ECT的衰减校正

ECT的衰减校正

放射性核素显像的功能性表达使其在临床上具有无法替代的价值。但是放 射性核素在体内的衰减和散射明显影响图像质量,甚至会产生伪影,导致临床误诊。如何解决放射性核素图像的衰减和散射成为提高核医学影像质量,特别是断层图像质量的重要问题。为此各公司均提出了各自的解决方案,虽然各自具体方法不同,但都基于相同的基本原理。

作者:中国医学科学院 肿瘤医学 核医学科 吴文凯 教授

一.放射性核素衰减校正原理

1.射线和人体作用:核医学影像采集是基于以下假设:

  • 从体内发射的射线各个方向的机率相等。
  • 从体内发射的射线只要初始方向指向探头有效视野均能被接收。
  • 从体内发射的射线通过人体时没有能量损失。
  • 核医学显象采集的时间相对较短,放射性核素在体内生物衰减因素可以不计。
  • 临床采集时体内发射的。

2.射线和人体作用后会产生以下几种情况(图1):

  • g 射线从体内发射后由探测器接收。
  • g 射线在体内发生方向改变后由探测器接收。
  • g 射线从体内发射后未被探测器接收。
  • g 射线从体内发生方向改变后未被探测器接收。

图1. 射线和人体相互作用关系图

图1. 射线和人体相互作用关系图

对两者比较我们发现假设和实际情况有很大的差距。为提高影像质量必须校正放射性核素在体内衰减。从人体和射线两方面考虑,g 射线在体内衰减受以下因素影响(图2):


  1. 人体组织的密度。由于各组织的密度不同,使得各组织对射线的衰减系数不同,因此不同射线路径造成不同程度的衰减。
  2. 人体组织对射线的散射也会形成射线的衰减。至今散射校正仍是棘手的问题。
  3. 不同能量的射线被同一组织衰减的程度不同。

下图是不同能量射线和体内不同组织相互作用关系图。

图2. 不同能量射线和体内不同组织相互作用关系图



图2. 不同能量射线和体内不同组织相互作用关系图

射线在体内衰减和 g 射线能量有关,而 g 射线的能量取决于显像所用的放射性核素。临床常用的放射性核素有Tc-99m,I-131,Tl-201,Ga-67。随着符合电路成像及PET技术在核医学影像的应用F-18的应用逐渐增多。随着低、中、高放射性核素在核医学显像的全面应用,相应的衰减校正技术也在迅速发展。目前较多采用Gd-153作透射源对低能(140keV左右)放射性核素的衰减进行校正;用Cs-137校正超高能放射性核素。为了用低能透射源校正高能端核素、用中能源校正低能和高能端、用高能源校正低能端,各公司采用数字模拟技术来完善各自衰减校正的方案。这些模拟技术较之早期Chang氏均匀模拟衰减校正有了很大进步,但其临床效果还须进一步验证。它们主要不足之处在于透射源的剂量有限,获得的透射衰减图不够理想,影响了校正的准确性。为此,1999年GE公司推出了全能量衰减校正技术。它用CT球管代替了透射源,这样虽然增加了成本,却大大提高了透射射线剂量,从而获得理想的衰减图;增宽了能量覆盖范围(低能直到超高能);同时获得了准确解剖定位的CT图,实现了CT-PET(或ECT)同机融合,取得了较高的性价比。

3.射线衰减校正原理:

假设g 射线能量单一的情况下,体内g 射线的能量为A0,由于g 射线在人体内经过的路径不同,g 射线穿透人体后的能量为A1,那么:
A1=A0e_m
假如穿透人体后的g 射线能量低于采集探头能够接受的能量时,此g 射线就将对计数无贡献。如果N0(比如10000)g 射线自体内发出,g 射线通过人体后,组织的衰减系数为m ,探测到的射线数为N1
则: N1=NO e_m
要校正衰减掉的(NO-N1g 射线,最重要的问题是如何获得人体组织对g 射线的衰减系数m 值。不同组织的衰减系数不同,所以对g 射线衰减校正必须知道射线经过组织对射线的衰减系数。假如射线经过10种不同组织,每种组织的衰减系数分别是:m 0m 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9。那么:
N1=NOe(m 0+m 1+m 2+m 3+m 4+m 5+m 6+m 7+m 8+m 9)

获得这些射线对应这些组织的衰减系数是进行衰减校正的首要任务。
我们能够采用外照射源射线穿透人体计算组织的衰减系数。如果所用透射扫描源发射的射线数是NO,穿透人体经过衰减以后射线数是N1;那么:射线穿透人体后组织衰减系数m 值是:
m =Ln(N1/NO)
Ln为自然对数。

4.穿透源的要求
我们可以采用固定的透射源,让射线穿透人体后被探测器接收,推算出组织衰减系数(见图3)。
放射源 探测器

图3. 衰减校正示意图



图3. 衰减校正示意图

采用图3方法我们仅仅能够获得射线通过人体时,途径组织的累积衰减系数。当我们让透射源和探测器绕人体旋转进行扫描采集,这时就可获得类似CT图像的衰减系数分布图(见图4)。

图4. 旋转放射源和探测器获得人体内衰减系数



图4. 旋转放射源和探测器获得人体内衰减系数