GE专利产品———Hawkeye

随着科学技术的发展,当今医学影像技术也朝着多种技术、多种图像融合的方向发展。核医学以其独特的显像原理反映人体的生理、病理变化(功能显像),从而有别于其他4项医学影像检查(解剖结构显像)。它拥有早期、安全、无创、灵敏度高等特点,从而在医学影像学中独树一帜。然而,核医学也有明显的缺点,由于受显像原理及技术的影响,图像的分辨率差,解剖定位不精确。以至许多人将核医学-Nuclear Medicine称为Unclear Medicine(不清楚医学)。

GE公司经过多年的研究,试验,临床观察,于1999年宣布推出最新型的Hawkeye 技术 (CT+ECT/PET技术),从根本上解决了核医学影像分辩率差、解剖定位不准确这个困扰我们多年的瓶颈问题。 使UnclearMedicine(不清楚医学)变成了真正的Nuclear Medicine(核医学)与New Clear Medicine。图1&2为Hawkeye。

图1&2 具有ECT/PET + CT 的Hawkeye



图1&2 具有ECT/PET + CT 的Hawkeye

HawkEye是集众多高新技术于一身的最新型具有PET功能的SPECT, 至2000年底,国内将安装3台以上的HawkEye,分别在北京、上海、西安等地。它不仅 能完成常规SPECT的所有检查项目,还具有以下独一无二的特点:

1、 Hawkeye的人体轮廓扫描技术不仅可用于全身扫描更可用于心肌及其他断层扫描(这是其他公司无法达到的)。用此技术可使影像分辩率提高15%,从而使影像的质量得到显著改善(图3)。

图3 人体轮廓扫描技术
图3 人体轮廓扫描技术

2、 Hawkeye机架的滑环技术,是GE的专利它改变了传统ECT的断层扫描方式,由传统的步进式改进为连续采集,这样,能保证图像的质量,从根本上解决了由于放射性示踪剂衰变而导致的断层图像质量差的问题,并可在得到满意图像的基础上缩短采集时间(图4)。

图4 滑环技术
图4 滑环技术

传统机架进行断层采集时,只能采完一帧再采下一帧,一共采集64帧,而每一帧需采集30~60秒,即共需33 ~66分钟。在进行PET功能显像时,所需采集时间更长,而放射性示踪剂的半衰期要小于2小时,这就使得传统断层采集方式所得到的图像呈严重的不对称,即刚开始采集的那边信息量大,越到后面,信息量越少,呈现一边信息量大,一边信息量少的现象,这样的原始数据重建出的图像,其断层均匀性非常差。其他公司只能采用人为后处理进行校正。

GEHawkeye的滑环技术是每两分钟采集一圈,立即进行影像重建(实时重建),若信息量不够,继续采集,直到信息量达到要求为止。而2分钟内的放射性衰减可视为零,远远低于1小时的衰减量,从而大大提高断层影像的质量。

3、Hawkeye采用全数字化探头,可自动进行均匀性、空间线性、能量、旋转中心及核素衰减校正。其他传统ECT的数学化探头只能进行均匀性、空间线性及能量校正,做不到旋转中心的自动校正。而旋转中心的漂移会严重影响断层影像的质量,若仪器能自动校正,将大大方便工作人员,使仪器时刻处于最佳状态。

4、Hawkeye 采用超高精制型准直器。它的灵敏度较传统型准直器提高了20%。 图5为传统微铸造型准直器与超高精制型准直器准直孔的模式图。左侧呈梯形的图 形为微铸造型准直器的准直孔,右侧为超高精制型准直器准直孔。若等量射线从下面同时进入两种准。

图5 微铸造型   超高精制型
图5 微铸造型 超高精制型

直孔,到上面出口时,左侧呈梯形出口准直孔的射线量要比通过右侧呈矩形出口准直孔的射线量低20%,也就是说在同样条件下,超高精制型准直器所探测到地计数(信息量)是传统微铸造型准直器的 1.2倍以上。

5、 Hawkeye独特的探头垂直地面更换准直器的方法,将更换准直器时对探头晶体的损害可能性降到最低。其他公司均采用探头平行地面更换准直器方法容易造成对晶体的损坏。

6、Hawkeye采用X线CT对核医学断层影像进行非均匀衰减校正有如下优点:

图6 更换准直器
图6 更换准直器

A.全能量衰减校正,即不论所用放射性示踪剂为低能、中能还是高能, Hawkeye均可对其进行衰减校正,从而达到从根本上改善核医学断层影像质量的目的。而高能核素非均匀衰减校 正法则无法进行全能量衰减校正,一般只能对Tc-99m-MIBI 和F-18 PET功能显像进行衰减校正。 且需根据不同能量来选用不同的高能 核素进行衰减校正,如对心肌的衰减校正,需用某一种放射源进行衰减校正,而对PET功能显像则需另外一种高能核素。采用X线CT图像进行全能量衰减校正将是核医学图像进行衰减校正发展的方向。

B.Hawkeye耗材少,且极易得到。放射性核素均有半衰期,一般1~1.5年即需更换, 国内无法生产,需进口,而放射性核素入关手续繁琐, 短期不易更换,而且在使用中由于核素衰减也要进行校正源自身的校正,所以操作过程更加复杂。

C.Hawkeye用X线CT进行衰减校正,若不加高压电,则不会发出射线。而高能核素,所放出的高能射线极具穿透力,不易防护,既使用非常厚的金属(铅)进行屏蔽,也难以完全屏蔽其射线,因此,若长期安装在机架上,则严重影响核医学影像的质量,且易对工作人员造成损伤。但若经常更换高能核素校正源,又存在以下几点问题:(1) 校正源非常沉重,不易更换。(2)使仪器受损的可能性增大。(3) 使更换校正源的工作人员受到不必要的照射。

D.Hawkeye 衰减校正法大大提高了所得核医学断层影像的信息量,是传统高能核素衰减校正影像信息量的50000倍。

E.Hawkeye 衰减校正法所得断层影像分辩率最大分辩率为:2mm,可以进行精确的解剖定位。而传统高能核素衰减影像最大分辩率为:12mm,难以进行解剖定位。

F.Hawkeye 衰减校正法使所得影像的信息量远远高于传统核医学断层影像,从而使散射线对图像质量的影响可以忽略。从根本上解决了散射对核医学影像的不良影响。

7、 Hawkeye 独一无二的FAM图像融合功能。医学影像大致分为功能影像 (核医学影像)和解剖结构影像(CT、MRI、X线投照和B超)。功能影像能具有如下特点:它拥有早期、安全、无创、灵敏度高等特点,但也有图像分辨率差,解剖定位不精确的缺点。解剖结构影像与功能影像正好互补,其解剖结构的影像分辩率非 常高,但其对病变的检出时间、特异性、灵敏度、无创及安全等方面不如功能影像。Hawkeye则结合了二者的优势,在一次检查中,既可得到受检者的功能影像,又可同时得到其解剖结构影像(CT图像),充分利用二种影像的优势,并可立即进行图像融合,为临床提供前所未有的高分辩率、高灵敏度、高特异性的医学影像。除了上述独一无二的优势外,它也还保留了与其他医学影像设备所得影像进行融合的功能,此功能即其他厂家所说的图像融合功能。这种图像融合是将受检者在不同仪器、不同时间、不同体位下所得到的两种医学影像进行融合。这存在着一个到目前为止,尚未解决的问题,即两种图像如何匹配的问题。他们只能分别在两次显像前,于人体体表粘贴体表标记,然后根据人的肉眼观察两次体表标记的匹配情况来进行两种图像的融合,其匹配精度可想而知,严格来说,这不是真正意义上的图像融合,其所得到的“融合”图像也是难以为临床所接受的。

8、Hawkeye的计算机系统Hawkeye采用WindowsNT操作系统,为用户与外接计算机的信息交流提供了极大地方便,它与PC机之间不需任何格式的转换,可直接读取。

9、方便、易懂的用户编程、开发软件。

10、双核素同时采集技术(DISA),为目前GE公司独有,在心血管应用方面,了解心肌存活的情况(是否为心肌顿抑或心肌冬眠)优于PET。DISA采集处理技术就是将以往的ECT的心肌灌注断层显像检查(Tc- 99m-MIBI,低能)项目与PET采集的心肌代谢显像检查(F-18-FDG)项目一次检查完成。常规检查需要3次才可完成:①静息ECT显像;②运动试验ECT显像; ③心肌代谢PET显像。常规方法费时费事,患者花费巨大,且必须拥有PET或具有符合电路成像功能的ECT才可进行。现在国内只有可数的几家医院才可进行上述检查。DISA检查技术使得心肌存活的检查变得简单、经济。

综上所述:HawkEye重新定义了核医学显像设备的概念。我们相信HawkEye将会为核医学影像的发展作出更大贡献。