核素成像装置概述
本世纪60年代，核医学得到迅速普及。其所用装置称为放射性核素成像装置，方法是通过静脉将放射性元素示踪物注入受检者体内，示踪物放射出的g射线或正电子能按迹跟踪体内的放射性药物，配上专用摄影机，便能获得肝、肾、肺和骨等器官的代谢和生理信息。80年代由于放射性核素与CT相结合的放射CT(ECT)装置的问世，核医学又有了突破性进展。目前核医学诊疗中使用的ECT装置分为两种: 一种是利用γ射线放出核子的单光子发射CT装置(SPECT); 另一种是利用超短半衰期的正电子放出正光子的正电子发射CT装置(PET)。前者的全称是单光子发射计算机辅助断层扫描装置，后者的全称是正电子发射计算机辅助断层扫描装置。
一核素成像装置的种类及其发展
除SPECT和PET两种装置外，还有γ照相机—可以说是SPECT的前期形式。但是目前最常用的是SPECT，约占核医学仪器的90%以上。
γ照相机，也称安格尔照相机或闪烁照相机，有单晶体和多晶体固定式和移动式两种。各种γ照相机整机性能的提高，很大程度上取决于探测器系统的设计变化，这些变化包括增加了光电倍增管的数目和将晶体做得更薄，从而提高了空间分辨力。现今一般γ照相机所具有的光电倍增管至少为37只，固有空间分辨力已提高到1.6mm。能将光电倍增管上的模拟信号直接变换成数字信号的数字式γ照相机，已经应市。有些γ照相机已具有单光子发射计算机辅助断层摄影功能，从而进入了SPECT行列。从临床角度来看，γ照相机已不能满足核医学发展的要求，趋于淘汰。
SPECT装置具有γ照相机的全部功能，还增添了断层成像功能，所以明显地提高了诊断病变的定位能力; 加上各种新开发出来的放射性药物，如99mTC-HMPAO、123I-IMP和99mTC-SQ30217等，从而在临床中得到日益广泛的应用，特别是在脑和心脏中的临床研究方兴未艾。目前SPECT装置有单探头、双探头、三探头和四探头四种。单探头的SPECT装置不作断层扫描时，即是γ照相机。三探头SPECT装置可提高能量分辨力，能同时获取双同位素的分布数据。四探头SPECT装置采用计算机控制框架移动和探测器，有四组相对称的准直器，两种探测器头为旋转方式(角步进和连续扫描); 其灵敏度、快速扫描时间和图像质量都较单探头装置更高、更快。但临床最受欢迎的是双探头SPECT装置，因为它通过一次自头到脚的扫描，就能采集到全部图像数据，最适于作体部SPECT成像和全身扫描。
采用放射性药物FDG标记的18F的SPECT，目前已进入只有FDF PET能作的某些检查之中，并有逐渐取而代之的趋势。将一般的γ照相机与高能量(511keV)准直器结合在一起，就能进行FDG SPECT成像。当用这种放射性药物作标记时，大多数恶性肿瘤会产生相对高的对比率(病变/背景或L/B)，这只是FDG成像的优点之一。这样就能使某些分辨率不高的SPECT装置也能观察到具有临床意义的小病灶。美国Vanderbilt大学医学中心采用FDG SPECT技术检测1.8cm或更大一些的恶性肿瘤时，灵敏度达到92%。研究者还采用人体模型作试验，并指出病变/背景对比率可达到10:1或更高。因此，从理论上讲，应能观察到1.3cm大小的病灶。
FDG成像的不足之处是需要配置回旋加速器，以产生放射性核素。迄今为止，只有在最贵的PET场地上配置回旋加速器。但随着FDG SPECT成像技术的推广应用，地区性的放射性药物配给中心可能会随之增多，以促进这种较新的成像装置的临床应用。已经证实，在检测和区分头部、颈部、肺、结肠、胰、肾、乳腺以及肌肉、骨骼、肿瘤的良性和恶性方面，FDG是相当有效的。成像剂是按与肿瘤的糖酵解和增生率积累的。Vanderbilt大学的研究者认为，511keV成像的技术进展正集中在采用同时衰减校正的一致性检测上。采用双探头g照相机装置以FDG一致性检测法来检测较小病灶的可能性，将在最近的将来成为现实。
此外，使SPECT的图像达到PET水平，也是个重要的课题。目前已研制出新型的SPECT，其探头的结构形式、探测器的形状都有了很大的变化。这种SPECT除了准直器旋转外，整个探测器都是静止不动的。实验结果表明，图像质量已达到PET水平，但该装置仍在提高中，还没有投入市场。
PET装置是唯一能提供神经活动信息的医学仪器。它利用超短半衰期同位素作为示踪原子，如11C、13N、15O、18F等。由于碳、氮、氧均为正常人体组织中的基本元素，易于标记生命体所需要的各种化合物以及其代谢产物(有机化合物用卤族元素18F作标记)，因而用这种装置所获得的图像可以反映出人体的生理、病理和代谢功能状况。特别是PET装置能提供有关脑异常的定性和定量信息，在证实和确定由多发性硬化、阿尔茨海默细胞、癫痫和各种脑肿瘤引起的病灶部位方面极为有用。但使用PET装置须配备回旋加速器和建立放射化学实验室，投资和运转费用都较昂贵，所以尽管第一台PET装置早在1976年就已问世，其在临床中的应用是核医学的一个里程牌，但市场还是不大。目前正在研究经济型的PET装置，开发小型回旋加速器，普及标记物质的自动合成装置，以期使其能得到广泛的应用。
二主要生产公司
在核医学成像装置研制和生产方面占领优先地位的，主要是一些跨国大公司，如奇异、西门子、东芝、皮克以及Elscint等公司。
据最近国外报道，奇异公司和Elscint公司原则上已商定组成一个合资公司，以为两家公司生产核医学成像装置。根据协议条款，新合资公司将在以色列的海法打自己的牌号，开发和生产核医学仪器。这一新的实体正待最后签约组成。
主要从事核医学装置研制的美国ADAC公司虽非跨国性的大公司，但是却颇具竞争力，是世界上为首的三大核医学装置生产公司之一。最近该公司已与拥有340家以上医院的美国Columbia/HCA’S网络签订两年合同，为其提供核医学成像装置。
此外，还有不少其他医械公司正在研制生产核医学装置。如日本岛津公司，最近就推出SET-2400W型PET装置，其特点是具有三维数据采集功能，纵向成像区可达20cm，足以包括心脏或肝脏。
三新进展
1. 微型摄像机
美国Digirad公司(即先前的Aurora技术公司)研制出新颖的笔记本式成像装置，仅重25lb，是携带式的，这种革新化的装置是最有市场前途的一种产品。目前的成像装置约1.5t重，移动极不方便。Digirad摄像机在1996年6月召开的核医学协会大会上首次展出，即获好评。这一装置可用于医院的不同部门，包括急诊室、手术室、儿科病房和重病监护病房，进行核医学成像; 而用目前的成像装置，是不能在这些部门作这些检查的。由于这种成像装置便于携带，还能使几家医院、诊所、护理室和心脏中心合用一台仪器。该装置采用镉—锌—碲化合物固态检测器阵列，因而尺寸较小; 其数字处理性能亦高，从而加快了成像速度，将检查时间从原先的1h缩短到10min。
2. 全数字化闪烁照相机
加拿大Park医学技术公司开发出第一台采用SPECT成像技术的全数字化闪烁照相机，其名为Isocam。这台照相机组合许多革新技术，可作各种类型的SPECT检查，可提高分辨率和30%的检查率。在75%和100%的视场中，装置的分辨率为2.7mm，这要比一般装置的平均值高出30~40%，因而图像失真度很小。采用核示踪物/检测技术取代X射线来检测乳房癌，是目前用于乳腺成像的最佳方法，也是活检前的一种有效诊断方法，见表1。
目前，仅在美国，乳房癌检测的活检数已近于每年70万例，恶性肿瘤的检出率约为1/4。一例活检费估计在1,500~ 3,000美元。癌症专家们普遍认为必须具有一种更加有效的检测方法。已确证SPECT技术是一种更加有效的乳房摄影方法和补充，可大大减少不必要的活检量。实验表明此乳腺成像检查法对触诊病变或无触诊病变病人的检出率高达90%。
3. 新颖放射性药物
美国Diatide公司应用其专有的肽和放射标记技术，开发出T-99m标记合成肽(Techtide)，作为致命疾病和慢性疾病的医用成像剂。Techtide能选择性地和分子靶相结合，分子靶是限定在某部位的或者扩散开来的，以示发展中的疾病; 这样，就能产生疾病进展期的各种图像，比解剖结果更为有效，从而就可以根据病人的病情变化，及时改变治疗方案。
Diatide公司认为，对某些疾病来说，Techtide比其它成像方式更为精确、更少损伤、更加安全，性能价格比也更好。1995年8月，该公司已与世界上最负盛名的医用成像剂生产公司之一的挪威Nycomed成像公司结成包括Techtide技术在内的全面战略同盟，以期获得更大的进展。该公司的四种新型诊断产品(还有一种非肽基的治疗剂)，目前正在作临床试验，参见表2。
其中，最主要的是用于深部静脉血栓形成和颈动脉血栓形成的P280。P280以有血块生成的血小板上的糖蛋白Ⅱb/Ⅲa受体为目标。公司正在对用于深部静脉血栓形成的核医学成像的P280进行第Ⅲ期临床试验; 最近已完成用于颈动脉血栓形成的核医学成像的P280的第Ⅱ期临床试验。估计美国每年约有500,000名病人患有深部静脉血栓形成，其中约有60,000名病人将发展成肺部栓塞。引起的因素包括: 肥胖症、具有外科手术史、不活动、外科手术和创伤后继发、具有心血管疾病史、肺栓塞史、矫形损伤、皮肤溃烂以及极度水肿等。深部静脉血栓形成的发病率每年都以3~4%的速度增长。
四国际市场
在世界核医学成像装置市场上，SPECT装置的年增长率大约为7.4%，1995年的市场营业额为6亿美元，2000年时可望达到8.6亿美元; PET装置系统中，1995年扫描仪的市场营业额为0.48亿美元，示踪产品装置的市场营业额为0.26亿美元，2000年时可望有较大的增长。
1990年全世界已有6,541台核医学成像装置投入临床应用，1995年达到7,485台，五年中增加了12%。据美国市场公司(Marketline)最近发表的“全球核医学成像装置”报告，目前拥有量最多的是日本，已达到2,631台，增长量最大的是美国。西欧最大的市场在德国，目前已拥有1,370台。自统一之后，德国市场繁荣，从1990年起，已增购了190台装置。除了二手货市场颇为活跃外，前东德市场对新的核医学成像装置的需求量也在平稳增长; 先前该地区主要购置匈牙利的产品，现在已经购置由西方国家生产的技术上较为先进的装置了。其次是法国，但增量不大。该报告(见表3)统计总数并不完全，比如我国目前约拥有二百余台，但未计入。
五我国简况
我国核医学临床水平还是比较先进的，核医学成像装置的研制水平则有待提高。
我国于1974年引进γ照相机，产品来自美、日、英诸国。随后，上海市和电子工业部分别组织技术力量进行研制，并于1978年前后在上海和成都地区研制出样机。但因光电倍增管和碘化钠晶体等国产器件的水平有限，整机性能较差，此项研制工作中断。之后，引进国外光电倍增管和碘化钠晶体等关键器件，参照英国NE公司当时较为先进的机型，于1981年年底研制出两台GEA型γ照相机，并通过专家鉴定。因此，确切地说，我国在80年代初即能少量生产γ照相机。目前国产γ照相机有两种型号:GZA型(1982年)和GZB型(1989年)，但水平都较差。探头水平仍停滞在70年代末期，其固有空间分辨率约5.0mm，积分均匀性指标为5%，均逊于国外水平(分别为3.8~4mm和3%); 视场也不及国外产品大。至于目前国外产品中所采用的各种新技术，如LZP校正系统、光电倍增管增益自动稳定系统等，国产品中都还没有应用，因而差距越来越大。同时由于该装置使用的光电倍增管国内尚不能生产，大尺寸的碘化钠晶体虽能国产，但成品率低，价格几乎与进口货相等。单就这两种关键件的费用就占整机成本的一半，加上销售量小，每年约三台，一直是单件生产。迄今，这两种机型共销售四十余台，约占国内在用γ照相机总量的1/2。
国内于1983年引进首台SPECT装置以后，十余年来共有二百余台SPECT装置投入临床应用，仪器全系进口。SPECT装置每台价格在50万美元左右，故耗汇甚大，大部分医院又无法承受这种昂贵的价格，从而限制了核医学的进一步发展和普及。
我国研制PET装置的工作开展得较早，几乎比购入国外首台装置要早十
多年。研制工作始于1983年，山东潍坊于1995年才购入PET装置。中国科学
院高能物理研究所经过三年的努力(1983~1986年)，研制成国内第一台供动物实验用的PET样机。之后研制成第一台供临床用的PET机，通过技术鉴定后，已于1990年交付北京中日友好医院使用。近年又研制成功第二台PET装置，专家评定已具有90年代国际水平。
我国目前已有七百多家医院开展核医学方面的工作，但成像装置还是相当缺乏。利用已有的生产条件和研究力量，开发出普及型的g照相机和尽快研制出国产SPECT装置，应是当务之急。
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