dc面膜OCT及PET-CT在医学影像学中的应用研究毕业设计论文

2021年1月28日发(作者：脾脏切除)




毕业设计



设计题目：
OCT
及
PET- CT
在医学影像学中的应用研究






毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明


原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）
，是我个人在指导教
师的指导下进行的研究工作 及取得的成果。
尽我所知，
除文中特别加
以标注和致谢的地方外，
不包含其他 人或组织已经发表或公布过的研
究成果，
也不包含我为获得
及其它教育机构的学位或学历
而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，< br>均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作

者

签

名：





日


期：






指导教师签名：






日


期：







使用授权说明


本人完全了解

大学关于收集、保存、使用毕业设计（论
文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文） 的印刷本和电
子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供
目录检索与阅 览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制
手段保存论文；
在不以赢利为目的前提下 ，
学校可以公布论文的部分
或全部内容。

作者签名：






日


期：









学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下 独立进行研
究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，
本论文
不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研
究做出重要贡献的个人和 集体，
均已在文中以明确方式标明。
本人完
全意识到本声明的法律后果由本人承担。< br>

作者签名：





日期：

年

月

日


学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学 位论文的规定，
同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，
允许论文被 查阅和借阅。本人授权




大学可以将本学位
论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，
可以采用影印、
缩
印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。


作者签名：





日期：

年

月

日

导师签名：

日期：

年

月

日




目录

摘要
.............. .................................................. .................................................. ...............
I

Abstract
....... .................................................. .................................................. .............. II
1.
绪论
............... .................................................. .................................................. ........
1
1.1
课题意义及背景
............. .................................................. ...............................
1
1.1.1 CT
的意义及背景
................................. ...............................................
1
1.1.2 OCT
的意义及背景
................. .................................................. ...........
1
1.1.3 PET-CT
的意义及背景
. .................................................. .....................
2
1.2
研究目的和思路
.................................................. ............................................
3
1.3
本文主要内容
............................. .................................................. ...................
3
2.
技术原理以及应用
.. .................................................. .................................................
5
2.1 OCT
的原理
...................... .................................................. .............................
5
2.1.1
迈 克尔逊干涉仪
........................................ ...........................................
5
2.1.2 OCT
的原理
.......................... .................................................. ..............
5
2.2OCT
医学影像中的分类
... .................................................. .............................
6
2.2.1OCT在医学中的成像原理
................................... ................................
6
2.2.2FD-OCT
的应用
....................... .................................................. ...........
9
2.3
讨论
OCT
的医学成像发展< br>............................................... .............................
9
2.4 PET- CT
的成像原理
.................................. .................................................. .
10
2.5 PET-CT
的主要设计参数
........... .................................................. ................ 11
2.5.1 PET
部分
...... .................................................. .................................... 11
2.5.2 CT
的部分
.................................... .................................................. ....
12
2.6 PET-CT
的优势
............ .................................................. ...............................
12
2.7 PET-CT
在医学方面的应用
........................... ..............................................
13
2.7.1 PET-CT
在肿瘤疾病的诊断与治疗中的临床价值
.........................
13
2.7.2 PET- CT
在冠心病诊疗中的临床应用
..............................................
13
2.7.3 PET-CT
在大脑疾病中的作用
........ .................................................
13
2.7.4 PET-CT
在健康人体格检查中应用
..................................................
14
2.8 PET-CT
未来发展的望展
............. .................................................. ..............
14
2.9 OCT
与
PET- CT
的对比
.................................... ...........................................
14
3.
基于旋转扫描探头的光谱
OCT
内窥镜成像系统设计
........................................
16 3.1
设计的准备
................................ .................................................. ..................
16
3.2
实验前理论准备
.. .................................................. ........................................
16 3.2.1
内窥镜系统的搭建
........................... ..................................................
16
3.2.2 GRIN
透镜的设计

.
...... .................................................. .....................
18
3.2.3
高反射率介质膜的 镀制
............................................ .........................
19
3.3
实验
.................................................. .................................................. ............
20
3.4
结论
............ .................................................. .................................................
23
致谢
................................. .................................................. ...........................................
25
参考文献
...................................... .................................................. ..............................
26




摘要

断层扫描技术是一种新兴光学成像技术，
光学相 干断层成像技术和正电子发
射显像技术是近些年人们在断层扫描技术研究的基础上所发展出来的两种成像
技术。这两种技术优点显著，生物组织成像清晰，拥有广阔的应用前景，尤其在
医学领域中。< br>
但是两者也分别存在一些的局限性，
由于探测方法的特性和被探测物本身的
原 因，会使得得到的图像存在噪声以及对比度低的缺点。

本文分别说明了断层扫描技术，
光学相干断层成像技术和正电子发射技术的
原理，
介绍了光学相干断层成像技术和正电子发射 技术的理论背景，
优缺点以及
在医学领域的应用。
并且设计了一套光学断层成像技术与 电子内窥镜组合成的光
学断层成像内窥镜系统，
对于影响成像的要图表进行了分析，
通 过实验验证光学
断层成像内窥镜系统的可行性。
得到了光学断层内窥成像系统可行，
得 以实现扫
描旋转成像以及对病变组织探测的结论。



关键词：断层扫描技术；频域光学断层成像技术；内窥镜；光学相干断层成像技
术；正电子发射显像技术< br>

I



Abstract
Coherence
tomography
is
an
optical
imaging
technology,
optical
coherence
tomography
imaging
and
positron
emission
technology
are
two
kinds
of
imaging
technologies.
In
recent
years,
it
is
developed
based
on
tomography

obvious advantages of these two technologies, biological
tissue imaging
clearly has
broad application prospects, especially in the medical fields.




But there were also some limitations, due to characteristics of detecting method
and detecting material itself, it will make the image obtained by the existence of noise
and low contrast of defects.


This paper explains the principle of tomography, optical coherence tomography and
positron emission technology, optical coherence theory background tomography and
positron emission technology is introduced, advantages and disadvantages as well as
application
in
medical
field.
And
design
a
set
of
spectra
of
Optical
Coherence
Tomography and electronic endoscope combined into Optical Coherence Tomography
endoscope system, for the important parameters affecting the imaging is analyzed, the
feasibility
of
endoscopic
system
was
verified
through
experiments
in
Optical
Coherence
Tomography.
The
Optical
Coherence
Tomography
endoscopic
imaging
system is feasible.


Keywords
:
Coherence
tomography;
frequency
domain
Optical
Coherence
Tomography;
endoscopic;
Optical
coherence
tomography;
positron
emission
tomography

II



1.
绪论

1.1
课题意义及背景

1.1.1
计算机断层扫描技术的意义及背景

计算机断层扫描技术（CT
）是指通过从物体外部检测到数据重建物体内部
横断面的信息一种技术。
早在
1917
年，
丹麦数学家

的研究已为
CT
技术建立了数学理论基础。

在
20
世纪
50
年代，美国< br>Oldendorf
医生发表了一篇关于克服普通伪影的文
章，成为了真正意义上的第一 篇关于
CT
论文，此后
CT
这一名字才被使用。如
今这一成像技术广 泛应用与多种能量与粒子束，如
X
射线，
γ
射线，电子，超声
波，红 外线等。

1963
年，
美国物理学家

Cormack< br>发现
X
射线对人体不同组织的穿透率是不
同的在研究中得到了一些相关的公式，
这些公式在后来成为了
CT
应用的理论基
础。

1967< br>年，
英国电子工程师
Hounsfield
在不知道
Cormack< br>研究成果的情况下，
也开始研究一项新的技术。
此技术用于对头部的实验性扫描测量，< br>首先研究了模
式识别，然后制造了一台能加强
X
射线发射源的扫描装置，即是后 来的
CT
，用
于对头部的实验性扫描测量。
后来他又用此装置去测量全身，< br>取得了同样的效果。

1971
年
9
月，
Houns field
在一家郊外的医院里，
又和一位神经放射学家合作，
设计制造出这一种仪器 ，并开始进行头部的检查。
10
月
4
日，这个仪器迎来了
第一个病人 ，此次试验非常成功。

1972
年
4
月，
Hounsfi eld
在英国放射年学会上首次公布该结果，
这正式宣告
了
CT
的诞 生。这引起了科技界的震动，
CT
的研制成功被誉为自伦琴发现
X
射
线之后，放射学史上最重要的成就
[1]
。

而今随着
CT
技术的不断改进已产生了五代
CT
机，并进行了各种形式的改
造与创新，本论文所讨论 的光学想干断层成像和正电子发射显像技术就是由
CT
技术所发展改进而来的。

1.1.2 OCT
的意义及背景

光学相干断层成像
（
O CT
）技术是光学断层扫描，
利用近红外光相干光照射
被测组织，根据光的干涉的连贯 性，
进行表面的组织成像，
是近年来的一个新的
光学成像技术。



OCT
的背景如下：







1991
年，美国麻省理工大学的

和
J.G< br>.Fujimoto
等人采用
OCT
技术
成功地对人眼视网膜的显微结 构和冠状动脉壁成像。此专利由
ZEISS
公司购买。

1993
年，演示了人类视网膜的活体
OCT
。

1994
年，有
ZEISS
公司开发并投入商业使用。

1995
年，开始眼科的临床研究。

2000
年，
OCT
仪器体积更小，更容易操作，分辨率明显提高，出现了对视
网膜神经纤维层
(RNFL )
的分析。

OCT
技术在多个领域展具有应用，尤其是在医学领域，在某些 病症的检测
观察方面起了重要的作用。
OCT
技术最大的两项优点：

(1).

图像分辨率很高，可达
10~20
μ
m
，可清楚显示管壁各层的精细结构。

(2).
该项技术适用于小血管内成像。
在冠状动脉内应用的
OCT
成像技术已经
比较成熟，但是很少使用
OCT< br>技术来研究人类肺部的疾病。





据
2006
年的统计，
全球大概共有
5000
台在使用，
在中国大约< br>100
台多数为
第三代
OCT
。

而如今，
OCT
技术主要运用于以下领域：

眼科：
可以提 供显着性视网膜病变的影像，
以诊断和监测青光眼和黄斑水肿
和视网膜病。

耳鼻喉科：
通过成像确定的表皮和皮下膜感染病原菌，
以提高诊断的准确性。

牙科：
可采用
OCT
成像技术来确定
X
光和目测都无法发现 的早期牙齿疾病，
以进行更有效的预防程序。

1.1.3 PET- CT
的意义及背景

PET-CT
技术是由正电子发射显像
(PET )
技术和
CT
组合而成的一种医学影像
技术
[2]
，在这两 年广受关注。
PET-CT
技术有以下优点：

(1).
在早期可以 通过细胞的新陈代谢，发现小病灶隐匿性（大于
5mm
）
。

(2).

进行检查的元素是在人体中最基本的一些元素，并有一个很短的半衰
期，所接受的剂量胸部
CT
扫描剂量略高，安全和有效的，短时间内可以反复检
查。

(3).
通过细胞的代谢的信息来判断能够准确找出病灶位置，特别显著的提高了对小病灶的诊断能力。

(4).
进行一次快速的全身检查仅需
20min
。





最早与
CT
组合在一起的成像设备是单光子发射计算 机断层
(SPECT)
。旧金


山大学
(University of San Francisco)
的
H asegawa
和
Lang
等可能是最早的探索者。
早在
1991< br>年，他们就报告了双功能医学成像系统的原型机，其设计使用高纯度
的锗作为探测的物质，通过设 置不一样的能窗，来同时接受
γ
射线和
X
射线，
用以处理获得不同性 质的图像

1996
，
Blankespoor
首次报道该机制在心 肌灌注成像的设备中的应用。

1998
年，
GE Medical Systems
将基于此设计
Hawkeye
系列

SPECT- CT
推向
市场，并且获得了巨大的成功。

同年，第一台专用
PET- CT
的原型机被安装在了匹兹堡大学
(University
of
Pittsburg)
医学中心。这一台原型机是于
CTI PET System( CPS)
合作研制的，并且
获得了美国国立肿瘤研究所
(NCI)
资助。
从
1998~2001
年，
在这台原型机上做了
300
余例肿瘤病人，
取得了很好的效
果。

2000
年，
GE
公司推出了
Discovery LS
系列。

2003
年，推出了的
Gemini
型
PET- CT
。


1.2
研究目的和思路

由于
CT
在医学中有着广泛的应用前景，
而此技术最终获得的是样品的图像
信息，
因此提高此技术的成像质量就很重要。
提高成像的质量可以分为两个主要
的工作，
首先 是对成像系统设备的改进，
例如采用宽带光源，
高信噪比的光电探
测设备，
线 性扫描装置等，
即硬件处理。
再者就是成像后对于数字信号或者数字
图像的后续处理， 用软件对图像进行处理。这几年来，尽管在相干断层技术的硬
件上取得了巨大突破，
例如专用宽 带光源的研发，
但由于探测方法的本身的特性
所带来的一些问题，不是仅仅靠改善硬件就能解决 的。

现在医学中对肿瘤等病变的诊断采用活检法，病人痛苦大，确诊周期长。
OCT
的出现使人们在面对这些疾病时有了更多的办法。将
OCT
技术与医学上常
用 的内窥镜技术相结合，使
OCT
技术拥有更大灵活性，能对一些普通医疗设备
很难接近 的体内组织进行成像，拥有光明的应用前景。

1.3
本文主要内容

本文通过对现有的医学技术的分析，
同时将理论研究与生产过程中的实际情
况相结合，设计了 一套实施性比较强的内窥镜扫描系统。

第二章从迈克尔逊干涉仪出发介绍了
OCT< br>的原理，详细的介绍了频域
OCT


以及时域
OCT
的原理，拿
OCT
与传统的扫描技术作对比，找出
OCT
的优势所
在。介绍了
PET-CT
的工作原理以及
PET- CT
的优势。并且介绍了两个技术在医
学领域的应用，并进行了对比。

第三 章设计了一种旋转扫描探头的
OCT
内窥镜成像系统。首先提出理论依
据，再根据理论 依据搭建实验系统并检验。

第四章进行了总结和展望。



2.
技术原理以及应用

本章分别介绍了
OCT
与
PET-CT
的原理，
介绍了OCT
的核心迈克尔逊干涉
仪。然后将这两种成像技术与以往的成像技术作对比，分析这两 种技术的优势。

在医学上面，
OCT
技术与
PET-CT
技术都属于
CT
技术的升级完善，但是两
者的成像手段是不同的。
本章还从医 学上分析了两者重要的成像原理，
以及两者
在医学中的应用并对这两者的应用前景进行了展望。

2.1 OCT
的原理

OCT
是使用低相干性光或白 光（可见光）干涉测量仪来完成高分辨率成像
和测量的，
利用各种组织对光的反射能力、
吸收能力以及散射能力的不同对组织
成像以清晰分辨组织结构。其技术的核心是迈克尔逊干涉仪
[3]
。

2.1.1
迈克尔逊干涉仪

如图
2 -1
所示，
从光源
S
发出的光线经半射镜的反射和透射后分为两束光线，一束向上一束向右，向上的光线又经
M2
反射回来，向右的光线经补偿板后被
反 射镜
M1
反射回来在半反射镜处被再次反射向下，
最后两束光线在观察屏上相
遇，产生干涉。















图
2-1
迈克尔逊干涉仪


在
OCT
设备中，光学干涉仪是被用来 检测相干光的。从原理上说，干涉仪
可以把散射光从反射光中滤除，从而生成图像的信号。在处理信号时 ，
可以得到
从某一层表面反射而来的的反射光的深度和强度
[16]
。

2.1.2 OCT
的原理






OCT
系统结构如图
2-2
所示




图
2-2 OCT
的原理图

干涉成像的原理就是把光源 发出的光线分成两束，
一束发射到被检测的物体
上，这段光束被称之为信号臂。另一束发射到反 光镜上，称之为参考臂。后把从
组织（信号臂）和从反光镜（参考臂）反射回来的两束光信号叠加。当信 号臂和
参考臂同时达到某一长度时，
就会产生干涉。
反射回来的光信号随组织的形状而
显示成不同强弱。
把它将反光镜反射回来的参考光信号叠加，
光波定点方向一致
时信号增大（增强干涉）
，光波定点方向相反时信号减弱（削减干涉）
[3]
。形成
干涉的条件是频率相同，相位差为定值。利用干涉原理，
OCT
比较标准光源与
反射信号增强单一反射，
减弱散射光线。
由于干涉只发生在信号臂和参考臂长度
相同 时，
所以改变反光镜的位置，
就意味着改变了参考臂的长度，
则可以得到不
同 深度的组织的信号
[4]
。这些光信号经过计算机处理便可得到组织断层图像。

2.2OCT
医学影像中的分类


OCT
在医学中，被分为两个大类：时域
OCT
（
TD- OCT
）和频域
OCT
（
FD-OCT
）
。时域
O CT
是指把在同一时间从组织中反射回来的光信号与参照反
光镜反射回来的光信号叠加、干涉， 然后成像
[4]
。频域
OCT
的特点是参考臂的
参照反光镜固定不动 ，通过改变光源光波的频率来实现信号的干涉
[5]
。

2.2.1OCT
在医学中的成像原理

TD-OCT
法，
样品的深度信息是通过改变参考臂的光程来进行采集从而获得
层析图像的，其结构如图
2-3< br>。成像过程中需要将参考臂进行纵向扫描，因此限
制了其成像的速度
[12]
。
FD-OCT
法，
深度扫描的信息是通过背向散射光谱的反傅
里叶变换获得的 。简化轴向扫描过程，从而大大提高成像速度
[12]
。










图
2-3
时域
OCT
的结构图

FD- OCT
分为两种：
（
1
）激光扫描
OCT
（
SS- OCT
）
，这种
OCT
利用波长可
变的激光光源发射不同波长的光波 ；
（
2
）光谱
OCT
（
SD-OCT
）
， 它利用高解像
度的分光光度仪来分离不同波长的光波
[5]
。其结构原理如图
2-4
所示：









图
2-4
频域
OCT
结构图

FD-O CT
通过位于干涉仪出口的光谱仪，记录下了干涉信号的光谱。经过计
算，我们得到样品深度信 息，
光源发出的光被分成两束相干光，
其中一束沿深度
方向穿透物体，并由散射中心背 向散射，而另一束由参考镜反射
[5]
。

两束光在干涉仪探测臂处汇合，< br>光谱仪记录得到干涉图样，
干涉信号可以记
录为频率函数。

(2-1)
I
(
k
)
?
I
S
?
I
R
?
2
I
S
I
R
cos
（
k
*
?
l
）
I
（
k
）
是干涉臂测得的光强，
I
S
，
I
R
分别为散射光
（信号光）
和参考光强，
Δ
为
l
信号光与参考光的光程差。

式（
2-1
）中 ，
I
S
，
I
R
表现为光电探测器的直流电平，作为背景信号 ，会降低
图像的对比度。
2
I
S
I
R
cos
（
k*
△
l
）是参考光和样品背向散射光之前形成的干
l
Δ
。

涉，这个可以通过反傅里叶的变换得到样品的深度信息
FD-OCT
的光谱仪的分辨率决定其测量范围。由式（
2-2
）
，
δλ
表示光谱仪的
分辨率的大小。

2
?
1
0



























































（
2-2
）

l
MAX
?
4
n
??


OCT
图像的纵向与横向的分辨率是互相独立的。横向分辨率是由扫描光束
聚焦点的大小来 决定的。
纵向分辨率是由光源带宽来就定的。
对于高斯型谱分布
光源纵向分辨率表示为 式（
2-3
）



2
ln
2
?
2
0
l
c
?
?
?
?
（
2 -3
）

干涉信号强度与两臂的反射率以及分光比有关，
进入样品臂的光传播函数为

E
S
?
E
0
?
?
?
?
?
a
?
exp
?
?
j
?
wt
?
k< br>0
nl
s
?
?
2
?
?
?
?
?
（
2-4
）


l

为传播的 光程，
ξ
是迈克尔逊干涉仪的分光比，
α
为衰减系数，附加相位

差是
π/2
，得到的探测光强度为


I
(
k
)
?
I
S
?
I
R
?
2
I
I
S
R
c
os(
k
?
l
)< br>（
2-5
）







2
?
E
0
?
?
2
r
r
2
?
(
1
?
?
)
2
r
s
2
?
2
r
s
r
r
?
(
1
?
?
)
cos(
k
?
l
)
?
?



（
2-6
）

干涉信号强度与余弦载波的幅值
2r
s
r
r
ξ
（
1-
ξ
）
E

0
2

?

有关

，其大小为

1
2
r
s
r
r
?
(
1
?
?
)
E
?
?
2
2
0
2
2
?
2
r
s
r
r
E
0
?




当
ξ=0.5
时，干涉信号的强度最大，此时，在同等背景噪音的条件下，信噪
比也是最大的。信噪比和两臂的反射率直接相关
[13]
。

仿真结果显示：
ξ
根据
r
r
/r
s
数值 进行匹配，
ξ
为
0.01
时候可以使光谱信号变
得明显，如图
2-5
（
b
）
，但信号强度急剧的减小，所以，为了提高信号光强度，ξ
就要保持在
0.5
。


光量子
/
（
*10
3
）






























光量子
/
（
*10
3
）




























































































波长
/nm































波长
/nm





（
a
）函数比例
50/50























（
b
）函数比例
99/1






图
2-5
不同分光比条件下的信号仿真光谱



2.2.2FD-OCT
的应用



由于需要利用到机械移动参考镜，
TD-OCT
扫描的速度受到了限制。
只能 每秒
扫描
5000
条全部深度的扫描线；而
FD-OCT
大大节约了 参考镜的移动时间，每
秒钟扫描线的数目可以提高到
100000
左右。每帧图像的扫 描线也由
200
增加到
500~1000
，使得图像质量大大的提高
[17]
。

“Sew
-
up”
伪影，是一种在
TD-OCT
中常见的由 于心脏跳动而引起的运动伪
影，图
2-6
可以明显看到血管壁的断层位移。
F D-OCT
扫描速度加快后，这种伪
影明显的减少。发生率由
16.9%
降低 至
2.7%
。图像质量分析也发现
FD-OCT
和
TD- OCT
比较成像清晰节段的比例明显提高。


















（
a
）




















（
b
）


















（
c
）

图
2-6
各种情况下的成像情况

图
2-6(a)TD- OCT
中经常见到的
“sew
-
up”
伪影；

图
2-6(b)FD-OCT
成像过程中指引导丝的固定伪影；

图
2-6(c)FD- OCT
扫描直径超过检查视野范围的血管时，经过傅里叶转换产
生的
FD- OCT
特有的伪影
[6]
。

2.3
讨论
OCT
的医学成像发展

OCT
技术的 优越性，使得它拥有各种各样的应用，其中，医学成像上的应
用占主要地位。

首先， 卓越的光学切割能力，使得
OCT
扫描仪能在超越传统的共焦显微镜
可达深度对微组织 结构进行成像。另外一个有利因素就是
OCT
拥有超高频超声
成像的能力，当以
OCT
系统为基础，超高频超声成像技术可以用低分辨率探知
更大的深度，而且硬件花费低， 因此极富竞争力。

超声波采用声波来测量长度，而
OCT
采用的是光波测量距离，因此后者的


精确性要明显的高于前者。此外。
OCT
装置可以对样本的内部或者外表进 行测
量，而不需要与样本直接接触。因为装置是以光导光纤为基础的，所以以
OCT
为 基础的装置很结实，可以包装紧密，携带方便，并且能够很容易的与导管、内
窥镜、腹腔镜以及外科探针 等界面进行直接对接
[7]
。

OCT
临床应用在视网膜疾病，黄斑 疾病，视神经疾病，青光眼等疾病的诊
断，鉴别诊断，病情的临测以及发病机制的探索，定量评估，治疗 方案的选择，
疗效评价等方面已显示出主要的应用价值，
弥补了其他眼底检查方法以及眼底荧< br>光素血管造影的不足。

OCT
检查存在一定的局限性。
OCT
是靠组织结构的反光性质的不同，对组
织进行辨别的。
视网膜断层中，
真正较易区别 的有神经上皮光带，
色素上皮光带，
神经上皮层结构尚难以明确分辨。
OCT
采集图像的时间场，短时间获得大量图
像资料仍有困难。其横向分辨率比较低，
不能对视网膜进 行大范围的扫描。
入射
光的因素可以影响成像效果，比如屈光向质浑浊，人工晶体偏位，视网膜 出血，
视网膜下液积聚集较多等均可导致成像误差。

2.4 PET- CT
的成像原理










图
2-7 PET-CT
的原理图

PET< br>是由探头，数据处理系统、图像显示系统以及检查床组成的（图
2-7
）
。PET
使用的是正电子示踪剂，
当在核素衰变的过程中，
正电子从原子核内部放出
后很快与自由电子碰撞湮灭，转化成为一对方向相反，能量为
511keV
的
γ
光子
[18]
。在这光子飞行方向上对置一对探测器，便可以几乎在同时收到这两个 光子，
由此可以推定出正电子发射点在两个探头间连线上。通过环绕
360°
排列的多 组
配对探头，得到探头对连线上的一维信息。
信号向中心点反投射，
并且加以适当

的数学处理，最后便可形成断层示踪剂分布的图像。代谢率高的组织或者病变，
在
PET
上呈现明确的高代谢亮信号，代谢率低的组织或者病变，在
PET
上呈现
低代谢暗信号
[2]
。

不同标记物的半衰期长短不一，对于 半衰期短的标记物要求
PET
具有很快
的采集速度。而
PET
的采集 速度与
PET
使用的晶体密切相关。
PET
晶体吸收
γ
射线 ，
把吸收的一部分能量转换为可见光或者紫外光子，
通过光电倍增管转换为
电信号，< br>PET
晶体对
PET
的性能起决定性的作用。

PET
主要根据示踪剂选择性的反映组织器官的代谢情况，
从分子水平上反映
人体组织的生理，病理 ，
生化以及代谢等变化，
尤其适合人体生理功能方面的研
究。
但是图像的解剖 结构不清楚，
CT
可以采用
X
射线对
PET
图像进行衰减校 正，
极大地缩短了数据采集所需要的时间，从而提高了图像的分辨率，使人们利用
CT
图像对
PET
图像所显示出来的病变部位进行对应的解剖和诊断
[18]
。< br>
由此
PET-CT
从根本上解决了核医学图像解剖结构不清晰的缺陷。
使核医学
图像真正的达到了定量的目的并且提高了诊断的准确性，
实现了功能图像与解剖图像信息的相补
[19]
。

2.5 PET- CT
的主要设计参数

2.5.1 PET
部分

由前文已经了解到，
PET-CT
所选用的晶体材料直接影响
PET-CT< br>的成像质
量，
目前来说，
PET
选用的晶体材料有
3
种：
BGO
，
LSO
和
GSO
。
它们对于
511MeVγ
光子的信息采集各有优势。如表
2-1
所示：

表
2-1
三种
PET
晶体材料主要特性的比较

晶体材料

BGO
LSO
GSO
511MeVγ
光子平均衰减距离
（
mm
）

10.4
11.4
14.1

光输出量（光
子数
/MeV
）

9000
30000
8000
余晖时间
ns
300
40
60




BGO
具有较大的原子序数与密度 ，
这使得它对
γ
光子具有很好的拦截能力，
有效增加灵敏度。主要的缺点是余 辉时间比较长，不利于
3D
采集。成本相对而
言是比较低的
[20]
。



LSO
只有约
40ns
的余辉时间，高光输出量仅比
BGO
低
1.5
倍的灵敏度。
它
成为非 常适合
3D
采集的快速晶体。它的缺点是，光输出量与能量不成正比，即
使是同一批次 的晶体，光输出量也有可能相差很大。

GSO
是
LSO
的有力的竞 争者，虽然其光子拦截能力相对略差，光输出量也
比较低，但是其能量分辨率远高于
BGO和
LSO
[8]
。

扫描速度是
PET-CT
的重要参数之一。用
CT
代替了常规的透射扫描进行衰
减校正是节省时间的主要方面， 而
PET
部分多选用
3D
采集。通过
3D
采集，一
般均可将每个床位的采集时间缩短
2~3min
，
2D
采集约
5~6 min
，其中
LSO
晶体
在这一方面的优势最为明显。另外，
BGO
晶体如果能够尽量增加噪声等价计数
率，也可以适当的缩短采集时间，提高扫描的速度。当然， 采集时间与病人体重
和给药剂量都会有很大的关系。

3D
采集代替
2D
采集，确实增加了灵敏度，但也大大增加了随机符合和散
射符合，
并使死时间增加 ，
从而导致计数错误和丢失。
为尽量减少这些因素的影
响，可以缩短符合时间窗，但这就要求晶体的余辉时间尽量短，
或具有更好的能
量分辨率，
以增加抗散射能力 。
采用
LSO
晶体可将符合时间窗缩小到
6ns
，
采用GSO
晶体也可以把符合时间缩短至
8ns
，
GSO
还具有较好 的能量分辨率，因此，
这两种晶体用于
3D
采集具有优势。经典的
2D
采集也有其固有的优势，即轴向
均一性更好，定量计算也相对更准确
[8]
。

2.5.2 CT
的部分

CT
部分的主要性能参数是探测器排 查数与旋转速度，这决定
CT
的扫描速
度。在做心脏的检查时，一般
CT排数至少为
8
排，但是最好是
16
排。对于肿
瘤检查则不受限制 。但是，
扫描速度快也是有要求的：
如果病人能在一次屏息的
时间能，至少完成胸部扫 描，则对于减少图像伪影与对位误差也是有帮助的
[9]
。

2.6 PET-CT
的优势

PET- CT
和传统的
PET
或者
CT
相比，存在很多优势。绝大多数的疾病都会
经历从基因突变到代谢异常再到形态改 变的发展过程。
CT
检查密度的分辨率高、
定位十分准确，
但是只有当疾病发 生到了“形态改变”这一个阶段的时候才能被
发现，因此，不能达到“早期诊断”的目的。传统的
PET
检查，虽然能在“代谢
异常”这一个阶段发现病灶，
但是，由于缺乏周围正常 组织的相对照，从而致使
定位模糊。

PET-CT
一次显像就能同时获得< br>PET
和
CT
两者的全身各个方向的图像，一


方面充分发挥了两者的优势，另一方面又有效地弥补了两者的不足。

作为当今世界上最完美、最高档次的医学影像设备，
PET- CT
全面的实现了
医学影像学的
“
四定
”
目标：

“定位”：发现病变和明确病变部位；

“定性”：明确显示形态和功能变化的病理和病理生理性质；

“定量”：量化疾病或者病变在形态学上以及功能上的改变；

“定期”：确定疾病的发展阶段。

2.7 PET- CT
在医学方面的应用

2.7.1 PET-CT
在肿瘤疾病的诊断与治疗中的临床价值

（
1
）诊断及鉴别恶性肿瘤或者病变；

（
2
）进行精确的肿瘤临床分期；

（
3
）有利于指导或调整临床治疗方案；

（
4
）帮助制订肿瘤放疗计划。

2.7.2 PET- CT
在冠心病诊疗中的临床应用




（
1
）准确、无创地诊断有症状或者无症状冠心病。





（
2
）
估测溶栓治疗、经皮冠状动脉成形术、支架植入 和其冠脉血流重建术的
治疗效果。




（
3< br>）跟踪观察有高危险因素人群（遗传病史、不良生活习惯、高血压、高血
脂、高血糖等）冠心病的 进展或转归，定制相应的防治措施。




（
4
）心肌梗塞后及其他坏死性心肌病治疗前存活心肌活力判断。

2.7.3 PET-CT
在大脑疾病中的作用

（
1
） 各种大脑疾病（脑血管性疾病、癫痫、帕金森氏病、脑原发肿瘤、早
老性痴呆和血管性痴呆等）的定性、 定位诊断，了解其影响范围和程度；

（
2
）脑瘤的分类、分型、定性和预后评估；

（
3
）检测退行性脑病的功能障碍；

（
4
）脑瘤复发灶与坏死灶鉴别；

（
5
）预测外科手术损伤脑组织，造成脑功能障碍的程度。



2.7.4 PET-CT
在健康人体格检查中应用

在健康体检 方面，
随着人们生活方式，工作压力的改变，出现了退行性疾病
的低龄化以及肿瘤发病率持续上 升的情况，定期进行
PET-CT
体检，可以早期发
现这些处于萌芽状态的病灶，从而 达到早发现，早治疗，早康复的目的，同时还
可以对一些良性病变进行监测，以提高生活和生命质量[11]
。

2.8 PET-CT
未来发展的望展

PET-CT
自
2000
年底正式商品化，发展速度非常迅猛，在短短的13
年的时
间内，已经经历了数代产品的更新。未来
PET- CT
仍将会有更大的发展，主要有
以下几个方面：

（
1
）
PET
与
CT
的融合进一步加强；

（
2
）
PET-CT
的应用领域进一步拓展；

（
3
）
PET- CT
将代表
PET
成为未来发展的主流；

（
4
）
PET- CT
的发展也将促进相关技术的进步
[10]
。

自问世以来，
PET-CT
已充分体现出临床应用价值，并且不断改进升级。现
在已经应用
64
层螺旋
CT
，
采集时间更短，
图像质量更 高，
并应用了新的探测器，
光衰减常数时间更短，
进一步提高了图像的空间分辨率，< br>把核医学影像带入到一
个新高度，随着应用领域的不断扩大，
PET- CT
必将对人类的健康发挥更加重要
的作用。


2.9 OCT
与
PET-CT
的对比

前面的章节对两种成像技术做了一个 比较详细的介绍，
通过归纳，
可以对两
种医学成像技术做一个对比。

首先
OCT
和
PET-CT
的医学成像的基本原理是不同的。
OCT
系统的核心是
迈克尔逊干涉仪，在此基础上添加相关增强效果器件。而
PET -CT
是利用正电子
放射同位素对生物的功能、
代谢和受体分布等进行检测从而进行医 学成像的。
成
本相对来说，比
PET-CT
要低廉。
PET-CT< br>在现代医学中因其特殊的检查方式，
很受欢迎，这点是
OCT
所达不到的。PET-CT
的准确性相对而言也是比较高的，
对于相对较难检测的位置，
例如人 体内部的大脑，
心脏等位置，
PET- CT
比起
OCT
有巨大优势。

但是
PET- CT
需要注射放射性同位素，至今也不能确定其是否对人体有害。


而OCT
则不需要放射性同位素的参与，所以从健康方面来说，
OCT
的应用应该< br>更加的广阔。





在第三章节设计了一套OCT
内窥镜系统，
这种技术可以弥补
OCT
成像的一
些短板， 使
OCT
系统在面对复杂，难以测量的部位也可以发挥其原有的功能。