我国最早的核医学影像设备是直线型扫描机，20世纪60年代末从国外引进后国内很快就开始生产并用于临床。扫描机是小直径碘化钠晶体、单个光电倍增管和准直器组成的小口径探头作S形机械扫描，把扫描区域中测得的各点放射性计数以疏密浓淡(黑白)或色彩的变化显示出影像。它的出现使核医学步入了医学影像领域，拓宽了核医学临床诊断的应用范围，确立了它在医学领域的地位。70年代中我国陆续引进了多台图像分辨率、均匀性和灵敏度都远优于扫描机的伽玛(γ)相机。由于g相机采用大直径闪烁晶体和多个光电倍增管组成的探头采集图像，扩大了实时采集范围，大大提高了成像性能。早期的γ相机均为单探头、小视野的平面型相机，要获取断层图像必须依靠斜孔准直器和检查床作相对圆周运动以采集4~8层不同深度的图像，这样的图像质量很差，是核医学断层的雏形。这时期我国医学物理学家开始研制开发国产γ相机，1997年第一台国产γ相机投入临床使用。80年代初我国引进了第一批单光子发射断层仪(Single Photon Emission Com-puterized Tomography，SPECT)，它们的投入临床使用标志着我国核医学影像登上了一个新的台阶。进入90年代后，各种新型的SPECT相继在全国各地医院投入使用，大视野、薄晶体和双探头、三探头等国际先进的SPECT系统受到临床的欢迎。随着正电子发射断层仪(Positron Emission Tomo-graphy，PET)和具有符合探测功能的SPECT在我国投入临床使用，我国核医学跨上了21世纪分子核医学的新里程。
二 核医学影像设备的现状
现今的核医学影像设备主要为g相机和PET两大类。由于平面g相机的发展没有明显的变化，数量明显减少，因此本文主要探讨旋转型γ相机，即SPECT的进展状况。现在大多数文章中都把具有符合功能的SPECT归在PET系列，本文为了便于叙述仍把它归在SPECT系列中，这如同PET/CT属于PET系列而不归与CT一样。
1. SPECT的现状
SPECT从外形上分为三类: 单探头、双探头和三探头SPECT。从探头的性能来看，可以分为: 模拟探头、半数字化探头和数字化探头。模拟探头输出的信号是模拟信号，输入计算机后才进行模/数转换，进行数字化处理。数字化探头中的每一个光电倍增管输出端都接一个模/数转换器，直接获得数字信号。这样就大大减小了信号的损失，提高了探头的定位精度，改善了SPECT的性能。半数字化探头介于上述两者之间，它把探头中光电倍增管分成若干组，按组进行数/模转换，探头输出数字化信号。这样的好处是提高系统性能的同时，降低了成本。现在SPECT高端产品毫无例外的都采用全数字化探头。
早期SPECT的衰减校正都使用计算机软件，它的优点是方便、快捷、成本低，但是精确性较差。随着临床对核医学影像定量测试要求的提高，SPECT的衰减校正开始使用穿透源来获取人体各部位的准确衰减值图谱，以此提高衰减校正的准确性。衰减校正的穿透源使用放射性核素或X射线。用X射线进行衰减校正的同时可以获得定位CT图像。将该CT图像与SPECT或PET图像融合，可以为临床诊断提供更多有价值的信息。
由于多探头SPECT的使用，使得原来只能探测单光子的SPECT有了进行探测正电子的可能，90年代后期这类复合型SPECT开始供应市场。现在的SPECT已经能够完成相当一部分PET的工作。为此，核医学影像设备也可分为单光子探测设备、正电子探测设备和混合型探测设备，其中混合型包括具有正电子探测功能的SPECT和具有多模式成像功能的PET/CT。对双探头和三探头SPECT而言，可分为: 带有符合探测功能和不带符合探测功能两大类。
带符合功能的SPECT也叫复合型SPECT(Hybrid SPECT，HSPECT)，它的主要特点是首先能满足单光子断层成像的要求，在此基础上增加了正电子符合成像，如果配备511keV超高能准直器的话，还能进行511keV单光子断层采集。根据这些基本要求，这类设备必须是双探测器或双探测器以上的多探测器组成的探测系统。目前国内投入临床应用的这类设备以双探头系统为主，少数为三探头系统。HSPECT的另外一个重要特点是，探测器晶体虽然仍采用NaI(Tl)晶体，但是为了阻止511keV光子穿透晶体逃逸，晶体厚度比普通SPECT要厚一些。目前商品HSPECT的晶体厚度为15.9mm(5/8英寸)、19.1mm(6/8英寸)和25.4mm(1英寸)，其中以切缝型25.4mm晶体的性能最好。它无论对140keV低能g射线的分辨率，还是511keV高能g射线的光转换率和采集灵敏度都优于另外两种厚度的晶体。25.4mm(1英寸)厚度的晶体于2001年开始商业使用。为了在提高符合探测灵敏度的同时不降低低能成像的分辨率，晶体采用了半厚度切割技术。经过切割后的晶体，每条切缝形成了空气与晶体密度变化的界面。切缝形成的界面可以有效地防止射线转换后的荧光在后半部分(切割部分)发生漫射，提高了系统(主要是低能成像系统)的分辨率(见图1)。
采用25.4mm切割晶体后，系统的真符合计数率比15.9mm晶体提高了4.7倍，缩短了符合采集时间，并且提高了系统(低能和高能)分辨率。表1给出了9.5mm(3/8英寸)、15.9mm和25.4mm切割晶体在不同采集方式时的探测效率。
我国由于PET的引进、回旋加速器的广泛使用，使18F-FDG药物及新型18F-FLT、18F-FMISO药物的供应不再局限在北京、上海和广州，提高了各大医院对用SPECT进行正电子成像的兴趣，HSPECT的数量迅速增加。
2. PET的现状
PET是对用正电子放射性核素标记的示踪剂，进行探测、采集和重建成像的医学影像设备。PET获得的影像主要与人体组织、代谢和细胞分子水平的功能有关，称为功能影像。PET用短半衰期放射性核素，如: 11C、13N、15O和18F等标记的示踪剂可直接参与人体生物代谢，因此PET影像更确切地表达人体生化、生理和病理的状况。在神经系统、肿瘤和心血管系统等领域的临床诊断中，PET展现出无法替代的优点，受到越来越多的关注和重视。正因为PET扫描近十年来在临床诊断、放射治疗计划设计、外科手术方案的制定和肿瘤放化疗疗效的监测等诸多方面确立了应有的地位，致使医学家和医学物理学家投入了大量的热情致力于对PET不尽人意之处(例如: 信噪比偏低、分辨率偏差、影像定位性能不理想、扫描速度较慢等)进行研究和改进，设法在仪器结构、元器件材料和图像处理软件等方面寻找解决的突破口，一些研究成果已由实验室研究进入商品化用于临床。
目前商品化PET从机型结构上看可分为: CPET，PET和PET-CT。CPET可称为简易PET，由于它大多数采用NaI(Tl)晶体，探测器的数量较少，因此系统分辨率和灵敏度都不如PET。但是它价格较低，并能满足基本临床诊断的要求，可以把它作为一种过渡性的正电子符合探测设备。
单独PET(不配备CT)分为固定式和车载式两种，固定式PET安装在医院、诊疗中心或PET中心，能与医用回旋加速器结合进行高质量的临床诊断，以及临床前基础研究。微型PET也属于固定式PET家族的一员，它也叫动物PET，主要用于临床前研究、药理实验等基础研究。它的特点是分辨率较高，目前微型PET的最高系统分辨率可达1mm。车载PET安装在大型载重车上便于移动，它适合数家中小型医院之间调配使用、资源共享、节约资金，它的占有率在欧美发达国家呈上升趋势。不同型号的PET的系统整体设计会有较大区别。特别是探测器的设计，由于使用的探测晶体不同，设计者用不同探测器结构组合(不同晶体厚度、晶体大小、晶体切割方式、光电倍增管数目等等)使PET的整体系统性能达到最佳理想状态。目前使用最多的晶体是: BGO、LSO、GSO，它们在性能特点上各有千秋，若从性价比来权衡，还是使用历史悠久的BGO最好。除了探测器结构组态的不同外，PET还有二维(2D)和三维(3D)采集方式的不同。2D采集时等效噪声计数率高，轴向视野内探测灵敏度均匀，重建后的图像定量分析精度较高，生物靶区定位准确性较好，但是采集的灵敏度远不如3D采集; 3D采集时随机符合和散射符合计数较高，致使等效噪声计数率降低，此外轴向视野探测灵敏度的均匀性较差，但是3D采集的灵敏度很高。3D采集是PET的发展方向，只不过目前3D数据的重建、3D动态采集的重建和3D衰减校正尚未建立十分理想的(在精度和速度都能被临床认可的)数学模型。为此2D采集在PET图像定量分析、放射治疗生物靶区确定及非纯正正电子核素采集处理中具有重要的作用。
PET/CT是把PET和CT设计安装在同一机架上，PET进行功能影像扫描，CT进行解剖影像扫描后与PET图像同机融合，完成功能图像的定位和衰减校正。因为CT是2层、4层、6层、8层或16层的诊断CT，因此它可以单独使用进行临床诊断。PET/CT并不是PET与CT简单的结合，在系统特性和临床应用上具有其不同凡响的特点:
(1)PET/CT减少了衰减校正所需时间。PET的衰减校正是必需的，没有衰减校正的图像会产生伪影。PET/CT衰减校正的穿透采集比传统PET节省80%的时间，同时提供了更高的精度。这样不仅提高了设备的利用率，还大大增加了衰减校正的准确性。
(2)具备PET/CT独特的功能。例如肿瘤全身显像，PET/CT和传统PET相比(由于穿透采集时间的缩短)至少节省一半时间。对于心脏研究，传统PET无法进行门控断层采集，而多排螺旋CT如果时间分辨率足够高的话就能够进行PET/CT心脏门控断层的采集和衰减校正，达到高精确度定量分析的目的。进行神经系统研究时，由于PET分辨率较低，血流灌注图像在临床上的应用受到一定程度的限制，可以采用CT灌注成像取代传统PET脑血流灌注成像。
(3)系统的PET和CT具有同一机架、检查床和图像处理工作站。同一机架和检查床是保证同机图像融合的基础。正因为有了PET/CT融合图像，改变了30%临床诊断结果，减少了辅助检查的开支，增加了临床医师对影像诊断的信心。PET/CT同机融合技术在临床诊断、治疗方案制定、治疗效果观察中所发挥的作用越来越明显。采用功能代谢图像和CT解剖结构图像相结合，确定放射治疗靶区的方法已经广泛被临床接受和认可。
(4)PET/CT中衰减校正后的PET图像分辨率高于传统PET图像。在PET/CT中:PET图像分辨率=[(未衰减校正PET图像)2+(衰减校正MAP图)2]1/2
CT衰减校正图的分辨率约为1mm，而放射性核素穿透源衰减校正图的分辨率约为8mm。很明显，衰减校正后的PET/CT图像分辨率优于传统的PET图像。
(5)PET/CT胸部图像因为呼吸运动带来线状伪影: 传统PET采用放射源进行穿透衰减校正时，每个床位一般需要2~3min，所用时间与发射扫描接近，呼吸运动对穿透扫描和发射扫描的影响基本相同。虽然呼吸运动的影响使传统PET衰减校正的精度降低，但它获得的图像在肺底和肝脏中间不会发生线状伪影。PET/CT衰减校正使用的CT图像是在非常短时间内获得的，用于衰减校正的穿透图像和PET发射图像产生不一致性，在肺底和肝脏中间会出现线状伪影。目前已有用呼吸门控技术来消除线状伪影提高肺部PET/CT图像质量的报道。
三 核医学影像设备的新进展
1. 探测器的研究和进展
PET探测器的结构变化经历了几十年的探索与改进，从单环到多环、从六边形到圆形，每一种结构的改进都是为了满足不同要求，提高原有的性能指标(如: 空间分辨率、灵敏度等)。发展到今天，用于临床的PET大多采用多晶体组合结构。这种结构的优点是，可以用较少的探测器得到较多的环数、较大的轴向视野和较高的空间分辨率。除了环结构改进和多元化外，对理想新晶体的探索和开发一直是PET研究的热门课题。早期PET探测器多数选用NaI(Tl)晶体，它的能量分辨率较高，价格便宜。随后的研究发现，BGO晶体密度大，探测效率高、稳定性好，逐渐得到广泛使用。近几年LSO、GSO等新的晶体材料获得广泛研究，由于它们的某些物理参数优于BGO晶体而被采用，现在已进入商品化应用。近来由于采用大块切割晶体和整体探测计算定位等新技术，NaI (Tl)晶体又得以使用。医学物理学家孜孜不倦地寻找着能显著提高PET性能的晶体，可是至今尚未获得一种十全十美的材料。例如: 氟化钡(BaF2)晶体的衰减常数极小(0.8ns)，但是它的发光波长却在紫外光段(200nm); 氟化铯(CsF)晶体的衰减常数也较理想(4ns)，但是它的发光强度偏弱。其他类似情况还很多，不同的晶体有各自不同的优点和缺点。为此物理学家研制了复合晶体，使单种晶体的各自优点在复合后都能较好地发挥，取得理想的效果。如: LSO和NaI(Tl)复合后用于511keV正电子符合成像和140keV单光子发射成像; LYSO和GSO或LSO和BGO等组合的双层晶体联合应用在动物PET设备。由于复合晶体的成本较高，目前仅仅有一部分产品投入应用阶段，大部分产品尚未商品化。PET设备另一个重要的进展就是使用位置敏感的光电倍增管(Position Sensitive Photomultiplier Tube，PSPMT)，PSPMT明显提高PET系统的灵敏度和分辨率。
多种新型探测器正在研发之中，半导体碲化镉锌(CZT)探测器就是十分有前途的一种。半导体探测器显著提高系统能量分辨率(通常达6%左右)，具有光电倍增管探测器无可比拟的高灵敏度，并且保持了高分辨率。它在同样放射性强度的情况下，可获得比一般探测器高数倍的计数率，因此保证了采集图像的质量。半导体探测器的稳定性和价格等问题逐步得到解决，小规模商品化已得到实现，平分甚至取代现役传统探测器的局面很快会到来(见图2)。
现在处于研究阶段的新型探测器还有: 时间投射电离室(Time Projection Chamber，TPC)和液体氙(Liquid Xenon，LXe)探测器等。TPC探测器是由微像素室(Micro Pixel Chamber，m-PIC)阵列组成气体室探测器，m-PIC的探测电极的间距只有400mm，可以对g射线精确定位(见图3); LXe探测器是以液氙电离室取代晶体，取得更理想的时间分辨和定位精度(见图4)。它们共同特点是都具有很高的空间分辨率和时间分辨率，并且发光效率比NaI(Tl)晶体高一倍。这类全新的定位模式的探测器摆脱了机械准直，因此做到了保持高分辨率的同时仍然具有很高的灵敏度。随着众多科学家不懈的努力，有望在不久的将来高性能的探测器很快能投入SPECT、PET设备的临床使用。从发展的角度来看，半导体探测器将成为核医学设备发展的主流。
2. 图像重建的发展方向
PET图像重建方法分为通过三维脏器组织投影间接确定放射性核素分布的间接图像重建方法和直接确定放射性核素分布位置的飞行时间图像重建方法TOF(Time Of Flight，TOF)两种。前者又分成滤波反投影和代数图像重建方法，目前使用的均为代数图像重建方法(迭代法)。
飞行时间图像重建方法和间接图像重建方法相比，它能够直接确定放射性核素(示踪剂)在脏器、组织中的分布，所以明显提高采集灵敏度和图像分辨率。PET的TOF技术和MR血管成像系统中的TOF技术有着根本的不同。在MR血管成像系统中的TOF技术并不存在符合窗的问题，但是对于以TOF技术为基础的PET系统，必须在一定的符合时间窗内确定放射性核素分布的位置和强度。而传统的PET仅仅是在符合时间窗内确定真符合是否发生以便获得脏器或组织结构的投影，所以TOF-PET和传统PET也具有本质的区别。由于TOF方法是在符合时间窗内直接确定湮灭符合发生的位置，所以TOF方法要求特殊的符合探测系统。因为TOF符合探测系统的时间分辨率直接影响系统重建图像的分辨率，所以这种重建技术需要全新的软硬件支持。要使PET达到通常临床扫描的分辨水平，其时间分辨必须缩短到100ps以内。非常遗憾的是虽然目前的PET技术已经在时间分辨上有了明显的改进，但是现阶段临床使用的PET系统仍只是PET技术发展的一个阶段，即使由晶体和二极管结合的实验型探测器构成的PET，最小的时间分辨只能接近500ps。有理由相信TOF图像重建方法是PET图像重建技术的发展方向。
四 我国核医学影像设备的市场状况
我国(不包括港澳地区和台湾省，下同)平面型g相机的数量基本维持不变，新增与淘汰数量相当，新增加的几乎都是小视野的专用机型。SPECT每年以20%的数量增加，至2004年8月已达到516台。表2列出了各类SPECT的数量和占有率供参考。目前单头SPECT数量仍然领先，但与多探头的数量差别已经不大。多探头SPECT中带符合探测功能的数量高于不具备符合探测的，这主要得益于PET的发展带来了全国回旋加速器的平衡配置，使各地医院都能及时得到正电子药物供应。
2001年是我国PET系统添置最多的一年，安装并投入使用的PET达11台。2002年开始进入了PET/CT的快速增长期，每年新增10几台，今年达到了23台。伴随着增长的是回旋加速器和药物合成系统，统计到今年9月份已有33台回旋加速器投入使用。
由于我国核医学影像设备的逐年扩大和大型医疗设备招标政策的实行，使设备售价明显下降，这就是市场份额不与设备增长数量呈线性关系的主要原因。
目前在我国销售核医学影像设备的主要外国公司只有3家，他们是飞利浦(Philips)公司、通用电气(GE)公司和西门子(Siemens)公司。他们分别先后并购了ADAC公司、Marconi公司、Elsient公司、Sophy公司，保留并销售被并购公司原先的主打产品。这三家公司的产品各有所长，在产品软硬件功能方面你追我赶、不断更新。各公司在注意提高各自产品质量和性能的同时，注意到中国用户越来越注重售后服务，因此他们近年来在这方面不断改进，得到中国用户的认可。
