發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像(emission computed tomography，ECT)亦稱(chēng)放射性核素計(jì)算機(jī)斷層成像（RCT）,是一種能顯示放射性核素在人體內(nèi)各層面的分布及立體分布影像的顯像技術(shù)。SPECT（單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層）和PET（正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層）同屬ECT的范疇。其斷層圖不受鄰近層面核素干擾，定位準(zhǔn)確，能獲得活體三維影像，并能定量計(jì)算臟器或病變部位的大小、體積及局部血流量等。
    自20世紀(jì)70年代末隨著SPECT廣泛應(yīng)用和PET逐步應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)臨床實(shí)踐，ECT在核素顯像乃至整個(gè)醫(yī)學(xué)影像中的地位和作用都得到了無(wú)可爭(zhēng)辯的承認(rèn)，是核素顯像技術(shù)繼掃描機(jī)、γ照相機(jī)問(wèn)世以后的又一重要進(jìn)展。
    一、歷史回顧
    1950年Cassen首先研制成功了逐點(diǎn)掃描成像的閃爍掃描機(jī)，奠定了放射性核素臟器顯像的基礎(chǔ)。當(dāng)時(shí)可以進(jìn)行甲狀腺、腦、肝、腎及骨掃描等，但分辨率差，掃描時(shí)間長(zhǎng)，不能進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)研究。1956年Anger發(fā)明了閃爍γ照相機(jī)，以一次成像代替掃描機(jī)逐點(diǎn)成像，使核醫(yī)學(xué)影像進(jìn)入動(dòng)態(tài)和靜態(tài)功能顯像相結(jié)合的新階段。但γ照相機(jī)對(duì)于大的臟器如腦、肝等深部器官的病變檢出率仍不理想。70年代以后電子計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于γ閃爍照相機(jī)，對(duì)獲得的信息進(jìn)行處理，這樣使影像更清晰，提高了分辨率。自1975年以后輔配計(jì)算機(jī)的γ照相機(jī)已成為國(guó)內(nèi)外核醫(yī)學(xué)科常規(guī)檢查設(shè)備。
    SPECT的研制工作早在X-CT機(jī)研制之前就已進(jìn)行。1963年Kahl和Edwards等研制了一種稱(chēng)為橫向斷面掃描儀(transversl sectional scanner)的儀器，該儀器已具備現(xiàn)代X-CT機(jī)的概念。Knhl等人當(dāng)時(shí)所用的影像重建方法是簡(jiǎn)單的反向投影法(simple back projection)，因而影像模糊、對(duì)比差，影像矩陣單元的活性值與實(shí)物分布無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此SPECT的研制工作曾一度擱淺。1972年英國(guó)的Godfrey Hounsfield發(fā)明了X-CT機(jī)并用于臨床。Kuhl等人借鑒X-CT的成像技術(shù)并引入計(jì)算機(jī)校正，終于在1979年研制成功了第1臺(tái)頭部的SPECT機(jī)，稱(chēng)之為MARKⅣ。此后SPECT機(jī)迅速發(fā)展并不斷地更新?lián)Q代，從而使核醫(yī)學(xué)顯像技術(shù)從二維平面影像發(fā)展到三維立體影像階段，并實(shí)現(xiàn)了顯示彩色化、電視化，數(shù)據(jù)處理微機(jī)化，使解剖分辨率和對(duì)生理、生化等功能改變的顯示較γ照相機(jī)有了很大提高。
    二、ECT設(shè)備的類(lèi)型及其結(jié)構(gòu)
    ECT目前分為2大類(lèi)：一類(lèi)用于探測(cè)能夠發(fā)射γ射線(xiàn)的放射性核素在人體內(nèi)的分布，稱(chēng)為單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層，簡(jiǎn)稱(chēng)SPECT（single photon emission computed tomography）；另一類(lèi)用于探測(cè)能夠發(fā)射正電子的放射性核素的湮沒(méi)輻射，稱(chēng)為正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層，簡(jiǎn)稱(chēng)PECT或PET(positron emission computed tomography)。
    目前應(yīng)用最為廣泛的SPECT機(jī)是γ照相機(jī)型的SPECT機(jī)。其主機(jī)為γ照相機(jī)，加上了探頭支架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)影像重建及處理軟件系統(tǒng)。由于γ光子的收集率與γ光子發(fā)射體對(duì)探頭所處的立體角成正比，因此SPECT機(jī)多采用大視野的探頭，以提高體積靈敏度。其形狀有圓形、方形和矩形。探頭支架旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)有圓環(huán)形（GE公司）、懸臂形（SOPHA公司）、龍門(mén)形（SIEMENS公司）等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多采用微型機(jī)或小型機(jī)，或者采用單功能多處理器分別完成某種功能。γ照相機(jī)型的SPECT機(jī)在采集數(shù)據(jù)時(shí)所收集到的信息是以探頭直徑為長(zhǎng)軸的一個(gè)圓柱體。這種采集方式一次旋轉(zhuǎn)360°就可以得到多個(gè)斷層面，最多可達(dá)128個(gè)斷層面。該類(lèi)型的SPECT機(jī)又兼有普通γ照相機(jī)的功能，所以一臺(tái)γ照相機(jī)型的SPECT機(jī)具有多種顯像方式：平面成像、動(dòng)態(tài)攝影、全身掃描和斷層顯像等。
    PET正在逐步走向臨床。作為現(xiàn)代核素顯像的最新技術(shù)設(shè)備，它的臨床應(yīng)用被認(rèn)為“在核醫(yī)學(xué)史上奠定了一個(gè)劃時(shí)代的里程碑”。雖然PET機(jī)和SPECT機(jī)的基本結(jié)構(gòu)相似，都是由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、影像顯示以及機(jī)械旋轉(zhuǎn)架構(gòu)等部分所組成，但由于采用的是發(fā)射正電子的放射性核素，PET機(jī)所能探測(cè)到的并不是正電子，而是正電子被體內(nèi)組織所吸收時(shí)湮沒(méi)輻射所產(chǎn)生的能量各為511keV、方向相反的一對(duì)γ光子，因此PET機(jī)至少需要2個(gè)（雙探頭）或更多的相對(duì)排列的（多探頭、多環(huán)探頭）γ探測(cè)器。湮沒(méi)輻射所產(chǎn)生的雙光子與單光子有不同的特點(diǎn)，因而PET機(jī)和SPECT機(jī)的探頭結(jié)構(gòu)也不盡相同。PET機(jī)對(duì)射線(xiàn)的限束采用的是電子準(zhǔn)直，即利用湮沒(méi)輻射和2個(gè)相對(duì)探頭來(lái)確定閃爍點(diǎn)的位置，而不象SPECT機(jī)在探頭前加鉛準(zhǔn)直器來(lái)限制γ射線(xiàn)的方向和范圍。
    三、ECT與X-CT的異同 
A.水平切面 B.垂直切面 C.短軸面
 

圖6-1 心臟模型三維切面示意圖

    SPECT機(jī)是在γ照相機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的更先進(jìn)的現(xiàn)代核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，γ照相機(jī)只能顯示二維影像，而SPECT機(jī)不僅可顯示二維平面影像，更主要的是其還能給出臟器的三維斷層影像。對(duì)臨床有價(jià)值的是橫斷面、冠狀面和矢狀面斷層影像，在心臟和腦斷層中還可以給出斜面斷層影像（圖6-1）。
    SPECT機(jī)與X-CT機(jī)是什么關(guān)系呢？它們之間究竟有什么不同？從以下幾個(gè)方面可以說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。
    1.SPECT機(jī)與X-CT(TCT)機(jī)是一對(duì)孿生體
    它們?cè)谔綔y(cè)技術(shù)和影像重建等方面基本類(lèi)同。X-CT發(fā)明者��英國(guó)EMI公司的工程師借助于核醫(yī)學(xué)閃爍探測(cè)技術(shù)發(fā)明了X-CT。SPECT在X-CT問(wèn)世之后之所以有了迅速發(fā)展，主要原因是借助于X-CT的影像重建技術(shù)。SPECT與X-CT都采用了閃爍探測(cè)技術(shù)和反向?yàn)V波法的影像重建技術(shù)。
    2.采用的射線(xiàn)源不同
    ECT借助于注入體內(nèi)的放射性核素發(fā)射(emission)的γ光子構(gòu)成斷層影像。由于正常組織和病變組織濃聚放射性核素的能力及濃聚量不一樣，從而射出的光子密度不一樣，這樣就構(gòu)成了一幅反映人體功能差異的解剖影像。X-CT是借助于X線(xiàn)球管發(fā)射的X線(xiàn)穿透(transmission)人體而構(gòu)成斷層影像。由于正常組織和病變組織的物理密度不一樣，這樣就構(gòu)成了一幅反映人體密度差異的解剖影像。
    3.影像的重建參數(shù)和診斷依據(jù)不同
    X-CT以衰變系數(shù)作為重建影像的參數(shù)，以組織的物理密度變化作為診斷依據(jù)。而ECT以放射性濃度變化作為重建影像的參數(shù)，以組織的代謝功能差異作為診斷依據(jù)。若病變組織密度變化不大（等密度病變），而功能變化很大時(shí)，ECT明顯優(yōu)于X-CT。
    4.影像構(gòu)成成分不同
    ECT影像僅顯示濃聚放射性的靶器官或組織的三維斷層影像，而毗鄰組織臟器則不顯像。這就要求診斷醫(yī)師對(duì)每個(gè)層面的各個(gè)臟器之間的毗鄰關(guān)系及其正常變異有較全面了解。X-CT影像則顯示某一層面內(nèi)所有組織器官的二維影像。ECT依臨床醫(yī)師診斷目的不同，即便是同一臟器，所采用的放射性核素或其標(biāo)記物也不同，其所得ECT影像的臨床意義也不一樣。X-CT則以被檢部位臟器為單位獲得斷層影像。
    5.SPECT機(jī)在取斷層面的厚度上較X-CT機(jī)優(yōu)越
    X-CT機(jī)采用幾何準(zhǔn)直的方法來(lái)限制束流的寬度。改變斷層厚度需要設(shè)定準(zhǔn)直器，而且準(zhǔn)直器的選擇必須在數(shù)據(jù)采集前進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集一旦結(jié)束，斷層厚度也就隨之而固定。而SPECT機(jī)選擇斷層的厚度是依據(jù)于γ相機(jī)探頭的定位線(xiàn)路，可以在數(shù)據(jù)采集結(jié)束后根據(jù)需要選擇。這對(duì)臨床分析是有利的。
    6.X-CT機(jī)的分辨率優(yōu)于ECT機(jī)
    ECT受光子通量的限制和衰減校正困難的制約，使ECT影像粗糙、空間分辨率差。體內(nèi)發(fā)射的γ光子受注入人體的放射性活度的限制，只有極少數(shù)被用于構(gòu)成影像，構(gòu)成影像后體內(nèi)還存留有一定的放射性活度。而X-CT機(jī)由X線(xiàn)球管產(chǎn)生X線(xiàn)，成像結(jié)束時(shí)X線(xiàn)球管亦停止發(fā)射X射線(xiàn)，因而可加大入射的束流強(qiáng)度。X-CT斷層光子總數(shù)為ECT斷層圖的103～104倍。另外，由于穿透衰減使相同的放射性濃度因部位的深度不同，而產(chǎn)生不同的光子射出率，淺表部位光子射出多，深部光子射出少。模型實(shí)驗(yàn)證明，5cm厚的軟組織可以使99Tcm能量為140keV的γ射線(xiàn)衰減50%，所以在影像重建中要求用平均衰減法進(jìn)行校正。
    四、ECT設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀與展望
    ECT是近年來(lái)核醫(yī)學(xué)界發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛的新技術(shù)，尤其是顯像技術(shù)(包括儀器)與顯像劑的發(fā)展更使其突飛猛進(jìn)，成為核醫(yī)學(xué)界的重要支柱。目前國(guó)內(nèi)許多大醫(yī)院都裝備了γ照相機(jī)和SPECT機(jī)。商品化的PET機(jī)在我國(guó)也已步入臨床使用。一些應(yīng)用在心、腦、骨骼、腫瘤等方面的新的放射性藥物的使用，以及計(jì)算機(jī)新的應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)，使ECT機(jī)在診斷冠心病、腦缺血、腫瘤骨骼轉(zhuǎn)移等許多疾病中顯示了獨(dú)特的優(yōu)越性，在對(duì)組織器官或病變部位的局部血流量、功能、治療前后的療效進(jìn)行定量檢測(cè)等方面，已成為其他影像診斷技術(shù)不可替代的診斷工具。
    ECT設(shè)備在發(fā)展過(guò)程中遇到了兩大障礙：光子通量的限制和衰減校正。這兩大困難目前仍是ECT設(shè)備改進(jìn)和發(fā)展的主要難關(guān)。ECT設(shè)備的光子通量受到注入體內(nèi)放射性藥物劑量的限制。ECT影像由體內(nèi)發(fā)射出的γ光子構(gòu)成，通常情況下只有注入量的萬(wàn)分之幾的光子被用來(lái)檢測(cè)臟器成像，其他大部分信息浪費(fèi)了。ECT設(shè)備成像的另一困難是有2個(gè)變量：局部組織器官的放射性聚集量和衰減系數(shù)。對(duì)于放射性核素顯像只有放射性濃度有意義，衰減因素必須加以清除或校正。衰減校正涉及組織的成分，成像物體和臟器的大小、形狀以及放射性核素的能量等許多因素。因此真正完善的衰減校正是極其困難的。目前商業(yè)產(chǎn)品中較多采用平均衰減校正，實(shí)驗(yàn)研究采用模型校正。
    ECT設(shè)備的發(fā)展體現(xiàn)在許多方面：新型放射性藥物的研制、儀器自身探測(cè)性能的提高、計(jì)算機(jī)硬件的改進(jìn)和應(yīng)用軟件的升級(jí)等。主要有以下幾點(diǎn)：
    1.新型放射性藥物的研制成功，推動(dòng)了SPECT發(fā)展至新紀(jì)元
    如：新型心肌顯像劑99Tcm－MIBI、99Tcm－Tlboroxime，可以用于心肌灌注斷層顯像，從而為心肌缺血、心肌梗死的早期診斷提供了新手段；新型腦顯像劑99Tcm－ECD、99Tcm－HM(d,1)-PAO的研制成功，131I-IMP和131I標(biāo)記的D1多巴胺腦受體顯像劑的臨床應(yīng)用，使SPECT技術(shù)在研究腦局部血流灌注和受體功能等方面取得了令人鼓舞的進(jìn)展。而PET所用的發(fā)射正電子的放射性核素如：11C、13N、15O等都是人體組織的基本元素，易于標(biāo)記各種生命所必需的化合物及其代謝產(chǎn)物或類(lèi)似物而不改變它們的生物活性，且可以參與人體的生理、生化代謝過(guò)程；加之這些核素的半衰期比較短，檢查時(shí)可以給予較大劑量，從而提高了影像的對(duì)比度和空間分辨率，因此PET所獲得的影像比SPECT更清晰、更真實(shí)地反映人體生理、生化、病理和功能等方面的改變；迄今為止，尚沒(méi)有其他顯像技術(shù)可以進(jìn)行活體心、腦等組織脂肪酸、葡萄糖有氧或無(wú)氧代謝、受體功能以及大腦功能區(qū)域（如視、聽(tīng)、記憶、思維）定位等方面的研究。
　　2.在新技術(shù)上，最引人注目的是新型的雙探頭和三探頭SPECT機(jī)
    該系統(tǒng)具有采集時(shí)間短、分辨率高、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，與單探頭SPECT機(jī)相比，三探頭SPECT機(jī)整體效率提高了3～5倍。該機(jī)采用了高性能、高光子通量的光電倍增管，使用了特殊的準(zhǔn)直器如扇型準(zhǔn)直器、超高分辨率準(zhǔn)直器等。3個(gè)探頭沿病人的長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)，增加了獲得的信息量，改善了影像質(zhì)量，節(jié)省了檢測(cè)時(shí)間，提高了系統(tǒng)分辨率，而且靈敏度也大大提高。雙探頭SPECT機(jī)最新技術(shù)是在180°相對(duì)排列的雙探頭SPECT機(jī)的探頭中加入符合探測(cè)線(xiàn)路或使用超高能準(zhǔn)直器。采用這項(xiàng)技術(shù)的ECT設(shè)備不僅可以完成普通SPECT機(jī)的全部工作，而且可以完成一些本來(lái)在PET機(jī)上才能做的工作。因此被稱(chēng)為混合型ECT設(shè)備（參見(jiàn)第十節(jié)）。
    3.從ECT設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)看，單探頭的SPECT機(jī)是不是要被淘汰呢？并非如此
　　新型的雙探頭和三探頭SPECT機(jī)性能固然很好，但價(jià)格昂貴。對(duì)于單探頭SPECT機(jī)，主要發(fā)展在于新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上。在硬件上，采用高速處理器去數(shù)字化輸入信號(hào)，大容量的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器以存放高分辨率的影像，快速存取的大容量的外圍設(shè)備，以及采用高處理能力的陣列處理器等；在軟件方面開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的處理軟件如定量分析等。在今后一段時(shí)間內(nèi)，這些仍將是SPECT機(jī)臨床應(yīng)用的主旋律。SPECT機(jī)今后的發(fā)展方向，仍是提高系統(tǒng)的靈敏度和分辨率，減少或清除偽影，朝著快速、多功能的方向發(fā)展。
    ECT設(shè)備充分發(fā)揮了核醫(yī)學(xué)的固有優(yōu)點(diǎn)，其影像不僅顯示臟器和病變的位置、形態(tài)、大小等解剖結(jié)構(gòu)，更重要的是可以顯示臟器的功能，研究代謝情況，提供有關(guān)臟器的血流、功能、代謝和引流等方面定性的和定量的信息。而血流、功能和代謝的異常，常是疾病的早期變化，出現(xiàn)在形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變之前。因此，ECT放射性核素顯像有助于疾病的早期診斷。由于ECT成像設(shè)備涉及電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、核物理、醫(yī)學(xué)、影像處理等許多專(zhuān)業(yè)技術(shù)，在本章簡(jiǎn)短的篇幅里不可能作全面詳細(xì)的論述。