《核医学仪器》PPT课件.ppt

第二章 核医学仪器,定义：凡在医学中探测和纪录放射性核素放出射线的种类、能量、活度及其随时间变化在空间分布的仪器，统称为核医学仪器。,第一节 基本原理、结构及质量控制,一、基本原理,1.电离作用： 物质电离产生电信号探测器采集计量分析,2.荧光现象： 带电粒子使闪烁物质发荧光光电倍增管测量电路,3.感光作用： 射线使感光材料形成潜影显影定影定位定量,二、基本结构,核医学仪器一般由两大部分组成： 辐射探测器（radiation detector） 电子测量装置和/或计算机装置,（一）辐射探测器：,实际上是一种能量转换器，其作用是将探测到的射线能量转换成可以记录的电脉冲信号。,电离室 计数管 闪烁探测器 半导体探测器,闪烁探测器（scintillation detector） 简称闪烁探头，主要部件由闪烁体、光电倍增管（photomultiplier，PMT）和前置放大器组成。,按化学性质分 无机闪烁体：NaI（Tl）晶体、ZnS（Ag）晶体 有机闪烁体：塑料晶体,按状态分 固体闪烁体 液体闪烁体,闪烁探测器的工作原理,基本结构 闪烁体 光电倍增管 前置放大器,（二）电子测量装置和/或计算机装置,由用来分析和记录脉冲信号的一些仪器组合而成。,放大器 脉冲幅度分析器 计数器 计算机装置,第二节 脏器显像仪器,一、概况,脏器显像仪器是从人体外探测体内放射性核素分布，在体外观察体内组织器官的病理或生理变化情况的一种特殊的探测装置。,1951年 闪烁扫描机 1958年 照相机 1963年 放射性核素断层图像 20世纪80年代 SPECT 20世纪90年代 PET 1999年 SPECT/CT PET/CT,照相机（camera）是一种采用大型晶体、一次性成像的核医学仪器。 由探头及支架、电子线路、计算机操作和显示系统组成。,照相机,二、照相机,（一）基本结构：,照相机结构示意图,探头(detector)：,准直器、晶体、光电倍增管、光导,1.准直器：,不同种类准直器的物理性能,按外形分：针孔准直器、平行孔准直器、扩散孔准直器、 斜孔准直器、扇形准直器,按接受能量分：低能准直器(350KeV) 、超高能准直器,作用：限制散射光子,按能量不同区分准直器,作用：将光子转变成可见光，一般为碘化钠晶体NaI(Tl),不同晶体材料的性能比较,外形：圆形、方形、矩形,规格：280500mm、400mm400mm、640mm400mm 厚度最薄6.2mm，最厚12.5mm，通用9.3mm,2.晶体,作用：将光能转变成电信号,光电倍增管按外形分类及性能,光导：用以提高光的传输效应，改善光的空间分布 塑料材料、硅油,外形：圆柱状、六边形、正方形,PMT个数：因视野大小和PMT大小而异 圆形视野PMT最少19个，最多91个 增加PMT个数可改善空间分辨率，但影响探头均匀性,3.光电倍增管,4.电子学线路,5.计算机系统,前置放大器 主放大器及均匀性校正电路 脉冲幅度分析器 位置电路,显示系统 成像系统,（二）成像原理：,1、注入人体的放射性药物发射出的射线，经过准直器的准直作用，选择性地打在碘化钠晶体上。,2、碘化钠晶体产生的闪烁光由一组光电倍增管收集。,3、任何一次闪烁将在各个光电倍增管上产生不同的响应，将所有的光电倍增管的响应加起来可以产生位置信号和能量信号。,4、有了位置信号和能量启辉信号，在显示器上就可以显示出一个闪烁点，众多的闪烁点就可以产生一幅图像。,单光子发射型计算机断层仪（single photon emission computed tomography，SPECT）是一台高性能的照相机的基础上增加了支架旋转的机械部分、断层床和图像重建（reconstruction）软件，使探头能围绕躯体旋转360o或180o，从多角度、多方位采集一系列平面投影像。通过图像重建和处理，可获得横断面（transverse section）、冠状面（coronal section）和矢状面（sagittal section）的断层影像（tomogram）。,三、单光子发射型计算机断层仪,SPECT,（一）基本结构：,1、探头及电子学线路 结构和形状与照相机相似，探头有单探头、双探头、多探头之分。,2、机架 机架要求重量轻、大环孔径大、体积小等特点，还应具有可变角和滑环等新功能。,3、病人检查床 SPECT的重要部分，新的要求应有二维运动功能，水平移动的精度要求高。,4、工作站 （1）采集工作站：要求速度快，网络功能，能同时控制两台以上的机架和探头； （2）处理工作站：图像局部放大，局部定量分析，分析动态图像制出的时间放射性曲线，振幅和相位分析。,（二）成像原理：,SPECT的成像原理与CT是相同的，都要用图像重建的方法得到断层图像。 数字图像可划分成许多小单元，常用的图像矩阵有6464、128128、256256，知道了图像矩阵中每一个单元的值，也就可知整幅图像的性质。 常用图像重建方法：滤波反射投影法(filter back projection,FBP)、迭代法(iterative)。,成像方法：,一个探头可以围绕病人某一脏器进行360旋转的相机，在旋转时每隔一定角度采集一帧图片。 经电子计算机自动处理，将图像叠加，利用滤波反射投影法可以从一系列投影像重建横向断层影像，由横向断层影像的三维信息再经影像重新组合可以得到矢状、冠状断层和任意斜位方向的断层影像。,成像基本步骤：,用短半衰期核素Tc-99m等标记某些特殊化合物，经静脉注入人体。 探测聚集于人体一定器官、组织内标记与化合物上的Tc-99m衰变所发出的射线。 将射线转化为电信号并输入计算机，经计算机断层重建为反映人体某一器官生理状况的断层或三维图像。,SPECT成像特点：,SPECT的图像是反映放射性药物在体内的断层分布图 放射性药物能够选择性聚集在特定脏器、组织或病变部位，使其与邻近组织之间的放射性分布形成一定程度浓度差,（三）SPECT与CT的异同：,1、将发射正电子的放射性核素标记到机体代谢底物上；,四、正电子发射型计算机断层仪 (positron emission tomography，PET),（一）探测原理：,2、给受检者静脉注射标记化合物，让受检者在PET的有效视野范围内进行显像；,3、放射性药物发出的正电子在体内移动1mm后与负电子结合发生湮灭反应，同时消失并产生两个等能量(511KeV)、反方向的光子，被PET的探头探测到；,4、根据探测信号确定体内放射性药物的分布投影，图像重建，确定药物分布状况。,（二）探测系统：,1、闪烁探头：将光子转换成可见光 锗酸铋(BGO)晶体 硅酸镥(LSO)晶体、硅酸钆(GSO)晶体,2、脉冲处理：将探头传过来的电信号转换成时间信号，经过数字化、常分鉴别器处理后的脉冲信号用于符合电路信号处理。 低能鉴别器、高能鉴别器,3、符合电路系统：通过符合电路系统处理获得湮灭反应产生的信号后，就能确定有无正负电子符合事件发生。,4、死时间校正：计数率比SPECT系统高10倍，死时间影响较大，要求系统速度快，减少计数丢失。,5、PET系统：由十几至几十个环，成百甚至上万个探测器结合形成临床PET系统。环与环之间是环间隔，对消除散射有重要作用。,二维采集：铅或钨间隔，仅使用环内探测器或临近几个环 分辨率高，计数率低,（三）采集方式：,三维采集：取消环间隔，在所有的环内进行符合计算 计数率高，散射严重，分辨率低。,PET系统流程图：,回旋加速器 产生同位素 化学合成同位素示踪剂 PET扫描器 注入人体 进行PET扫描 采集得到投影原始数据 重建获得浓度分布图像 动态建模及功能图像生成算法 计算机系统 获得功能图像 临床分析诊断,1、衰减校正：计算方法校正、测量方法校正 2、散射校正：卷积相减方法、直接测量方法、模型基础方法 3、死时间校正 4、探头系统标准化校正,（四）校正技术：,1、空间分辨率高； 2、采用电子准直，灵敏度高，探测效率高； 3、发射正电子核素为人体生命元素，能准确地显示受检脏器内显像剂浓度提供的代谢影像和各种定量生理参数； 4、易进行衰减校正和定量分析。,（五）与SPECT比较优点：,五、多探头符合电路探测系统,近年来用互成180无准直器的双探头SPECT对正电子湮没辐射产生的两个方向相反的511 keV光子进行符合探测成像，称之为符合线路SPECT（coincidence circuit SPECT）或SPECT/PET，其有较好的效价比（effective cost），适合临床推广应用；兼备单光子和T1/2较长的正电子18F断层成像，具有一机两用的功能。,符合线路SPECT 符合线路SPECT - Phelipes公司 Forte -Macroni公司 Axis,符合线路SPECT 符合线路SPECT -GE公司HawKey Seimens公司 eCam duet,（一）探头：,能量范围：55550keV 双探头，铅屏蔽加厚，符合电路，晶体厚度适中,（二）成像技术要求：,1、正电子成像时探头呈1800，采集时不能用自动人体轨迹； 2、没有常规准直器，采用电子准直； 3、采用滑环技术机架，采集速度快； 4、要求单个探头计数效率高，达到1000000cps。,（三）数据采集和重建：,2D、3D两种，以表模方式储存原始数据，进行符合计算。,（四）衰减校正：,采用穿透技术对图像进行校正，分为核素穿透源和X线穿透源两种。 X线法应用较广泛。,六、图像融合技术,图像融合(image fusion)技术就是将PET与CT或SPECT与CT两种不同的图像融合成一张图像的技术，是医学影像学发展的又一新起点。,优点：即利用了CT图像解剖结构清晰的优势，又具有发射 式计算机断层图像反应器官的生理、代谢和功能的特点，把 两者的定性和定位作用进行了有机结合，诊断效果更好,1、分机融合：将各自独立获得的PET或SPECT图像与相同部位的CT图像进行融合。 准确性和精确性欠佳,2、同机融合：不用移动患者就可在同一体位先后分别采集PET与CT或SPECT与CT两种图像，可同时获得患者的ECT图像、CT图像和两者的融合图像，并利用CT图像对ECT图像进行校正，提高图像融合精度。,PET/CT的特点：,CT与PET硬件、软件同机融合。 解剖图像与功能图像同机融合。 同一幅图像既有精细的解剖结构又有丰富生理、生化分子功能信息。 可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程。 高灵敏度，高特异性，高准确性。 PET、CT单独能实现的，PET/CT一定能实现； PET/CT能实现的， PET或CT单独不一定能实现。,GE PET/CT Siemens PET/CT,Philips PET/CT,PET/CT融合图像,第三节 功能测定仪器,功能测定仪器是从体表测量放射性核素在脏器中随时间变化的动态变化，描记或显示脏器中的时间放射性曲线，借以分析、判断脏器的功能或血流量的一类仪器。,一般由闪烁探测器连接计数率仪、记录器组成，大部分仪器配备有计算机处理系统。,1、根据性能分：针对某一脏器功能测定而设计的专用仪器 （如肾功能测定仪、心功能测定仪、甲状腺功能测定仪） 可测定多种脏器功能的多探头脏器功能仪,2、按探头多少分：单探头测定仪（如心功能测定仪、甲状 腺功能测定仪） 双探头测定仪（如肾功能测定仪）,一、甲状腺功能测定仪,简称甲功仪，是单探头计数仪，主要用于甲状腺对碘的摄取功能测定，核医学科临床常规检查仪器。,结构： 准直器、碘化钠晶体、光电倍增管、主放大器、 单道脉冲分析器、计数器、计算机,用途： （1）甲状腺摄碘率 （2）甲状腺抑制率 （3）过氯酸钾排泌试验,能量选择：131I、99mTc,a：正常志愿者 b：甲亢 c：甲亢高峰前移 d：甲低,二、肾功能测定仪,简称肾图仪，是双探头计数仪，从体外描记肾脏放射性活度随时间变化的曲线来测定肾功能、肾血流量动态变化。数据结果反映肾功能和尿路的通常情况。,三、多探头脏器功能测定仪,可同时测定多个脏器或一个脏器的多个部位的功能状况。,结构： 多个探头 电子学测量仪表 铅准直器,用途： （1）肾功能 （2）脑血池通过时间 （3）肝血浆流量 （4）甲状腺吸碘功能,第四节 放射性计数测量仪器,对待测样品或环境中的放射性进行相对或绝对定量分析的仪器。 广泛应用于体外放射分析及其他示踪研究。,一、测量仪,主要用于血、尿等各类样品放射性相对测量。主要用于体外放射分析。此外，近年来适用于大批量体外分析测定的时间分辨仪已广泛应用。,常用仪器： 闪烁计数器、医用谱仪、免疫计数器,计数器,时间分辨仪,二、活度计,活度计（radioactivity calibrator）是用于测量放射性药物或试剂所含放射性活度的一种专用放射性计量仪器。,活度计,由带铅壁的气体电离室、后续电路、显示器及计算机系统组成。,需要严格控制的性能： （1）精密度测试：要求精密度R小于5% （2）准确度测试：要求准确度E小于10% （3）线性测试：所测数据在10%范围内,三、测量仪,常用的测量仪是液体闪烁计