能力的投影平片(Planar)。 学早就有准直器断层成像术(Collimator 学早就有准直器断层成像术(Collimator Tomography)和焦平面断层成像术 Tomography)和焦平面断层成像术(Focal-Plane 和焦平面断层成像术(FocalTomography)， Tomography)，依靠特殊的静止准直器或者运动准直 从不同角度摄取影像，将它们互相移位叠加， 器，从不同角度摄取影像，将它们互相移位叠加，使焦平 面清晰显像，模糊掉焦平面以外的组织结构。 面清晰显像，模糊掉焦平面以外的组织结构。
SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
一 SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
SPECT投影束的几何形状由准直器决定。除了如图2a SPECT投影束的几何形状由准直器决定。除了如图2a 投影束的几何形状由准直器决定 所示的平行束(Parallel-Beam)以外 还有各层互相平行， 以外， 所示的平行束(Parallel-Beam)以外，还有各层互相平行， 而每层的投影线汇集于一点的扇形束(Fan-Beam)， 而每层的投影线汇集于一点的扇形束(Fan-Beam)，如图 2b，以及图2c所示的，所有投影线都汇集于一点的锥形束 2b，以及图2c所示的 所示的， (Cone-Beam)，它是由第三讲图3c所示的汇聚型准直器 (Cone-Beam)，它是由第三讲图3c所示的汇聚型准直器 形成的。 形成的。
SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
一 SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
γ照相机探头的每个灵敏点探测沿一条投影线(Ray)进 照相机探头的每个灵敏点探测沿一条投影线(Ray)进 来的γ光子，见图1 来的γ光子，见图1，其测量值代表人体在该投影线上的放 射性之和。 射性之和。在同一条直线上的灵敏点可探测人体一个断层 上的放射性药物， 上的放射性药物，它们的输出称作该断层的一维投影 (Projection)。 (Projection)。图中各条投影线都垂直于探测器并互相平 故称之为平行束，探测器的法线与X轴的交角θ 行，故称之为平行束，探测器的法线与X轴的交角θ称为观 测角(View)。 照相机是二维探测器， 测角(View)。γ照相机是二维探测器，安装了平行孔准直 器后，可以同时获取多个断层的平行束投影，这就是平片。 器后，可以同时获取多个断层的平行束投影，这就是平片。
SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
一 SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
既然γ照相机所拍摄的平片是三维人体在某个观测角的 二维投影， 照相机探头装在可以围绕病人旋转的机架上， 二维投影，将γ照相机探头装在可以围绕病人旋转的机架上， 从各个观测角获取投影，数字化以后送入计算机， 从各个观测角获取投影，数字化以后送入计算机，就可以 求解出各个断层的图像，将它们顺次组织在一起， 求解出各个断层的图像，将它们顺次组织在一起，就得到 了三维图像。这就是旋转γ照相机式的SPECT，现代 了三维图像。这就是旋转γ照相机式的SPECT， SPECT几乎都采用这种结构 在采集数据时， SPECT几乎都采用这种结构。在采集数据时，探头一般沿 几乎都采用这种结构。 圆形轨迹围绕病人运动。由于离平行孔准直器的表面越近， 圆形轨迹围绕病人运动。由于离平行孔准直器的表面越近， 它的空间分辨率越好，有些SPECT的探头能够沿椭圆轨迹 它的空间分辨率越好，有些SPECT的探头能够沿椭圆轨迹 运行，使准直器尽量紧贴病人的体表， 运行，使准直器尽量紧贴病人的体表，以达到最佳的投影 采样质量。 采样质量。
一 SPECT的成像原理 SPECT的成像原理
平片表现不出投影线上各点的前后关系。要想知道人 平片表现不出投影线上各点的前后关系。 体在纵深方向上的结构，就需要从不同角度进行观测。 体在纵深方向上的结构，就需要从不同角度进行观测。可 以证明，知道了某个断层在所有观测角的一维投影， 以证明，知道了某个断层在所有观测角的一维投影，就能 计算出该断层的图像。 计算出该断层的图像。从投影求解断层图像的过程称作重 (Reconstruction)。这种断层成像术离不开计算机， 建(Reconstruction)。这种断层成像术离不开计算机， 所以称作计算机断层成像术(Computered 所以称作计算机断层成像术(Computered Tomography，CT)。CT设备的主要功能是获取投影数 Tomography，CT)。CT设备的主要功能是获取投影数 据和重建断层图像。 据和重建断层图像。