核醫學成像技術有多重要？
我們知道核醫學設備和技術是核醫學成像的基礎，有時圖像的異常並不一定是由疾病本身引起的，而是有技術方面的因素。像我們平時所遇到的注射點滲漏、體外金屬偽影等等，都是比較常見的技術因素。今天我們就借幾個病例，來看看核醫學技術因素對圖像的影響。
Case 1
34歲女性，乳腺癌術後
從圖中可見看到，後位顯像圖像清晰，但是前點陣圖像很模糊，骨骼大致形態還在，但是一些比較小的骨骼（比如肋骨）顯示的不清楚。是什麼原因造成的？
很簡單，這是因為採集過程中前位探頭未貼近患者身體（此機型採集時後位探頭自動貼近，前位探頭需要手動貼近）。將探頭貼近患者身體後重複採集，圖像恢復正常。
那麼探頭和患者的距離會對圖像產生什麼樣的影響呢？
我們知道γ camera的晶體前有一個準直器，用來篩選入射的γ射線。準直器的性能非常重要，不同的準直器類型會對圖像造成不一樣的影響，這種影響對圖像主要有兩個方面：一是靈敏度，二是空間解析度。靈敏度主要影響了圖像的信息量，在信息量足夠的前提下（需延長採集時間），對圖像產生的直觀影響並不明顯。而空間解析度對圖像的影響就比較直觀了。從定義上來說，空間解析度是指分別兩點距離的能力，一般用能分辨的最近距離來衡量空間解析度（距離越近，空間解析度越好）。
我們知道點源的像並不是一個點，而是按泊松分布的一個曲線（在n足夠大的條件下可以認為是正態分布）。這個曲線的半高寬FWHM（即下圖中d=高度是峰值一半時峰的寬度）是用于衡量峰收斂程度的一個參數。一般我們認為兩個點源之間如果距離小於FWHM，那麼就無法分辨這是一個點還是兩個點了。因此，一般情況下我們把半高寬FWHM作為空間解析度的指標，FWHM越大，說明峰越寬，空間解析度也越差，反之亦然。
隨著點源離準直器距離越近，一些角度偏差較大的入射光子會被準直器中的鉛柵阻擋，而垂直入射或者入射角度比較小的射線還是能經過準直器進入晶體；而當點源距離準直器較遠時，能夠進入晶體的光子角度更大，這是由幾何因素決定的（如下圖）。因此，當點源離準直器近時，點源所呈的曲線是一個比較窄的正態曲線，FWHM也比較小，空間解析度也好。同樣的，點源離準直器越遠，空間解析度就越差。
下面是準直器空間解析度的計算公式，它取決於準直器每個孔的孔徑(d)、孔的垂直長度(a)、點源距離準直器的距離(b)。當b越大，R越大，空間解析度越差(此R是空間解析度的直接衡量指標，不是FWHM)。
所以，在顯像時一定要盡量把探頭貼近患者身體，這樣可以提高圖像的空間解析度，從而提高圖像質量。
Case 2
54歲女性，乳腺癌術後
這個病例中，我們可以看到前點陣圖像顯影清晰，但是後點陣圖像缺很模糊，似乎跟第一個病例很像，但又不一樣。Case 1中患者骨骼的大致形態基本都在，只是骨骼細節顯示不清，而且軟組織本底也是正常的。但這個患者後點陣圖像連骨骼基本形態都看不清楚，但是軟組織本底顯影卻很明顯，這顯然不是患者本身的軟組織本底過高造成的。這是什麼原因？
其實這是因為後位探頭的能峰被不小心改動了，99mTc的能峰為140±10%，但是採集之前不小心被挪到了115±10%。在調整能峰後重新採集，患者圖像恢復正常。
那麼在能峰改變之後，我們採集到的信息是什麼？為什麼整個身體的本底會這麼高？這需要從能譜的角度來解釋。
我們知道理想情況下，一個單一能量的射線所形成的的能譜曲線也是一個單一的峰，但其實這是理想情況。在真實情況下，點源所呈的能譜曲線並不是一個單一的峰，而是還有很多其他的小峰所組成（下圖），包括Compton edge、鉛峰、碘逃逸峰等等，在此不一一詳述（在腎血流功能顯像採集空滿針時所採集到的曲線即為此種點源曲線）。當然這些其他的峰平時我們在圖像中看不到，因為我們用能峰+窗寬來限制了我們所能看到的射線能量，也就是說只有能量落在窗寬中的射線才能被採集到，而其他能量的射線雖然會被採集到，但是在後續的處理中會被過濾掉。
但是當我們採集病人圖像時，所獲得的能譜曲線並不是上面的曲線，而是γ射線會先經過患者的身體，然後再被camera接收到（下圖）。別小看經過患者身體這一步，在患者身體中，γ射線會發生Compton散射，之後射線的能量和角度都會發生變化。最後會在能譜曲線上形成一個Compton散射峰。
這個Compton散射峰距離140Kev的能峰距離較近，即使在正常採集時，我們所用的140±10%的能峰中也會有一小部分Compton散射峰在裡面（下圖）。
在本病例中，後位探頭的能峰被挪到115±10% Kev，那麼我們所採集到的信息就基本都是Compton散射峰的信息了，也就是γ射線在患者身體中發生Compton散射之後信息，所以我們才會看到身體本底如此之高而真正的骨骼信息卻很少。
Case 3
33歲女性，甲癌術後
這是一個全身骨掃描的圖像，但是我們可以看到患者胸部區域放射性攝取瀰漫增高，為什麼？原因很簡單，患者有甲癌雙肺轉移，2天前進行了碘131治療，下圖是碘131治療後的全身碘掃圖像。那之前骨掃描的問題就豁然開朗了，之前碘治療之後還有殘留的碘131滯留在雙肺，在骨掃描的時候顯影了。
問題到這裡就結束了嗎？我們還可以想的更多。仔細觀察這兩幅圖像，有沒有發現兩張圖像胸部濃聚的形態不同？碘掃中胸部濃聚為雙肺的形態，但是骨掃描中雙肺濃聚的範圍更大、更散。這是為什麼？
要解釋這個問題，還是得從技術原理的角度入手。
常用的準直器有很多種，如平行孔準直器中有低能通用LEGP，低能高分辨LEHR，高能HE，另外還有針孔準直器等等。對於不同的情況應該選用不同的準直器。我們知道骨掃描和碘全身掃所用的核素不同，99mTc是低能射線，131I是高能射線，採集這兩者應該分別用低能準直器和高能準直器。那麼這兩種準直器差異又在哪裡呢？
我們知道準直器篩選射線主要是依靠準直器中的鉛柵(Septa)，當入射的γ射線射到鉛柵後會被阻擋下來。但是這種阻擋並不是絕對的，仍然有一小部分射線能夠穿透鉛柵，最終被晶體所接收到。這種現象叫鉛柵穿透效應（Septal penetration），這種效應是我們不想看到的，因此我們就需要設計準直器以使得septal penetration最小化。最直接的辦法就是增加鉛柵的厚度，鉛越厚當然能穿透的射線也就越少，但是這裡存在另一個問題，就是靈敏度下降的問題。因為準直器的面積是固定的，鉛柵越厚，鉛孔所佔的比例就越少，所能獲得的信息量就越少，因此這裡需要把握一個度。一般我們只需要將septal penetration控制到5%以下就可以了，事實上我們臨床工作的所用的機器，septal penetration是很小的，低能準直器一般＜1%，高能準直器一般在2%左右。所以日常工作中，低能射線用低能準直器採集，高能射線用高能準直器採集，不可混淆。
但在本例中，做骨掃描時，相當於是用了低能準直器採集了高能射線，這就導致了septal penetration大大增大，這部分增加的入射γ射線會使得原有的曲線（下圖左）上多了兩個「翅膀」（下圖右），這兩個「翅膀」就是經過septal penetration的γ射線形成的。從圖中我們也可以看出，這部分射線相對會離中心點比較遠，也就解釋了我們看到的放射性分布的範圍明顯超過了雙肺的區域，更加彌散。
Case 4
最後我們來看一個有趣的病例，中年男性，因腰椎間盤突出欲行手術，術前檢查發現可疑冠心病，行負荷+靜息心肌MIBI顯像（上排stress，下排rest）。
從圖像中我們可以看到運動負荷時心肌攝取的很「詭異」，靜息時基本正常。為什麼？是心肌缺血？還是有其它原因？
我們知道除了心臟本身的問題以外，還有一些原因也是可以導致兩次顯像產生差異的，比如說注射劑量不同、運動偽影等等。但經過排查以後都不是這些原因。
心臟MIBI顯像屬於斷層顯像，但是跟一般的體部斷層不同的是，體部斷層斷360度，而心臟只斷180度。這180度並不是隨意的180度，而是右前斜RAO到左後斜LPO的180度（下圖）。這麼安排的原因顯而易見：心臟是一個靠左前位的器官，探頭離心臟越近，心臟發出的射線所經過的軟組織射線就越少（常規心臟斷層顯像是不用CT做衰減矯正的）。
但是這個患者在採集時碰到了一個特殊情況，患者因腰疼無法平卧，在檢查第一天行靜息顯像時，患者採用了向左側45度的仰卧位（下圖），為了配合患者體位，我們在採集時也採用了探頭逆時針旋轉45度配合，採集得到的靜息圖像很正常。
第二天行負荷顯像時，患者換了一種體位，採用向右側45度的仰卧位，理論上，此時我們應該將探頭順時針旋轉45度配合（下圖上排）。但由於溝通欠妥，技術人員實際採用的還是第一天的探頭角度（逆時針45度，下圖下排），這就導致了負荷顯像時採集的角度成了左前斜LAO到右後斜RPO。
從上面的分析來看，從左後斜LPO到右後斜RPO（特別是後位POST到右後斜RPO）這些角度，心臟的射線需要經過相當長的軟組織衰減才能被探頭接收到，因此，這些角度的心臟顯影會比較淡。在實際採集到的圖像中，我們可以看到此患者靜息顯像各個位置基本都能看到心臟顯影（下圖上），但在負荷顯像中，從後位POST右後斜RPO基本沒有心臟顯影（下圖下），因此，這也就相當於斷層的角度不夠，從而在圖像重建的過程中產生了偽影。
通過對這個病例，我們知道，心臟斷層顯像的角度是很重要的，在對不能平卧的患者顯像時，我們需要調整探頭起始角度，來配合患者的體位變化。
核醫學除了圖像本身之外，技術原理也是非常有意思的東西。從臨床出發，探究核醫學原理，反饋臨床，這是我們的目的。
作者：北京協和醫院核醫學科 朱文佳
圖文編輯：dapingzi
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