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第一节 核医学成像技术
核医学分子影像技术的目的就是对期望的人体内部特定分子靶点进行特异性标记成像。分子影像技术至少有两个关键部分：即分子探针和高灵敏的探测技术。分子探针能与体内特异性分子靶点结合，使之显现并被探测，是实现分子影像的首要条件。分子探针的构建决定着分子影像的特异性，基本要求包括：①与靶分子有高度的特异性与高亲和力；②能够穿过人体内相关的生理屏障，高效、高浓度到达靶细胞，并实现信号放大；③具有生物相容性及稳定性，并能参与人体相应的生理代谢、免疫或受体结合、基因表达等相互作用及反应性过程。分子探针的构建是分子影像学研究的关键环节，涉及多个学科领域，是该领域最热点、最前沿的问题，也是最变化莫测、最能展现突破的研究课题，更是转化医学最为基础的应用工具。
核医学分子影像第二个关键部分是高灵敏的探测技术，目前常用的分子影像探测设备，主要是核医学的SPECT/CT和PET/CT，可以对放射性核素释放出来的γ射线进行断层显像。放射性核素可以标记参与人体活动所需的代谢底物（如葡萄糖、嘌呤或嘧啶、脂肪酸、氨基酸等）、特异性抗体或受体的配体或寡核苷酸等分子化合物构建特异性探针。当此类探针引入人体后，可利用成像设备实时定量观察一定时间内核素标记的相应分子在体内的分布、代谢、排泄等动态变化。根据核医学分子成像设备的不同，以及特异性分子探针在生物机体中代谢模式或疾病病理生理过程中作用的不同，核医学基本成像技术可以分为以下几种类型。
一、单光子成像和正电子成像
根据显像设备和图像采集原理的不同，核医学成像技术可以分为单光子成像和正电子成像。
1.单光子成像（single photo imaging）
主要指通过γ相机或SPECT显像设备对放射性核素释放的γ射线进行采集处理的成像技术。目前，在单光子成像中应用最普遍的放射性核素是 99mTc，其释放的γ射线能量约140keV。
2.正电子成像（positron imaging）
主要指通过PET或双探头SPECT显像设备及符合采集原理，对发生正电子衰变的放射性核素经过湮灭辐射产生能量为511keV的一对γ射线进行同时采集的成像技术。由于发生正电子衰变的放射性核素多为生物体组成的基本元素如碳、氮、氧等元素，能够真实地反映生物体的生理、生化过程。因此，正电子显像技术在生命现象的研究中具有非常重要的价值。目前，在正电子成像中应用中最为普遍的放射性核素是 18F和 11C。
二、平面显像、断层显像和全身显像
1.平面显像（planar imaging）
即二维成像。是指通过成像设备（如γ相机或SPECT）对靶器官单一方向所有释放的γ射线进行采集的成像技术。目前，平面显像在临床核医学中的应用仍是相当普遍。平面显像可以简单快捷地反映靶器官的功能表现。但是，平面显像对单一方向前后位置的放射性γ射线并不能在图像中进行甄别。在临床应用中，根据显像目的一般还需要进行多方位平面显像。
2.断层显像（tomography imaging）
是一种三维成像技术。是指通过成像设备（包括SPECT、PET）对靶器官所释放的γ射线进行多平面采集，并应用计算机对所获得多平面采集信息进行投影、重建等图像处理技术进行处理，不仅可以获得靶器官的横断面、冠状面和矢状面等三维断层图像，还可以通过图像处理获得任意方向断层图像及三维立体图像，可以更为清晰、细微显示靶器官或靶病灶的功能。由于断层显像需要进行多平面采集，因此采集时间相对平面显像要长，对计算机的运行速度要求也更高。
3.全身显像（whole body imaging）
是指通过成像设备对引入机体内的放射性核素所释放的γ射线进行全身采集的成像模式。全身显像也是一种连续位置平面图像采集处理后图像，在核医学中应用较为普遍。如全身骨显像，全身肿瘤显像等。其优势是可以通过一次成像了解放射性药物在全身的分布情况。
三、阳性显像和阴性显像
1.阴性显像（negative imaging）
又称“冷区”显像（cold spot imaging）。核医学图像中病灶显示为特定放射性药物摄取减低或缺损的一种成像方法。主要应用于显示功能减低或失去正常功能的局部组织。特定的靶向性放射性药物能够被正常功能的组织器官摄取，在图像中表现为高放射性背景；而功能减低或失去正常功能的组织不能摄取特定放射性药物，在图像中表现为冷区。目前，阴性显像主要应用在反映脏器功能和血流灌注等方面。
2.阳性显像（positive imaging）
又称“热区”显像（hot spot imaging）。核医学图像中病灶显示为特定放射性药物摄取增加的一种成像方法。主要应用于显示病变组织。特定的靶向性放射性药物被病灶组织摄取，在图像中表现为热区；而病灶周围的正常组织或器官并不能摄取特定放射性药物，在图像中表现为低放射性或无放射性背景。目前，阳性显像主要应用在反映具有异常功能的病灶。
四、静态显像和动态显像
1.静态显像（static imaging）
指通过成像设备在一个时间点对靶器官所有释放的γ射线进行采集的成像技术。静态显像选择的时间点一般是在特定的靶向放射性药物被靶器官或靶病灶摄取达到高峰或相对稳定，且与非靶器官或靶病灶组织的放射性药物摄取比值（靶本比）达到足以在图像中清晰显示病灶的时候。由于静态显像可以根据需要采集足够的放射性计数，图像较为清晰，分辨率较高。
2.动态显像（dynamic imaging）
指通过成像设备对靶器官所有释放的γ射线进行连续时间点采集的成像技术。动态显像是核医学成像的一个优势，可以反映特定放射性药物被靶器官随着时间变化进行摄取和洗脱的动态变化过程，非常适用于脏器功能的判断。而且，通过建立数学模型，还可以对动态显像数据进行定量分析。
3.门控显像
是指通过机体生理信号触发模式采集进行门控。例如通过心电图的R波触发R-R间期内等时进行采集。这种门控采集一般需重复采集数百次，将各次采集到的相同时间的信息都按像素贮存，当计数足够时停止采集，从而重建出具有门控信息的图像。门控采集可以减少生理运动所带来的伪影，增加图像分辨率。并可以通过计算获得功能参数。如通过心脏门控采集可以在了解心肌缺血的同时，获得左室射血分数等参数。
五、早期和延迟显像
1.早期显像（early imaging）
指靶向放射性药物引入体内后的第一个时间点进行图像采集的成像方式。显像的时间点与放射性药物的显像原理密切相关。
2.延迟显像（delay imaging）
是相对早期显像而言。是指在靶向放射性药物引入体内第一个时间点进行显像后，经过一定时间后再次进行图像采集的成像方式。延迟显像的目的主要是改善早期显像对于病灶性质判断的不足。
六、静息和负荷显像
1.静息显像（rest imaging）
是指基础状态下，通过成像设备对靶器官所有释放的γ射线进行采集的成像技术。核医学大部分成像方法均是在静息显像。
2.负荷显像（stress imaging）
也称为运动显像。是指在运动或药物介入状态下采集靶器官放射性分布的成像方式。一般与静息显像联合使用。负荷显像主要用于脏器储备功能的检查，可以检测静息显像时不能发现的病变。