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核医学成像的“活化石”——伽马相机
文章来源: 济南中科核技术研究院
发布时间: 2022-12-21
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       随着核技术在医疗领域的应用不断加深以及人类健康水平的不断提高,分子影像技术作为非侵入性核医学显像诊断关键技术,主要用于心血管、肝脏、骨科、肾脏和大脑等器官系统疾病的临床诊断,为“精准医疗”立下了赫赫战功。

  而当示踪剂进入人体,成像仪器——伽玛照相机——在判断药物作用、病灶情况、引导治疗等方面发挥了不可替代的作用。如果把示踪剂比作医生手的延伸,那么伽马相机就是医生眼睛的延伸。

  从固定位置的大型伽马相机到便携式伽马相机,再到如今的SPECT、PET、PET/CT,伽马相机犹如“活化石”,见证了核医学发展史。如今,伽马相机的应用也从医学扩展到了环保、工业等各个领域。

  

  从“贵族”到“没落”

  γ照相机又称闪烁照相机,第一台γ照相机于1957年由 Hal.O. Anger研制成功(因此也成为安格相机),在当时γ照相机绝对是“高、大、上”的设备,比CT的诞生要早十多年,是医学影像设备当之无愧的“贵族”。当时拥有一台γ照相机是医院莫大的荣耀。

  伽马相机可对人体内脏器中的放射性核素分布进行一次成像。同时可动态观察、显示、记录放射性药物在人体脏器内的代谢情况。所以伽马相机不仅具有人体脏器的形态显示功能,而且具有功能显像功能,同时又具有动态显像功能。

  1964年由于短半衰期放射性核素99m锝(Tc)的出现,γ照相机得以广泛应用,也使核医学进入了以99m锝(Tc)显像为主要业务的快速发展时期。

  其工作原理通俗地讲就是:放射性的核素如99m锝(Tc)的液体或将其标记在某种化合物上,通过某种渠道(雾化吸入或静脉注射或口服或组织间隙注射)进入到人体内,靶向地(细胞选择性摄取、微血管栓塞、特异性结合、化学吸附和离子交换或生物区通过和容积分布)到达特定的组织器官,然后用γ照相机来探测化合物携带的放射性核素发出的γ光子在人体内的分布。γ光子通过准直器的准直,使其按特定的方向进入由NaI(Tl)制成的晶体后发荧光,荧光经晶体后面的光导和光耦合剂进入光电倍增管(PMT),光耦合剂和光导可以把光传递给光电倍增管,减少全反射。光电倍增管越多,空间分辨率和定位性能越好,经光电倍增管光阴极的汇聚,倍增极的加速与倍增,由阳极以电信号的方式输出,实现了光电的转换,再经位置电路的定位、能量电路的甄别,会在计算机的显示屏上重现核素在人体内分布的二维图像。

  γ照相机很“娇气”,房间需铅屏蔽,温度变化不能超过3℃/小时,彰显“贵族范儿”。

  最开始的γ照相机图像显示的是二维的重建影像,就像把面包压扁了看,很多细节被重叠,空间分辨率差。

  随着计算机技术的发展,计算速度和储存容量的壁垒被打破后,γ照相机实现了360°的断层采集,可以实现矢状面、冠状面和横断面等的重建,采用一个或多个γ照相机探头,被称作SPECT(single-photon emission computed tomography),SPECT也就是能旋转的γ照相机。

  在精准医疗的今天 SPECT又与CT机组成 SPECT/CT,解决了γ照相机和 SPECT解剖关系不明确、定位不准的问题。

  γ照相机的继任者迅速崛起,表明γ照相机单一平面功能和单独使用的局限性,也正式宣告了其统治功能影像20多年的时代终结。

  从医学到环保

  γ照相机这个昔日的“贵族”没落了。其产生的影响是深远的,其基本原理、基本结构、基本性能和功能仍是 SPECT核心内容。

  需说明,在国外的医学资料中,SPECT也称为γ照相机,而在我国γ照相机专指早期的探头不能旋转的小探头设备。

  目前γ照相机向专用型发展,例如,乳腺专用γ照相机。γ照相机探头也开始采用非NaI(Tl)+PMT型。

  除了医学,基于编码孔径技术的用于辐射环境监测的新型γ相机也在不断更新迭代。

  放射源在我国的使用已涉及工业、农业、环保、能源、科技、医疗等诸多领域,同时放射源的丢失事件时有发生,造成财产损失,人员伤亡的同时还可能引起社会恐慌,负面影响很大。加强对放射源的有效监管,提高放射源的搜寻水平,对保障公共安全,维护社会和谐稳定,具有极为重要的意义。

  例如,由中国科学院高能所进行技术研发、济南中科核技术研究院进行工程化开发的便携式伽马射线成像仪,可实现辐射热点实时成像,同时给出活度定量化分析辐射场二维分布、能谱等多种信息,可用于辐射常规监测、突发环境事件检测等。

  此外,还有用于港口、边境口岸、机场、车站、收费站、大型活动、场所等出入口实时监测的通道式伽马相机,大大提高环境安全监测和应急能力。

  

   

 

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