核医学成像

原子核与放射性,原子核衰变,核物理基础,基本概念（1）,原子 Atom 构成元素的最基本单位原子核 Nucleus 原子核由质子和中子构成，原子核带正电荷,基本概念（2）,核素 Nuclide 具有特定质量数、原子序数与核能态，而且其平均寿命长得足以被观测的一类原子称为“核素”同位素 Isotope 具有相同原子序数，但质量数不同的核素称为“同位素”同质异能素 Isomer 具有相同质量数和原子序数，但处于不同核能态的一类核素称同质异能数,核衰变方式,衰变 不稳定的原子核自发地从核内放出粒子的过程为衰变 衰变 核衰变时放射出粒子或俘获轨道电子的衰变称为衰变 -衰变 、衰变 、电子俘获（EC）又称K俘获 辐射 处于激发态的原子核，通过放出光子而回到基态这个过程称辐射 其他衰变,1放射性衰变的位移定则,衰变,衰变,2天然放射系,，称始祖元素。,其中 称为母核， 称为子核。,某种元素X，经放射性衰变，变成B，如果B还是放射性的，又变为C，依次下去， 直到变为一种稳定元素，就不再变了，则一系列元素构成一个放射系。,衰变及其统计规律,:,上一页,下一页,首页,三种射线的比较, 带电 电子流 电子流 光流能谱 单能 连续能谱 单能射程 （空气） 34cm 1020cm 无限大电离能力（空气） 1万7万对/cm 607千对/cm 很小穿透力 弱 中 大内照射危害 大 中 小外照射危害 无 中 大,2018/2/17,衰变基本规律,核衰变是一个量子跃迁过程。对一个特定的放射性核素，其衰变的精确时间是无法预测的；但对足够多的放射性核素的集合，其衰变规律是确定的，并服从量子力学的统计规律。,指数衰变规律,衰变常数：一个原子核在单位时间内发生衰变的几率衰变常数与外界条件（温度、压力、磁场等）几乎无关,60Co的半衰期为5.27a; 238U的半衰期为4.5109a,半衰期,衰变规律也可表示为：,平均寿命,平均寿命表示：经过一定时间以后，剩下的核素数目为初始核素数目的37,放射性活度：,单位时间内物质发生衰变的原子核数,放射性强度单位：1贝克勒（Bq）=1次核衰变/秒,2)半衰期,根据的,定义，可以导出其表达式，在式,中，,， 则 t=,，即,解得,可见,与,期越短 不同放射性核素的半衰期是大不相同的,原子核数目减半所经历的时间称半衰期，记作,成反比，衰变常数越大 ，半衰,。,比如,。,令,衰变及其统计规律,上一页,下一页,首页,3)平均寿命对某种放射物来说，有些核早衰变，有些核晚衰变，即有的寿命长，有的寿命短，平均寿命定义为,而,故,亦即,将 代入衰变表达式得 时刻未衰变核数目为：,衰变及其统计规律,上一页,下一页,首页,可见，核的平均寿命比它的半衰期略长一点 ，它表示，未衰变核为原来核数目的37%，所经历的时间。,4)放射性活度,为了表示某放射源的放射性强弱，人们引入放射性活度A，定义为：,放射物在单位时间内发生衰变的原子核数目，,依此定义有,衰变及其统计规律,:,上一页,下一页,首页,A的单位是：,可见，放射物的放射性活度也是按指数规律衰减的， ，某放射物的A ，不仅与它的半衰期有关，还与t时刻的N 有关。可见，A反映了放射源的强弱。,次核衰变/秒,1贝克勒尔（Bq）=1次核衰变/秒,1居里,定义：,衰变及其统计规律,上一页,下一页,首页,定义：某放射源的放射性活度A与其质量的比，即,表示了放射源样品的纯度，因为当A一定时, 越小，纯度越高，而 越大，纯度越低。,的放射性活度约为,，而目前生产的,的比活度为,，因此这是不纯的,要想达到,的放射性活度，至少需要1.714克。,比活度,比如，1克纯的,衰变及其统计规律,上一页,下一页,首页,6)半衰期,的测定,作为它的"手印"，,通过的测量可以求得它的,先测某一时刻的它的，再测,所经历的时间t，该t就是它的,，但是对于,特别长的放射物，这种方法是行不通的，,对放射性核素来说，,是一个很重要的量，由,知，,。,方法,衰变及其统计规律,:,上一页,下一页,首页,，取 ,可得,故,我们可以用如下的方法进行测量。,例如，对于,测它的，,衰变及其统计规律,上一页,下一页,首页,比如质子半衰期,解：,依题意,次衰变/月次衰变/,年，假设每月测到,一个质子衰变，需要多少水呢？,A=1,衰变及其统计规律,上一页,下一页,首页,个水分子，而每一个,含有10个质子，所以18克水中含有,个质子，所以N个质子对应的水质量为?,可见，要50多吨水，每月才能观察到1次核衰变。,我们知道，,的分子量是18，即18克,水中含有,衰变及其统计规律,上一页,下一页,首页,该系从,（钍）开始经6次 衰变,，4次,衰变成,(铅) ;,该系从 (镎)开始经7次 ，4次 衰变成 （硼）;,该系从 (铀)开始经8次 ，6次 衰 变成 （铅）；,研究发现，自然界的放射性元素分成四个放射系，它们分别是,2）镎系（A=4n+1系）,1）钍系（A=4n系）,3）铀系（A=4n+2系）,衰变及其统计规律,:,上一页,下一页,首页,该系从 (铀)开始经7次 ，4次 衰变成 （铅）。,由上面的讨论我们看到，衰变从始祖元素开始，是连续发生的，取一个衰变系中任一元素来看，它一方面从它的母体中得到补充，另一方面又向它的子体衰变。我们定义 的过程是一个级联衰变。,4）锕系（A=4n+3系）,以上各系中，4n+x系表示所有核素的A均可表为4的整数倍加x。,注：,3.简单级联衰变的规律,衰变及其统计规律,:,上一页,下一页,首页,在级联衰变中，每一级向下的衰变都满足上述指数规律,因此,故t时刻,A的减少量为,B的减少量为,考虑到A不断向B补充，所以B的纯“增量”为,式中,是包括得到补充后，尚未衰变的B核数目。,(1),衰变及其统计规律,上一页,下一页,首页,的一阶非齐次,上式中,我们设上式的特解为,该方程是关于,线性方程.根据微分方程理论，它的通解可看成方程的一个特解和相应齐次方程的通解的迭加。,代入得,即特解为：,衰变及其统计规律,上一页,下一页,首页,齐次方程 ，,当子核寿命远小于母核寿命时，,它的通解为：,所以式 的通解可以表示为,为了满足初始条件,故原方程的通解是,此时近似有：,衰变及其统计规律,:,上一页,下一页,首页,即子核与母核有相同的衰变规律，这为我们保存短寿命子核提供了一个有效方法-母、子同存。,上式化为：,在二千多种核素中，有1600多种是人工方法制造的，人们在生产放射性核素时，生产的同时，衰变也在发生，怎样达到一个最佳的产出率呢？一方面，某种核素由于生产在增加，另一方面它也在衰变。,4.同位素生产,设某时刻未衰变的核为，则 式中P是人工生产率.,衰变及其统计规律,:,上一页,下一页,首页,这是一阶非齐次常微分方程，设方程的一个特解是 ，,代入得，,齐次方程的通解为:,故上面方程的解为 ，,代入初始条件,解得,生产出的放射性同位素的放射性活度为,由此式可见， 时， 时，,放射性活度A并不随核反应的继续而增加。,当 后，,衰变及其统计规律,上一页,下一页,首页,A= 4n,A= 4n+2,钍系,铀系,级联衰变规律,放射系,锕系,镎系,A= 4n+3,A= 4n+1,分类,核医学实验核医学临床核医学核药学核仪器和核电子学,核医学的发展史（1）,1934年 Enrico Fermi发明核反应堆，生产第一个碘的放射性同位素。1936年 John Lawrence 首先用32P治疗白血病，这是人工放射性同位素治疗疾病的开始。1937年Herz首先在兔进行碘128I半衰期（半衰期T1/2 25分）的甲状腺试验，以后被131I（8.4天）替代。 1942年Joseph Hamilton首先应用131I测定甲状腺功能和治疗甲状腺功能亢进症 1943年至1946年用131I治疗甲状腺癌转移,核医学发展史（2）,1946年7月14日，美国宣布放射性同位素可以进行临床应用，开创了核医学的新纪元 1951年Benedict Cassen 发明线性扫描机1958年Hal O.Anger发明Anger照相机 1959年Solomon A.Berson 和Rosalyn S. Yalow发明放射免疫分析等对影像核医学和体外测定的发展都起到了很大的推动作用 50年代，钼99Mo-锝99mTc (99Mo-99mTc)发生器的出现 70年代单光子断层仪的应用和80年代后期正电子断层仪进入临床应用，使影像核医学在临床医学中的地位有了显著提高,反应堆,最早的扫描机,最早的伽玛相机,最早的摄碘试验,钼99Mo-锝99mTc (99Mo-99mTc)发生器,放射性衰变规律与半衰期（T1/2）,通常以物理半衰期（T1/2）来表示放射性核素的衰变速率，物理半衰期是指在单一的衰变方式中，放射性强度减弱一半所需要的时间 生物半衰期（Tb）指生物体内的放射性核素由于生物代谢过程，减少到原来的一半所需要的时间 有效半衰期（Teff）指放射性核素由于放射性衰变和生物代谢过程共同的作用，减少到原来的一半所需的时间,常用的放射性核素的T1/2,射线和物质的相互作用,带电粒子和物质的相互作用 电离作用、韧致辐射和散射射线和物质的相互作用 光电效应 、康普顿吴有训效应和电子 对生成效应 中子与物质的相互作用 弹性散射和核反应,辐射量与单位,放射性药物,放射性药物,放射性核素及其化合物 Na131I、Na99mTcO4 Na2H32PO4放射性标记化合物 99mTc-HMPAO 99mTc-MIBI,放射性药物的要求,合适的半衰期高纯度（化学和放化纯）高比度无毒、安全合适的射线和能量,放射性药物的来源,反应堆 裂变产物、分离纯化 131Te(n, ) 131I,加速器 15O（, d）18F,放射性药物的来源,发生器（“母牛”） 99mMo-99mTc（钼-锝） 113Sn-113In（锡-铟）,放射性药物的来源,核医学仪器,基本原理,核医学仪器探测的基本原理是以射线与物质的相互作用为基础，并根据实际使用需要而设计的电离作用 荧光现象 感光作用,基本结构,射线探测器 分析和记录脉冲信号的电子测量装置 质量控制,不同类型的核医学仪器,检测和诊断用的核医学仪器,闪烁计数器（ scintillation counter）液体闪烁计数器（liquid scintillation countetr） 放射性活度计 脏器功能测定仪 脏器显像仪器 其它,闪烁计数器,放射性活度计,脑血流测定仪r-CBF,同位素扫描机,双探头SPECT,PET,自动免疫测定仪,骨密度仪,放射防护用的仪器,个人监测仪 袖珍剂量仪 胶片剂量仪 热释光剂量仪 表面污染及场所剂量监测仪,热释光剂量仪,袖珍剂量仪,哇！没有污染,闪烁探测器和气体探测器,气体探测器使用粒子和气体分子的作用，产生的电离电子在气体中收集并放大而设计的探测器。闪烁探测器则使用粒子和固体分子的作用，产生的光子在透明介质中传播并被收集，再进行电子学放大。固体介质的分子间距只相当于气体分子间距 的10%左右，电子的漂移变得十分困难。因此只有光子可以比较有效的传播。闪烁探测器也可以使用气体作介质但是光产额不足。,闪烁探测器,探测器介质：闪烁体,无机闪烁体简单的固体晶体，如氧化晶体、氟化晶体、碘化晶体。价带上的电子被激发到导带，电子退激发时发射一个光子，发光时间约为10ns，受外界影响小，但是光子的衰减时将较长，发光弱。晶体中参杂金属或稀土杂质：NaI(Tl)、CsI(Tl)、CaF2(Eu)、ZnS(Ag)作为发光中心。杂质的混入使晶格导带和价带之间的禁带变窄，电子激发产生光子的几率升高，但寿命有很宽的分布大比重的晶体，具有对粒子高的阻止能力，可以将探测的体积缩小。,有机闪烁体：发光的衰减时间段，约35ns有机晶体：不宜生产大尺寸的闪烁体，使用性较差。有机液体：由液体溶剂配制溶质构成。常用溶剂：三甲苯、甲苯、对二甲苯。一些溶质虽然很适合使用，但发射的光波波长较短，和光探测器的灵敏光谱谱段错位，因此在其中配入第二中溶质，吸收第一溶质发出的光，然后发出较长波长的光。第二溶质也称为光波位移剂。第一溶质：PPO对联三苯、PBD、BIBUQ等。第二溶质：POPOP、PPO等。有机塑料：有固体溶剂配制溶质构成：把闪烁溶质溶在塑料单体中进行热聚合而成。常用的塑料闪烁溶剂有：聚苯乙烯、聚乙烯基甲苯、二甲基苯乙烯有机闪烁体对自身发的光透明度很好,闪烁体的性能,无机晶体的发射波段较丰富，从紫外区到黄光区都有对应的晶体。对于有机闪烁体大部分溶质的发光光谱在蓝光绿光区。,发光光产额由于闪烁体光子数目很难测量，所以用发光效率来描述闪烁体很复杂。相对NaI（Tl）晶体的光输出：将标准尺寸的测试晶体和NaI晶体对于单能光子源在全能峰的比较来定义待测晶体的光输出。光产额定义为光电子数MeV，通过单个光电子信号对单能光子射线全能峰相比较得出测试结果。,发光衰减时间入射粒子的能量丢失、电离、激发、退激发和发射光子数达到最大值的过程是闪烁体发光的增加过程，时间非常短，对于大多数有机闪烁体约为0.1ns。而无机闪烁体发光过程较复杂，需要ns量级，这个时间相对于发光之后的衰减时间而言可以忽略不计。衰减过程符合指数衰减规律。对有机闪烁体而言约在110ns量级。同样无机闪烁体的衰减时间较长而且差别较大。闪烁体发光衰减时间除与温度有关外，还与入射粒子的种类有关。,第六章核医学成像技术Nuclear Medical Imaging Technology,核技术成像概 述,若将一定量的放射核素引入人体，它将参与人体的新陈代谢，或者在特定的脏器或组织中聚集。RNI的本质就是体内放射活度分布的外部测量，并将测量结果以图像的形式显示出来。它含有丰富的人体内部功能性信息，因此，RNI以功能性显像为主。放射性核素能自发地进行衰变，使原来的核素的数量不断减少并产生出新的核素。衰变后的新核有的是稳定的核素，有的仍是放射性核素并继续进行衰变，核衰变方式有等多种，但所有放射性核素在衰变时都遵循着共同的基本规律。,有效半衰期由于人体的排泄作用使核素数量的减少也按指数规律变化，它对应的衰变常数，称为生物衰变常数。为有效衰变常数，其中为物理衰变常数。物理半衰期，生物半衰期，它们之间的关系为,射线探测,利用放射性探测仪器（或测量装置）可以探测和记录放射性同位素所放出射线（或粒子）的种类、数量（强度）和能量（能谱）等。临床医学上常通过探测放射性的方法来观察放射性同位素在人体脏器内的分布，以诊断脏器是否存在病变和确定病变所在的位置等。,一、闪烁计数器闪烁计数器是射线探测的基本仪器，它由闪烁体、光学收集系统和光电倍增管组成。其测量原理是：射线在晶体内产生荧光，利用光导和反射器组成的光收集器将光子投射到光电倍增管的光阴极上，击出光电子，光电子在光电倍增管内被倍增、加速，在阳极上形成电流脉冲输出，电流脉冲的高度与射线的能量成正比，电流脉冲的个数与辐射源入射晶体的光子数目成正比，即与辐射源的活度成正比。闪烁计数器的优势是：它既可以测量光子也可以探测带电粒子，特别是对射线有很高的探测效率；经光电倍增管给出的电流脉冲有较强抗干扰能力，适用于较复杂环境的工作。,1、脉冲幅度甄别器,闪烁计数器所产生的电流脉冲的幅度和辐射光子的能量成正比，如测出脉冲幅度与计数的关系曲线就等于测出了幅射能谱。只允许一定幅度脉冲通过的电路，并将通过的脉冲送到计数器中记录，这种仪器就是脉冲幅度甄别器（pulse amplitude discriminator）。图6-3表示脉冲幅度甄别器原理，图中(a)表示（b）表示在不同甄别阈值下的计数率曲线：（c）表示计数率密度。实际上曲线(c)是曲线(b)导数的绝对值，在10V和30V附近有两个波形，表明存在两组射线，两个波形幅度分别表示了其相对强度。2、单道脉冲幅度分析器能直接测出幅度在之间脉冲计数的仪器叫单道脉冲幅度分析器，它由两个甄别器组成。上限甄别器有较高的甄别阈值，下限甄别器阈值为V，其差值叫道宽。,脉冲幅度分析器,伽玛照相机和单光子发射型计算机断层,照相机是将人体内放射性核素分布快速、一次性显像的设备。它不仅可以提供静态图像也可以进行动态观测，既可提供局部组织脏器的图像，也可以提供人体人身的照片。图像中功能信息丰富，是诊断肿瘤及循环系统疾病的重要装置。照相机的探头也就是发射型计算机断层（ECT）中的单光子发射型计算机断层（SPECT）的探头。,1、探头 探头是照相机的关键部件，由准直器、闪烁体、光电倍增管、电阻矩阵等部件组成，如图6-13。其作用是把人体内分布的放射性核素辐射的射线限束、定位，用多个光电倍增管将由射线在闪烁体激起的荧光转化为电脉冲，再将这些电脉冲转化为控制像点位置的位置信号和控制像点亮度的Z信号。2、位置信号和Z信号 每一个光电倍增管给出的电流都要经前置放大后分别通过四个电阻形成的位置信号。此外，四个位置信号还要在一个加法器中总合起来，再通过脉冲幅度分析器，选取需要的脉冲信号送到示波器的Z输入端，控制像点的亮度，此信号又称为Z信号。,3、显示和记录 位置信号和Z信号都由一个延迟电路控制，使像点按时间顺序依次形成，最后形成完整的画面。示波器是照相机的基本显示装置。一般使用三台示波器，一台是记忆示波器用于储存图像；另外两台是与记忆示波器同步的普通显示器，一台用于照相，另一台用于医生对图像的观察。,光电倍增管,光电倍增管在闪烁探测器中占有非常重要的地位，它探测到光子和给出电信号只要630ns的时间。高灵敏度的光电倍增管的放大倍数得到10 8，能够探测到单个入射的光子,在光电倍增管的真空管内，打拿极依次排列，电压逐次升高，入射的光子在阴极上打出光电子。电子在任两个打拿极之间加速，击中打拿极后产生出更多的电子，电子经过几个打拿极放大后将达到可观测的电荷量，流过负载电阻形成电压信号输出。,光电倍增管的参数,辐照灵敏度：标准频率和功率的光照射，电信号的输出强度和入射光强度之比。辐照灵敏度定义为安培流明电流放大：相同光强照射下阴极电流和阳极电流之比，这个比值在光电倍增管工作时保持稳定。,量子效应：产生的光电子数和入射的光子数之比，和辐照灵敏度直接相关。光谱效应：辐照灵敏度随光频率的变化而产生的变化，因此光电倍增管具有仅对某些波段的光灵敏特性,阴极暗电流：在没有光入射的情况下，仍有电流输出。热电子发射，因此应让光电倍增管工作在较低的温度下残余气体电离：电子电离管内的残余气体，电离出的正离子会打击在打拿极上产生了新的电子，电子随后被打拿极放大产生信号，这种噪音出现在正常信号的尾端。玻璃闪烁：环境射线或玻璃内射线，引起的非正常的电信号输出。漏电流：光电倍增管内结构材料绝缘或表面的电流场发射：工作电压过高时，产生的尖端放电电子引起。,磁场效应：磁场的存在会影响电子的移动轨迹，而使部分电子不能被下一级的打拿极接收到，从而降低了放大倍数。光电倍增管多放置在磁场屏蔽套中，减小磁场的影响。,线性和饱和：入射光超过一定数值时，光阴极的光电转换达到饱和。高压过高，放大倍数大造成后几级打拿极之间的漂移电荷影响了电场分布从而造成电子增益缩小。,准直器,由于射线的辐射的各向同性，必需用一装置来判断光辐射的来源。类型平等多孔发散型会聚型或针孔型,准直器的参数,灵敏度空间分辨率深度响应,灵敏度,在空气垂直准直器轴线旋转的均匀平面光源，探测器测得的通过准直器的计数率与平面光源单位面积上的放射性活度的比值。,空间分辨力,显像装置能分辨两线源或点源的最小距离的倒数。,d0,MTF把实物对比度转化为图像对比度的方法,空间周期和频率,MTF1,MTF1,R是F的函数，在某一个深度上有一最小分辨距离其2倍分别为焦点远限和焦点近限,时间特性：脉冲上升时间：电脉冲信号从辐度的10上升到90的时间，约130ns。渡越时间：从光进入光电倍增管到电信号输出的时间，约650ns。渡越时间涨落：渡越时间的分布的半宽度，0.1ns1ns。,高压极性：多数高压倍增管，将阳极接地而阴极工作在负高压，负高压容易和处在地电位的磁屏蔽之间发生放电而引起噪音。可在两者之间增设一层和阴极同电位的电极层，将放电排除在真空管以外可以使阴极处于地电位，而阳极处在正高压。但是在阳极到前端电子学电路之间串接耐高压电容隔直。使最初的打拿极不会发生放电。,外部电路,光电倍增管的输出电流流入阻容电路。电阻为PMT的负载电阻和放大电路的的输入阻抗的并联，电容为PMT的分布电容和输入电容的并联。,电信号的形状决定于PMT输出电荷的衰减常数t1（即，输入光信号的衰减）和放大电路阻容时间常数t2。当t2很大时，电荷释放很慢，PMT电荷逐渐积累，PMT的输出电压信号从零逐渐增长至最大值。当t1很大时，电荷得不到积累就被释放掉，因此PMT的电压信号幅值很小，而且时间宽度窄。因此PMT的放大电路需要接合实际的需要和闪烁体的特征参数来设计。,二、单光子发射型计算机断层原理,发射型计算机断层是通过计算机图像重建来显示已进人体内的放射性核素在断层上的分布。ECT分为单光子发射型计算机断层（SPECT）及正电子发射型计算机断层（PET）。1、成像的本质与方法ECT的本质是由在体外测量发自体内的射线技术来确定在体内的放射性核素的活度。SPEC T的放射性制剂都是发生衰变的同位素，体外进行的是单个光子数量的探测。SPECT的成像算法与X-CT类似，也是滤波反投影法。即由探测器获得断层的投影函数，再用适当的滤波函数进行卷积处理，将卷积处理后的投影函数进行反投影，重建二维的活度分布。照相机型SPECT在临床应用上占绝对优势。它由照相机探头、旋转扫描支架及成像软件构成，整体在计算机控制之下。,2、数据的衰减校正 和照相机一样，射线转变成的电流脉冲要经过各自的放大器和单道脉冲幅度分析器进行处理，但处理后的数据还不能用于成像，还要进行射线的衰减校正。SPECT中不希望穿出人体的射线有衰减，因为SPECT是通过射线的体外计数来标定体内放射性活度。衰减是不可避免的，它的存在严重影响了活度的精度。目前ECT机中多采用平均衰减校正的方法。这种校正方法是很粗糙的。SPECT可以提供建立三维图像的信息，也可以建立任意方位的断层图像，这为临床诊断提供了方便。SPECT在空间分辨力、定位的精确度、计算病变部位的大小和体积等方面远优于照相；而且与照相比较，断层图像受脏器大小、厚度的影响大为降低，对一些深度组织的探测能力也显著提高。SPECT有利于发现早期的病变，在这方面SPECT明显优于X-CT和B超，甚至MR。,正电子发射型计算机断层,一、正电子发射型计算机断层原理1、采用具有自准直符合计数方法 根据动量守恒，涅灭辐射产生的双光子飞行在同一直线上，但方向相反。在衰变发生的区域两侧，放置两个光子探测器，当两个探测器同时接收到光子时，符合电路会给出一个计数。从图6-16中可以看出为获得投影数据要求探测在某一方向（直线）上的计数，SPECT中的射线就要在探测器中加装准直器，这样很多的光子就被准直器挡掉了。而湮灭辐射有自准直作用，无需准直器，这样PET的灵敏度大大提高，引入体内的放射性性剂的量大为减少。将探测器一对一对的用符合电路联结起来，每对探测器就给出一个投影数据，足够多的探测器就给出了足够多的投影数据，利用计算机按一定的算法，如滤波反投影法，就可重建放射性同位素在人体断层上的活度分布。,由于探头总有一定的高度与宽度，在内，两个不相关的光子也有可能进入两个探测器，也会给出一个计数，但这个计数是假的，并不表示在投影方向上发生了一次衰变，这样的符合叫做随机符合，它是符合计数的噪声。2、衰减校正 符合探测带来的另一好处是湮灭辐射发生地点对测量结果的影响不大，而这个不大的影响还可以得到很精确的校正。PET的量化精度可提高到10%。3、PET的检测系统 PET检测系统为多环结构，见图6-17。多环结构检测系统一次采集可以获得多个断层图像数据。如环的个数为n，则一次获得个断层数据，其中n个来自同一环内的符合探测，个断层数据则来自相邻环之间的交叉符合计数。,二、正电子发射型计算机断层的技术优势,PET与其他影像技术比较有以下一些技术优势：1、PET所用的放射性制剂中的核素是构成人体生物分子的主要元素，在理论上可以显示机体进行的生理、生化过程。2、由于采用了贫中子核素，其半衰期极短，如11C、12N、15O和18F的半衰期都是以分钟计，有“超短半衰期核素”之称，故对人体的放射性剂量很小，在临床检查上可以进行多次给药、重复成像检查。3、PET采用了具有自准直的符合电路计数方法，省去了准直器，使探测效率即灵敏度大为提高。这带来的直接好处是放射性制剂用量大为减少，成像信号的信噪比大为提高，相对照相和SPECT图像质量更高，患者的安全性更高。4、由于正电子发生电子对湮灭的距离为1.0 mm左右，所以PET图像空间分辨距离较SPECT提高近十倍，更有效检出510mm的病灶。5、因为衰减校正更为精确，PET便于做定量分析。6、PET多环检测技术可以获得大量容积成像数据，从而可以进行三维图像重建。PET所用的核素制剂主要是人体富有的贫中子短寿命同位素核素制剂，如11C、12N、15O和18F等。这些核素要在加速器中通过相关的核反应来产生，其特点是寿命很短，还得配有合成放射性制剂的热配室，这是PET设备昂贵的原因。,光探测器件,半导体光电器件,半导体PN节上建立电场，带电粒子或光子击中后，半导体材料中载流子被激发出来，载流子在PN节电场的作用下发生类似于气体探测器的雪崩放大过程，从而将电信号转变为电信号并放大。,电容耦合器件CCD,半导体上生成数目众多的MOS结构，MOS结构的耗尽层对粒子和光照是敏感的，辐照产生的电荷被收集到耗尽层中，足够强度的电荷量被作为信号读出。,闪烁探测器,闪烁体产生的闪烁光被和闪烁体相连的光探测器探测形成电信号，就形成了闪烁体探测器。,闪烁体探测器特征,光收集闪烁体产生的闪烁光在闪烁体内按光学规律传播，可以直接进入光探测器或经过闪烁体边界反射后进入。光反射后的会出现衰减和时间上的滞后：只接受可发生全反射的光，相当大比例的光子被浪费，但是缓解光子到达的滞后效应。镜面反射，每次反射都会损失光子，不适合多次散射。漫反射的反射次数多，滞后效应明显。因此需要根据实际需要选择反射方法和组合反方法。,接受均匀性粒子穿过闪烁体的不同位置会造成光传播到光探测器的衰减不同，波形有变化，因此对作为量能器的闪烁体探测器，需要进行特殊的设计使光接收度趋向均匀。闪烁体和探测器的耦合可以使用光导，光导的使用会进一步弱化所收集的光子。,光衰减长度光子在闪烁体中传播按指数规律衰减，除了对吸收光谱中光子的吸收外，闪烁体的衰减常数是闪烁体的一个重要参数。在实际的闪烁体中，闪烁体的边界反射会助长这种衰减。,探测效率闪烁探测器对带电粒子的探测效率很高，此处多指对Gamma光子的探测效率。,能量分辨率：能量分辨率是指对单能光子的能量测量峰的半宽度，它是闪烁体计数器的主要性能。闪烁晶体电磁量能器的能量分辨率与粒子能量近似成1E14的关系。在低能粒子探测中，NaI（Tl）、CsI（Tl）的应用占主导地位，能量分辨率小于4，而且价格较便宜。在高能区，粒子的能量不能完全沉积，量能器往往做成闪烁塑料和重金属材料片组成的多层结构取样量能器。闪烁计数器测量粒子的dE/dX。能量分辨率大于10E12。,闪烁体的能量线性：指闪烁体的光输出和入射粒子能量沉积的关系，多数闪烁探测器的这种关系是线性的。当粒子的能量沉积过高，闪烁体发光出饱和时会破坏这种线性。,时间测量和分辨率。类似于能量分辨率的定义，分辨率定义为时间测量分布的半高宽度。影响时间分辨率有脉冲幅度、脉冲前沿在阈值区涨落。,闪烁体的辐射效应闪烁体经过高能粒子的长时间照射后，光输出会逐渐减少，闪烁体出现颜色。因此需要对于特定实验的闪烁体的抗辐射能力进行测量。,显像技术,定义 放射性药物注入人体后，显像仪探测放射性核素在脏器内的体内分布情况，以影像形式显示脏器的形态、位置、大小、功能和结构改变,原理,选择性摄取或参与合成代谢131I甲状腺显像131I-MIBG肾上腺髓质显像细胞吞噬肝胶体显像化学吸附和离子交换骨99mTc-MDP显像,原理,循环通路 管腔通路：脑脊液腔、气道 血管灌注：99mTc-MIBI心肌显像 微血管堵塞：131I-MAA肺显像特异性结合 放射免疫显像（标记抗体） 受体显像（标记配体）,方 法,静态显像与动态显像局部显像与全身显像平面显像与断层显像阴性与阳性显像,核素显像技术特点,功能性显像 定量显像 化学或代谢显像,放射性核素治疗,概 况,核医学是利用放射性核素诊断和治疗疾病的医学科学“治疗核医学”在近年有了不少发展,放射性核素可以治疗的疾病,131I治疗甲状腺功能亢进症131I治疗甲状腺癌32P治疗血液系统疾病（真性红细胞增多症、原发性血小板增多症）153Sm-EDTMP（或89Sr）治疗骨转移癌,放射性核素可以治疗的疾病,188Re-硫化铼治疗骨关节炎及血友病性关节炎32P敷贴治疗皮肤病（局限性血管瘤等）131I-MIBG治疗嗜铬细胞瘤放射免疫导向治疗肿瘤介入内照射治疗其它疾病,原理,利用131I-射线的电离辐射生物效应对功能亢进的甲状腺组织产生抑制和破坏作用，减少甲状腺激素的合成分泌过多，从而达到治疗目的，被称为“不开刀的手术”。,甲状腺癌及其转移灶的131I治疗,原 理,分化较好的甲状腺癌及其转移灶具有与甲状腺组织相同的摄取、浓聚碘和合成甲状腺激素的功能，这是它的天然导向能力131I物理半衰期长短相宜，又具有大量合适能量起到电离辐射的生物效应，能破坏癌组织，达到治疗目的,153Sm-EDTMP 治疗肿瘤骨转移,适应症,各种恶性肿瘤导致的多发性骨转移，伴有或不伴有骨痛血常规指标：WBC>3.5×109/L,PLT>80×109/L肝肾功能基本正常,89Sr治疗肿瘤骨转移,适应症,各种恶性肿瘤导致的多发性骨转移，伴有或不伴有骨痛血常规指标：WBC>3.0×109/L,PLT>60×109/L肝肾功能基本正常,89Sr治疗肿瘤骨转移,与153Sm-EDTMP相比，其具有以下的优势：副反应轻微，骨髓抑制少有效时间长，可达36月辐射损伤少，对周围环境影响小有效率更高,188Re-硫化铼关节滑膜切除,概 况,血友病、类风关、银屑病性关节炎及其他一些疾病均可发生慢性滑膜炎炎症反应的滑膜会增厚、充血，绒毛增生，关节滑液增加,治疗慢性滑膜炎的方法,用药物治疗原发病，成功率很低外科手术切除病变滑膜（切口大）经关节镜滑膜切除（切口小）放射性滑膜切除术,放射性滑膜切除术,作为一种替代外科手术滑膜切除的方法，放射性滑膜切除术的发展已有30余年的历史在我国尚未正式开展,疗 效,常见肿瘤的有效率分别为：肺癌86.7%乳腺癌89.4%前列腺癌95%鼻咽癌100%直肠癌87.5%食道癌80%原发病灶不明的骨转移83.3%治疗总有效率达86.6%,放射性滑膜切除术,在用于放射性滑膜切除的核素中 188 Renium(Re) 是一种新型的放射性滑膜切除剂,188 Re的优点,可通过188W/188Re发生器生产半衰期较短，为17小时，衰变较快穿透力：最大射程为11mm；平均射程为3.9mm,188 Re的优点,可发射能峰为155kev的射线用相机显像，可以进行放射性的泄漏情况评价和剂量的计算,放射卫生防护,放射卫生防护目的,防止有害的非随机效应 将随机效应的发生机率降低到被认为是可以接受的水平,基本原则,实践的正当化 放射防护最优化 个人剂量的限制,放射卫生防护的基本标准,放射性工作人员的剂量限值：<50mSv/年,放射卫生的防护措施,技术措施外照射：时间防护距离防护屏蔽防护内照射：防止放射性物质摄入体内,越远越好！,屏蔽防护,技术措施,预防性措施安全操作技术去污染技术放射性废物的处理,预防性措施工作场所的合理设置,清洁区,活性区,保健措施,定期体格检查等,组织措施,国家的严格管理制定安全操作规程放射事故的组织管理,习题,1放射性核素显像常用的 131I半衰期是 A6.06小时 B3小时 C12小时 D2.7天 E8.04天,2核技术是研究A核技术在医学中的应用及其理论 B核技术的应用范畴 C核技术的发展史D核技术的发展前景E以上都是,3目前核医学常用的治疗方法是A内照射治疗B敷帖治疗 C外照射治疗 D深部X线 E加速器,41896年法国的贝克勒尔发现了哪种元素的放射性，第一次认识到放射现象A镭B铀 C钴D锶E钙,7下面关于放射性显像的叙述不正确的是,A药物能自发地发射出射线 B放射性药物可引入体内 C药物可被组织器官吸收 D药物能参与体内代谢过程 E射线可全部被仪器测量,10核医学检测中，主要通过探测体内的哪种射线，获得断层图像,A珈玛 射线B正 电子射线 C 贝它射线D负 电子射线 E内转换放出光子 F标志X射线,11在元素周期表中，原子序数相同而中子数不同的是,A核素B同位素 C核子D光子E同质异能素F放射性核素,18当SPECT显像时，若射线的能量过高，则图像的分辨率会,A无影响B增高C降低D增高或降低E以上都不对,5居里夫妇发现的具有放射性的物质是 A镭B铀 C钴D锶E钙,29单光子发射型计算机断层SPECT和正电子发射型计算机断层PET的共同特点是,A都是在体外探测珈玛射线 B都是在体内探测 钡达射线 C都是在体外探测珈玛射线 D都是在体外探测双光子,32在各种医学影像设备中，就技术水平和应用价值来说，顶尖的当属。,AMRI BPET C 照相 DX-CT,7RNI的技术特点是什么?,48什么是放射性核素成像（radio nuclide imaging）？49放射性制剂中放射性核素起什么作用?为什么?50表示放射性核寨衰变快慢的三个物理常数间的关系是什么?51为什么临床上愿意用短寿命的核素?52什么是放射性的统计涨落?53核衰变的随机性具体体现在哪些方面? 54什么是准直器的焦点长度?其临床意义是什么? 55什么是核素的辐射能谱?它与哪些因素有关? 56 照相机探头给出的位置信号和Z信号在照 相中的作用是什么?57如何提高 照相机中的测量灵敏度?58SPECT的突出优缺点是什么?59PET探测系统的特点是什么？60PET的突出技术优势表现在什么地方?,65临床上常用 检查患者血液的异常情况。已知 某种放射性核素的物理半衰期为46.3d，生物半衰期为65d，问服用13.5d后，残留于体内的放射性核素的相对量 为多大?,47RNI基本上是功能性显像，可以进行功能性的量化测量，安全性好。48放射性核素成像（radio nuclide imaging），是一种利用放射性核素示踪方法显示人体内部结构的医学影像技术。由于体内不同组织和器官对某些化合物具有选择吸收的特点，故选用不同的放射性核素制成的标记化合物注入体内后，可以使体内各部位按吸收程度进行放射性核素的分布再根据核素衰变放射出射线的特性，在体外用探测器进行跟踪，就可以间接获得被研究物质在生物体内的动态变化图像。 49放射性核素在其衰变过程中会发出在体外可以检测到的射线，通过对射线的检测就可显示被研究物质在机体内的输送、集聚和代谢，获得定位、定性、定量及动态变化结果。在同一类同位素中的不同核素，其核外电子结构一致，故具有相类似的化学性质，当被研究物质被放射性同位素标记时，被研究的分子的结构及化学性质均不会改变，他们会与未被标记的物质一样参与相同的生理、生化过程。 50 51从 可得出：当N一定时， 越小，A越大；当A一定时， 小者所需核素的数量N越小。 52在记数测量对象、测量环境均固定不变情况下，多次的记数测量数值大小会在一个数值上下起伏的现象称为放射性统计涨落。 53随机性表现在核衰变的方式、衰变的时刻、辐射粒子出现在空间某位置上。上述随机性又造成测量对象、环境固定情况下，探测器一次性计数的随机性。 54焦点近限与焦点无限的距离之差称为焦点长度。其临床意义是在焦点长度的厚度层内的组织与器官可成较清晰的像，其分辨距离可控制在2倍的最小分辨距离之内。55辐射能谱就是光子能量与对应计数大小的关系曲线。辐射能谱与闪烁晶体的发射光谱及光电倍增管的光谱响应有关。56位置信号确定了光电管与像点在二维空间上的位置对应，Z信号控制像点的灰阶。 57 照相机中的计数是对 光子中最高能量的计数，所以幅度分析器的窗位要准确与辐射能谱中的全能峰对应。为此常采用多道幅度分析器作出辐射能谱，找出全能谱，这样可以保证单道幅度分析器的窗位与全能峰的能量有准确的对应，从而保证有较高的测量灵敏度。58可提供任意方位角的断层图像及三维立体图的成像数据，提供功能性测量的量化信息，较 照相机大大提高了肿瘤及脏器的功能性诊断效率，缺点是测量灵敏度低，量化精度较差，图像空间分辨率低，引入的放射性制剂的量较大。59PET探测系统的特点是位于扫描断层两侧的一对探头同时工作，只有当两个探头都分别接收到湮灭光子时，才有信号发生。 60由于贫中子的、短寿命的C、N、O、F同位素的作用，PET可以显示人体内很多重要的生理、生化过程，被称为活体的分子断层。由于测量灵敏度高，图像对比度、空间分辨率较SPECT有大幅度提高；由于计数可以较精确校正，量化精度高；由于没有准直器，引入人体内的放射性制剂的数量大为减少，安全性更好。,