医用放射诊断与治疗设备ppt课件.ppt

第五章医用放射诊断与治疗设备,1,.,第一节概述1、医用放射诊断设备,X线的基础知识1895年11月8日，德国物理学家伦琴（Rontgen）在研究阴极射线管气体放电时，发现附近涂有铂氰化钡的纸板上能发出肉眼可见的荧光,并且将手置于阴极射线管与铂氰化钡板之间，在纸板上显示出手的轮廓及骨骼影像。伦琴推断这是一种特殊的射线，由于当时对这种射线的性质不清楚，便借用数学上代表未知数的符号“X”来代替，称之为X射线（X-ray）。后人又称之为伦琴射线。,2,1895年12月28日德国人伦琴于德国维尔茨堡物理和医学学会发表了一种新射线-初步研究,3,世界上第一张X光片是伦琴摄于1895年12月22日，是其夫人的手部,4,世界上第2张X光片是一个足弓低的人,5,（1）X射线成像设备：1896年，德国西门子公司研制世界上第一支X射线球管20世纪10-20年代，医用X线机诞生20世纪40年代，旋转阳极X线球管诞生20世纪70年代，中频技术出现，CT诞生20世纪80年代，X线电视系统用于临床检查，MRI诞生,6,20世纪90年代，光学、电子、物理技术对传统化学技术发起挑战，数字胃肠机，DSA及CR依次粉墨登场。90年代末，DR技术引发研发竞争，近几年CR、DR、HIS、RIS、PACS技术已逼近每一家医院。数字化，图片转为屏幕，无胶片化。,7,（2）核医学成像设备：核医学成像：是将放射源（放射性核素）置于患者体内，有选择地测量摄入人体内的放射药物放出的射线，利用体外检测法获得数据，进行成像。反映体内生理、生化和病理过程，显示出组织、器官的功能等。,8,（2）核医学成像设备：1951年，放射性核素扫描仪1958年，美国人研制出闪烁照相机，标志着核素影像诊断从静态进入动态观察，提示脏器的生理代谢功能20世纪70年代后期，放射性核素扫描与CT技术结合20世纪80年代，发射型计算机层扫描技术广泛在临床中应用，立体显像，动态观察各种脏器的形态、功能、代谢变化。进行体层显像。,9,2、医疗放射治疗设备：放射治疗：是利用放射线治疗各种肿瘤的临床方法。放射源按其产生的方式分：天然源（天然放射性物质）、人工源（人造放射核素、X射线机和加速器）,10,放射设备：（1）钴60治疗机、刀和后装治疗机（2）浅层、深部X射线治疗机（3）医用电子直线加速器：X刀、适形放疗、调强放疗（4）重离子加速器,11,放疗设备进展：（1）四维和实时的调强适形放疗系统，主要是在直线加速器上集成容积CT和影像引导设备；（2）重粒子加速器的研制和开发，国内第一台质子加速器已安装使用。,12,第二节医用X射线诊断装置,一、X射线成像基础,X线是电磁波，波长：0.000650nm；X线诊断常用波长：0.0080.031nm,13,X线的特性穿透性X线波长短，能穿透一般可见光所不能透过的物质，包括人体在内。其穿透能力的强弱与X线的波长以及被穿透物质的密度与厚度有关。X线波长愈短，穿透力就愈大；物质密度愈低，厚度愈薄，则X线愈易穿透。,14,荧光作用X线波长很短，肉眼看不见，但照射在某些化合物（如钨酸钙等）被其吸收后，就可发生波长较长且肉眼可见的荧光，荧光的强弱和所接受的X线量多少成正比，与被穿透物体的密度及厚度成反比。,15,X线的特性电离作用及生物效应X线或其它射线（例如线）通过物质被吸收时，可使组成物质的分子分解成为正负离子，称为电离作用。离子的多少和物质吸收的X线量成正比。通过空气或其它物质产生电离作用，利用仪表测量电离的程度就可以计算X线的量。,16,X线通过人体被吸收，也产生电离作用，并引起体液和细胞内一系列生物化学作用，使组织细胞的机能形态受到不同程度的影响，这种作用称为生物效应。X线对人体的生物效应是应用X线作放射治疗的基础。另外，在实施X线检查时，对检查者与被检查者进行防护措施亦基于此理。,17,感光作用X线和日光一样，对摄影胶片有感光作用。感光强弱和胶片接受的X线量成正比。胶片涂有溴化银乳剂，感光后放出银离子（Ag+）,经显影定影处理后，胶片感光部分因银离子沉着而显黑色，其余未感光部分的溴化银被清除而显出胶出本色，亦即白色。,18,由于身体各部位组织密度不同，胶片出现黑灰白不同层次的图像，这就是X线照相的原理。,19,脱水作用某些物质经X射线长期照射后，因结晶脱水而逐渐改变颜色，如荧光屏、增感屏等。,20,X射线成像基本原理1、X射线具有一定的穿透力，能穿透人体的组织结构；2、被穿透的组织结构，存在着密度和厚度的差异，X射线在穿透过程中被吸收的能量不同，以至剩余下来的X射线能量有差别；,21,X射线成像基本原理3、有差别的剩余X射线，是不可见的，经过显像过程或数字成像过程，例如用X射线胶片显示，获利具有黑白对比、层次差异的X射线图像,22,3、X射线的产生,X线是一种高能光子束，由真空管内高速行进的电子流轰击钨或钼靶时产生的。,23,X射线的产生,24,X射线机产生定向的、实用的X射线条件1.应用电子源（阴极）来发射电子；2.应有一个受电子轰击而辐射X射线的物体（阳极靶）；3.要有加速电子使其增加动能的电位差（管压差）；4.要有一个高度真空的环境（玻璃外壳），使电子在运动过程中尽可能减少能量损耗，保护灯丝不被氧化。,25,X射线机的分类1.按功率分：大型X射线机，管电流在1000mA以上；中型X射线机,管电流在100-1000mA；小型X射线机,管电流在100mA以下。,26,2.按高压变压器的工作频率分：工频X射线机（50Hz）；中频X射线机（400Hz-20kHz）；高频X射线机（20kHz）。,27,3、按安装形式：分为移动式和固定式X射线机4、按用途：分为诊断用X射线机和治疗用X射线机诊断用X射线机又可分为：透视用、普通摄影用、专用5、技术发展使得数字式X射线机逐步推广。数字减影血管造影技术、计算机X射线摄影技术,28,二、常规X射线成像的装置,常规X射线成像的装置的组成：主要包括主机和外围设备两大部分主机：X线球管装置、高压发生装置和控制装置、电源等设备外围设备：影像装置、机械装置、其他辅助装置,29,二、常规X射线成像的装置,电源,影像装置,按制装置,高压发生装置,X射线球管装置,X射线,机械装置与辅助装置,30,X射线球管装置,是一个能量转换器，电子流在管内从阴极流向阳极时，电子损失能量，转换为X辐射和热能。,31,X射线球管装置,（1）阳极：承受高速电子冲击产生X射线的部件。将电子能量转为X射线辐射，包括阳极靶和靶面的支撑、散热装置。（2）阴极：发射电子，并将会聚成电子束聚焦在阳极上。由灯丝和聚焦装置构成。（3）焦点：X辐射产生于阳极表面上电子实际轰击的面积。大小由阴极电子束的线度决定。（4）管壳：固定阳极和阴极。（5）管套：放置X射线管的一种特殊容器，防电击、防散射、油浸式。,32,高压发生装置:为提供X线管工作所需要的管电压和灯丝加热电压。一般后者仅需12V以下，为一降压变压器；前者需50150kV为一升压变压器。,33,控制装置：主要为调节电压、电流和曝光时间而设置，包括电压表、电流表、时计、调节旋钮和开关等。现代数字X光机还包括曝光控制系统和图像采集工作站。,34,影像装置：（1）摄影用X射线机：采用X胶片投影（2）透视用X射线机：荧光屏显影,35,机械装置及辅助装置：（1）机械装置：摄影床和胸片架、诊视床和点片架（胃肠X射线机必配）、X射线管头支持装置（包括立柱式、悬吊式、C形臂式）。（2）辅助装置：遮线器（控制X射线照射野的大小）、滤线器（吸收射线、提高胶片质量）、自动洗片机,36,X线成像的基本原理,37,普通屏片X线机,立柱,平床,配电柜,球管,38,X线照相机,39,X线的检查方法,（一）普通检查1透视（Fluoroscopy）使X线透过人体被检查部位并在荧光屏上形成影像，称为透视。优点：经济；操作简便；能看到心脏、横膈及胃肠等活动情况；同时还可转动患者体位，作多方面观察，以显示病变及其特征，便于分析病变的性质，多用于胸部及胃肠检查。缺点：荧光影象较暗。细微病变（如粟粒型肺结核等）和密度、厚度较大的部位（如头颅、脊椎等）看不太清楚，而且，透视仅有书写记录，患者下次复查时不易做精确的比较。,40,41,X线的检查方法,2照相（Radiography）亦称摄影。X线透过人体被检查的部位并在胶片上形成影像，称为X线照相。照片所见影像比透视清楚，适用于头颅、脊椎及腹部等部位检查。照片还可留作永久记录，便于分析对比、集体讨论和复查比较。但照片不能显示脏器活动状态。一张照片只反映一个体位（体位即照相位置）的X线征象，根据病情和部位，有时需要选定多个投照体位。,42,、特殊检查,钼靶软X线照相（Molybdenumtargetradiography）X线束含有不同的波长，线束波在长短决定于X线球管阳极靶面金属材料的原子序数。钼的原子序数为42，能产生长波射线（软线）多，穿透力较弱，适用于软组织X线照相，尤其多用于乳腺疾病的诊断。,X线的检查方法,43,44,45,46,（三）造影检查,对人体内一些缺乏自然对比的结构或器官，可将密度高于或低于该结构或器官引入器官内或其周围间隙，使之产生对比，以显示其形态与功能的方法，称为造影检查。,X线的检查方法,47,造影剂及其种类：高密度造影剂：又称阳性对比剂，含钡剂、碘制剂等。,低密度造影剂：又称阴性对比节，含空气、氧气及二氧化碳等。由于CT检查的开展已很少采用。,48,数字胃肠机（透视）,49,50,51,52,三、数字X射线成像装置,数字X射线成像装置是把X射线图像进行数字化处理，进行图像显示的X射线装置。分为：计算机X射线摄影（CR）数字荧光X射线摄影（DF）数字化摄影（DR）,53,54,55,56,57,CR系统,58,59,60,61,62,（2）读取装置,63,（3）计算机图像处理（4）激光照相机特点：数字化、影像放大技术、自动窗口技术、多幅照相、始终保持标准的影像密度,64,2.数字荧光X射线摄影DF沿用影像增强管-电视系统，即X射线曝光后以电视系统形成亮度增强的荧光影像，CCD或真空摄像管将将荧光影像转换成视频电信号，再经A/D转换后形成数字图像信号，由计算机进行信息储存，后处理等过程。也称为间接数字化摄影,65,数字化摄影（DR）,数字化X射线摄影（DigitalRadiography，DR）是通过平板检测器（FPD）技术将X射线影像直接转化为数字影像。属于直接数字化X射线成像。（DDR）特点：曝光后几秒成像，无需暗盒，成像快、图像质量高、易于保存和检索、运行成本低。,66,数字化摄影（DR）,数字化X射线摄影（DigitalRadiography，DR）是通过平板检测器（FPD）技术将X射线影像直接转化为数字影像。属于直接数字化X射线成像。（DDR）特点：曝光后几秒成像，无需暗盒，成像快、图像质量高、易于保存和检索、运行成本低。,67,数字化摄影（DR）,当前DR设备分为直接、间接两类，主要采用二维平板X射线探测器（FPD)，包括：（1）直接FPD由非晶硒层加薄膜半导体阵列（TFT）构成的平板探测器将X线曝光后由于电导率的改变就形成图像电信号，通过TFT检测阵列，再给A/D转换、处理获得数字化图像在显示器上显示,68,数字化摄影（DR）,（2）间接FPD由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非晶硅层加薄膜半导体阵列构成的平板探测器先经闪烁发光晶体转换成可见光再转换为数字信号,69,特点：直接成像于显示器，去除了影像板，更加快捷，信息损失少，较CR空间分辨率提高，照射剂量更小。,70,X线管,数字显示器,X线产生,穿透并衰减,检测并A/D,数字成像,图像信号输出,71,72,4、数字减影技术,数字减影血管造影技术是常规血管造影术和电子计算机图像处理技术相结合的产物。原理：利用介入插管技术，对人体检查部位，在高压注射器的配合下，分别获取注入造影剂前后的X射线电视图像，然后将这两幅图像相减，其余组织结构的影像被全部消除，获得减影后的图像，就是血管系统的减影像。,73,数字减影技术（DSA）,数字减影血管造影是利用计算机处理数字化的影像信息以消除骨骼和软组织影，使造影剂充盈的血管显影清晰。DSA最常用于心血管病变检查，对心内结构、主动脉瘤、主动脉狭窄及发育异常等显示清晰，是现实冠状动脉的最佳方法。是介入治疗不可缺少的技术。,74,数字减影技术（DSA）,优点：1、实时成像，尤其在介入治疗中可以立即核实导管、导丝的位置。2、绘制血管路径图，在介入治疗前少量注入造影剂可跟踪血管路径并储存。3、减少碘剂用量，减轻肾病患者负担。,75,数字减影技术（DSA）,缺点：1、失去参照标志，消去了血管以外的组织结构，无法和体表标志对应。2、对移动敏感。,76,基本结构：X线发生装置、图像检测系统（光栅、影像增强管、光学系统、电视摄像机）、数字图像处理部分、控制接口部分、图像显示、存储显示、存储、拷贝部分。分类：CCD影像增强器、全数字平板探测器,数字减影技术（DSA）,77,数字减影血管造影（DSA）,PhilipsIntegrisCVCCD影像增强器,78,数字减影血管造影（DSA）,HitachiSX-VA3000FPDR型,HitachiSX-VA2000FPDR型,79,80,81,82,83,右上肺癌,MIP,VCT在呼吸系统检查的临床应用,84,85,86,87,88,89,CR,MIP,CR,VR,90,91,92,93,94,CTU,95,第三章X射线计算机体层摄影装置(X-raycomputedtomography,X-CT),96,（一）发展历程：最早出现于1971年10月为此，英国科学家HounsfiedG.N获得1979年诺贝尔医学奖CT值的单位即以其名字命名：HU（亨氏单位）,计算机体层成像（CT）,97,计算机体层成像（CT）,（一）发展历程：第一阶段：从CT的产生到20世纪70年代中期扇形束CT第一代CT：Hounsfied实验机，线形束，探测器23个第二代CT：头颅专用CT，小扇形束，探测器几十个第三代CT：扇形束全身CT，旋转旋转扫描方式第四代CT：环形探测器CT，探测器数目5002000个,98,计算机体层成像（CT）,第二阶段：20世纪80年代中期“滑环技术”实现了螺旋扫描第三阶段：多排探测器实现了快速容积扫描，即多层扫描目前，已经有公司正在开发平板探测器（FPD）CT，一次旋转即可完成一个器官的扫描，真正实现容积扫描第五代CT：电子束CT（EBCT），又称超高速CT（UFCT）,99,普通X射线影像的缺点,X射线穿透不同密度和厚度组织结构后的总和投影,影像重叠:深度方向上的信息重叠在一起，引起混淆密度分辨率低:对软组织分辨能力低剂量大,Computedtomography,100,X射线计算机体层摄影：以测定X射线在人体内的衰减系数为基础，采用数学方法，经计算机处理，求解出衰减系数值在人体某剖面上的二维分布矩阵，转变为图像画面上的灰度分布，从而实现重新建立断面图像的现代医学成像技术。,X射线计算机体层摄影装置成像原理,101,XCT像的本质是衰减系数成像,体层、体素,X射线计算机体层摄影装置成像原理,102,体层、体素、像素体层（断层）：受检体中的一个薄层，CT建立一幅图像扫描过程中，受检体中被X射线束透射的部分。,像素(pixel)：构成图像的基本单元,具有一定分辨能力的感光点。体素的平均密度决定其灰度值。像素越多，像素就越小，画面越细腻，携带的生物信息量越大。各像素的坐标排序要与各体素的坐标排序相同，像素与体素在坐标上一一对应。,103,体素（voxel)：指受检体内欲成像的层面上按一定大小和一定坐标人为划分的小体积元。对划分好的体素进行空间的编码，即形成编好序号的体素阵列。大小为：体积：长宽高一般体素的大小：长和宽：12mm高（体层厚）：310mm,体素划分：256256（=65536个体素）；512512（=262144）,104,线性衰减系数：CT本质上是一种利用X射线穿透人体后的衰减特性作为诊断依据。遵从X射线指数衰减规律：对于辐射强度为I0的单能X射线穿过厚度为d的均匀物质后，其射出强度为I，是物体种类和X射线能量的函数,105,X射线束通过非均匀物质,123n,x,I0,In,I1=I0e(1x)I2=I1e(2x)In=I0e-(1+2+n)x,i视为均匀,106,1、CT值CT测量并计算，获取一定数目体素的值重建图像用CT值来作为表达组织密度的统一单位。以射线的吸收系数与水的吸收系数w的相对比值，称为CT值。水的吸收系数（w=1）为标准，各组织对X,CT值与灰度显示,K=1000为分度因数CT值的单位是Hu或H（亨）,107,病变CT值可鉴别病变的性质如肝囊肿015H,2.灰度显示,CT值与灰度对应,108,脑内出血区呈高密度影，CT值约4590Hu之间,实质性肿瘤CT表现为高密度影,囊性肿瘤为低密度影,109,CT图像重建原理,直接法：直接求解线性方程的方法逆矩阵法、逐次近似法（代数直观法、直接正交补法、同时逐步再现法、最小二次方逐次近似法）间接法：首先进行傅立叶变换，再反换。即可导出吸收系数，而重建图像反投影法、二元傅立叶变换再现法、褶积法,110,CT技术和指标,1、窗宽和窗位CT图像的像素值范围为4096，显示4096个灰度级，人眼只能识别最多64个灰度级，在图像显示时一般只显示感兴趣的一段CT值，这段CT值范围叫窗宽，其中心位置的值叫窗位。,111,CT技术和指标,2、空间分辨率叫高对比度分辨率，指图像中比度最大（CT值最大和最小）的两点之间的分辨能力。3、密度分辨率低对比度分辨率，指分辨对比度较小(CT值之差小于100HU)的物体微小差别的能力。,112,CT技术和指标,4、伪影在图像中存在，但实际物体中不存在的图像5、CT主要指标扫描时间、扫描方式、断层厚度、重建时间、重建矩阵、探测器数目、球管热容量及球管焦点。,113,X射线计算机体层摄影装置的组成,（一）数据采集系统：X线高压发生器、X线管、准直器、滤过器、探测器、扫描架、扫描床、前置放大器及接口电路（二）计算机及重建系统（三）图像显示、记录和存储系统。显示器、光驱、多幅照相机、激光照相机、洗片机等,基本构造：,114,CT的结构,扫描架,控制台（显示）,高压发生器,电源控制,计算机系统成像系统的核心,扫描床,115,1、普通CT平扫：分普通扫描和螺旋扫描，应用于所有部位。强化扫描：静脉注射造影剂，扫描一般为螺旋扫描和时相扫描。2、高分辨CT利用高毫安秒、薄层厚、大矩阵及骨重建算法来实现高空间分辨率，一般用于观察骨质细微结构及肺内微细结构。,116,CT扫描方式与设备,平移采集160个数据*旋转180每次扫描共采集28800个数据；计算8080矩阵的图像，6400个像素；一幅图像约需5min一次检查约需35min。应用范围：脑,1、单束平移旋转方式第1代（1970）,一、普通CT,117,2、窄扇形束扫描平移旋转方式第2代（1972）,扇角：1520步幅：510；X球管1个，检测器2030个；一幅图像需时2060s；应用范围：头部,118,一幅图像需时约5s；应用范围：全身（心脏除外）,3060,3001000个,3、广角扇束形旋转旋转（常用）第3代（1976）：,119,一幅图像约需2s;应用范围：全身。特点：扫描时间短，较好消除运动伪影。,4001500个检测器组成静止环形检测器环,4、反扇束形静止旋转（常用）第4代（1978）,120,电子枪、聚集线圈、偏转线圈、8排探测器群、台面高速运动的检查床、控制系统,5、电子束CT（开发中）第5代（1980开始研制）,121,第三代与第四代比较,传统CT的缺点：旋转部分为往返旋转运动，限制了扫描速度；控制电路复杂；电缆长期作往返缠绕，易发生折断，故障不易查找。,122,二、螺旋CT（1989）,1、扫描方式与供电方式：扫描方式：X线管绕被查人体匀速单向旋转，人体匀速前进,扫描轨迹为螺旋曲线，故称螺旋CT,优点：扫描速度高：减少运动伪影无采集数据遗漏：容积数据，任意位置、任意方位重建图像。,123,供电方式：滑环（slipring)，碳刷在滑环上运动完成机架旋转部分与静止部分馈电和信号传递，无电缆的缠绕，机架单向连续旋转,124,2)低压滑环：传递电压为数百伏。优点：传递电压低，易处理；高压电缆短，损耗小。缺点：高压电源与X线管组合一起旋转，增加旋转部分重量。,高压发生器,X线管,高压电缆,低压电缆,1)高压滑环：传递电压万伏以上优点：高压电源放在扫描机架外部；缺点：易发生高压放电导致高压噪声。影响数据采集系统和图像质量,高压电源,X线管,高压电缆,125,2、多层面扫描螺旋CT（1998）,单层螺旋CT：线束宽度近似于层厚；多层螺旋CT：线束以X射线管为顶点，呈四棱锥形,126,检测器结构：单排、多排（64）、等宽、不等宽,127,1、动态空间扫描28个X线管（半圆），28个检测器（半圆）；电子开关控制轮流发射X射线脉冲束；时间1s。应用范围：心、肺动态器官,三、超高速扫描第5代（1987）,128,2、电子束扫描钟形X射线管和静止排列的检测器环时间约10ms应用范围：心、肺等动态器官,129,CT的优缺点,优点：1、真正断面像：准直系统准直，无层面外组织结构干扰；软件处理重建，获得诊断所需多方位像。2、密度分辨力高：严格准直，灵敏探测器；窗口技术，灰阶可调节；无断层外干扰。3、可做定量分析：测量值，定量分析。,局限性：1、空间分辨力仍低于常规X线检查；2、不是所有脏器都适合CT检查（如空腔性脏器、胃肠道）3、CT定位、定性诊断的准确性仍受各种因素的影响（病变部位、大小、性质、病程长短）；4、不能反映脏器的功能、生化信息（基本上只反映解剖学方面的性质）。,130,131,132,椎体、椎间隙的显示,133,胃癌MPR,冠状位重建,斜冠状位重建,矢状位重建,原始横断面,134,核医学定义,*是应用放射性核素或核素标记物进行临床诊断、治疗疾病及生物医学研究的学科。*核技术+医学：研究核技术在医学中的应用及其理论的综合性边缘科学,核医学与核医学仪器,135,分类,诊断核医学,临床核医学,治疗核医学,体外分析,体内,显像检查法,非显像检查法,核医学,实验核医学,第四节核医学与核医学仪器,136,研究医学领域的疑难问题发展、创立新的诊疗技术和方法推动临床核医学的发展实验核医学相当于外科学的解剖和生理学，为正确应用核技术提供理论基础,实验核医学的作用,核医学与核医学仪器,137,实验核医学,138,核医学与核医学仪器,临床核医学：是利用放射性核素及核素标记物诊断和治疗疾病的临床医学内容，是核医学的重要部分。包括体外测定、显像诊断和核素治疗。,139,主要特征,核医学是现代医学的重要组成部分因为它有以下特征:体内物质代谢的动态观察反映器官在整体及局部上的功能简单,安全及非侵害的诊断和治疗.高灵敏检测,灵敏度:10-1210-15g能应用于大部分学科及医学专业,核医学与核医学仪器,140,核医学是一门年轻的学科真正形成核医学学科的历史很短,1896,2006,Becquerel,放射现象,110,核医学与核医学仪器,141,日本广岛、长崎原子弹爆炸后,142,原子和原子结构,原子（atom）是构成元素的基本单位，不同元素的原子具有不同的性质，但是原子的基本结构大致相同。,原子结构,原子核,中子,质子,电子,核医学与核医学仪器,143,原子核结构:X为元素符号Z为质子数N为中子数A为质量数,原子核结构,核医学与核医学仪器,144,同位素凡原子核具有相同的质子数而中子数不同的元素互为同位素。如125I、131I、132I均有53个质子，但中子数不同，在元素周期表中处于同一位置，是同一元素-碘元素。一种元素往往有几种甚至几十种同位素。一个元素所有同位素的化学和生物性质几乎都一样，但物理性质可能有所不同。,核医学与核医学仪器,145,4,146,元素、核素、同位素,元素具有相同质子数的原子，化学性质相同，但其中子数可以不同，如131I和127I；核素质子数相同，中子数也相同，且具有相同能量状态的原子，称为一种核素。同一元素可有多种核素，如131I、127I、3H、99mTc、99Tc分别为3种元素的5种核素；同质异能素质子数和中子数都相同，但处于不同的核能状态原子，如99mTc、99Tc。,核医学与核医学仪器,147,原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素(stablenuclide);原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素(radionuclide);放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原子的过程称为放射性衰变(radiationdecay)。,稳定核素与放射性核素,核医学与核医学仪器,148,放射性核素示踪技术,1、定义放射性核素示踪技术是以放射性核素或其标记化合物为示踪剂，应用射线探测仪器探测其行踪，达到研究示踪剂在生物体或外界环境中分布及运动规律的技术。,2、原理放射性核素之所以能作为示踪剂是基于以下两点：,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,149,（1）同一性：放射性核素及其标记化合物和相应的非标记化合物具有相同的生物学性质。,一种元素的所有同位素化学性质相同，在生物体内所发生的化学变化、免疫学反应和生物学过程也都是相同的，生物体或生物细胞不能区别同一元素的各个同位素。放射性核素标记化合物于被研究的物质也具有相同的生物学性质和代谢途径。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,150,（2）可测性：放射性核素及其标记化合物与相应的未标记化合物尽管具有相同的化学性质核生物学行为，但他们那的物理学性能却不同，放射性核素及其标记化合物可发出各种不同的射线，且能够被放射性探测仪器所测定，从而进行精确的定性、定量及定位的研究。,放射性核素示踪剂在体内的生物学行为主要取决于被标记物，而其标记的放射性核素在整体示踪剂研究体系中主要起示踪作用。用于放射性示踪实验的放射性核素并不算多，但是用来标记的化合物却可达数百种之多。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,151,3、优点（1）灵敏度高：可达到10141018g水平。（2）方法简单、准确：测量对象是核射线，不受其他物理和化学因素（温度、PH值等）的影响，不受反应体系种其他非放射性物质的干扰。（3）符合生理条件：不扰乱和破坏生理过程，结果更接近真实的生理情况。（4）定性、定量与定位研究相结合。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,152,4、示踪技术的主要类型及应用（1）核素稀释法：用于测定血容量、全身水容量及细胞外液量等。（2）物质转化的示踪研究：了解前体与代谢产物间的关系、中间产物顺序的比活度测定等。（3）动态平衡的示踪研究：了解正常或疾病状态下，生物体内某种物质运动的量变规律。（4）脏器功能测定、脏器显像以及体外放射分析。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,153,放射性核素显像技术,1、显像原理：放射性药物引入人体内后，将根据药物与脏器或组织的相互作用，参与机体的代谢过程，被脏器或组织吸收、分布、浓聚和排泄。由于放射性核素在自发的衰变中能发出射线，因此，利用显像仪器能够准确获得核素及其核素标记物在脏器、组织的分布和量变规律，从而达到诊断的目的。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,154,2、脏器或组织摄取显像剂的机制（1）合成代谢：131I甲状腺对碘的合成代谢（2）细胞吞噬：99mTc-植酸钠肝库佛细胞吞噬（3）循环通路：99mTc-MAA肺毛细血管阻塞（4）选择性浓聚：99mTc-PYP梗死心肌组织摄取,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,155,（5）选择性排泄：99mTc-DTPA肾小球滤过（6）通透弥散：133Xe从血液弥散至肺泡内（7）化学吸附和离子交换：99mTc-MDP与骨骼中的离子交换而吸附于骨骼（8）特异性结合：抗原抗体反应，RII（放射免疫显像）,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,156,3、显像的条件及选择（1）显像剂的选择可靠的显像性能：标记方便、血液清除快、进入靶器官时间早、靶器官与非靶器官放射性比值高、稳定性好。合适的射线能量：射线100250keV最适宜。PET511keV一对光子。适度的放射性活度、放射性浓度和放射化学纯度。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,157,（2）准直器的选择常用种类：低能通用、低能高分辨、高能通用、低能针孔型选择因素：射线能量所用放射性活度显像目的显像器官和组织大小、深浅、厚度灵敏度和分辨率的选择,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,158,（3）显像时间根据显像剂在体内转归的特点选择最佳显像时间，特别是动态功能显像时更为重要。甲状腺显像注射后20分钟；心肌显像注射后60分钟；骨显像注射后120分钟；肾动态显像即刻采集，60s一帧图像；,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,159,(4)显像体位：前后位、左右侧位、不同角度斜位等(5)仪器的最佳条件选择：矩阵、采集时间、采集范围等(6)病人的准备：饮食、饮水、停药状态、视听封闭等,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,160,4、显像类型根据显像的部位、影像采集的时间、方式以及所有核素发射核射线的种类，将显像分为以下几种类型。(1)平面与断层显像平面显像是将照相机的探头置于体表一定位置，采集脏器放射性分布而获得的影像，为脏器内放射性在探头投影方向上前后叠加的影像。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,161,断层显像是将SPECT探头绕体表旋转采集信息，或用PET在躯体四周同时进行三维信息采集，经处理并重建成横断、冠状和矢状断层图像。断层影像能比较确切地显示脏器内放射性分布情况，是临床核医学常规的显像方法。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,162,（2）静态与动态显像静态显像是将显像剂引入体内，待其在脏器组织或病变内的浓度处于相对稳定状态时进行显像。由于放射性在一定时间内变化不大，所以允许采集能满足统计学要求的放射性计数用以显像，故所得影像清晰、质量好。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,163,动态显像是将显像剂引入体内后，随血流流经脏器或被脏器不断摄取和排泄、或在脏器内反复充盈和射出。上述过程造成脏器内放射性计数及位置随时间而不断变化，用显像仪器以一定的速度（如1s/帧、1min/帧等）连续自动采集信息，得到反映上述动态过程的系列影像，即为动态显像。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,164,将其影像快速而连续地显示则为电影显示。还可利用计算机勾画感兴趣区（ROI）技术，提取每帧影像中同一ROI内的放射性计数生成时间-活性曲线，据此曲线可对上述动态变化过程进行定量分析并计算动态过程的多项定量参数。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,165,（3）局部与全身显像局部显像显像的范围为某一脏器或躯体的某一部分。全身显像为照相机的探头沿体表从头至足做匀速移动，采集全身各部位的放射性并显示为一幅平面全身影像；或用PET或符合线路SPECT行全身断层显像，按探头视野范围，逐段依次采集信息，图像经重建、连接等技术获得全身断层影像。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,166,167,（4）阳性与阴性显像阳性显像是以病灶对显像剂摄取增高为异常的显像方法。由于病灶放射性高于正常脏器、组织，故又称“热区”显像，如放射免疫显像、急性心肌梗死灶显像、肝血管瘤血池显像等。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,168,阴性显像是以病灶对显像剂摄取减低为异常的显像方法。正常的脏器、组织因摄取显像剂而显影，其中的病变组织因失去正常功能不能摄取显像剂或摄取减少而呈现放射性缺损或减低，又称“冷区”显像。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,169,（5）静息与负荷显像静息显像是受检者处于安静状态下将显像剂引入体内一定时间后进行影像采集的显像方法。负荷显像指受检者在生理活动或药物干预状态下将显像剂引入体内进行影像采集的显像方法，亦称为介入显像。本法有利于探测静息状态下不易发现的病变，常用于检查心脑脏器的储备功能。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,170,171,（6）早期与延迟显像早期显像是将显像剂引入体内2h以内进行的显像。延迟显像是将显像剂引入体内2h以后进行的显像。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,172,单光子显像显像剂中的放射性核素发射单光子（如99mTc），需用探测单光子的显像仪器（照相机、SPECT）进行显像，为临床上最常用的显像方法。,（7）单光子与正电子显像,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,173,正电子显像显像剂中的放射性核素发射正电子（如18F），需用PET、符合线路SPECT或带有超高能准直器的SPECT进行显像。主要用于心、脑、肿瘤的代谢研究及神经递质受体显像。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,174,99mTc-ECD,18F-FDG,99mTc-MDP18F-,131I18F-FDG,175,5、放射性核素显像的图像显示方式及图像分析（1）黑白图像或彩色图像核医学影像有黑白和彩色二种显示方式，采集数据经计算机处理和图像重建后分别以不同的灰度即黑白图像或色阶即彩色图像显示二维或三维的脏器图像和放射性分布状况。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,176,（2）图像分析首先要明确放射性核素显像的图像分析与其它影像的分析既有共性，又有核医学影像自身的特点和基本原则。阅片前要了解临床医师申请核医学检查的目的，受检者的病史和相关临床辅助检查资料，必要时查体；阅片时必须了解使用哪种显像剂和显像类型，在有经验的上级医师指导下集体阅片，正确辨认和分析正常及异常改变。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,177,鉴于放射性核素显像是以正常组织和病变部位存在放射性浓度差别为基础的检查方法，对病变部位的异常放射性浓聚灶或稀疏缺损通过目测可进行初步判断或定性诊断，亦可利用计算机勾画ROI技术，分别在病变部位和相应正常组织获得靶器官组织与本底（T/B）的摄取比值，进行半定量分析，例如PET18F-FDG肿瘤代谢显像获得标准摄取值；或通过计算机软件处理获得定量分析的功能参数协助诊断。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,178,6、放射性核素显像的特点（1）放射性核素显像为功能显像，它能反映脏器、组织或病变的血流、功能、引流、代谢和受体方面的信息，有利于疾病的早期诊断。（2）可以对影像进行定量分析，提供有关血流、功能和代谢的各种参数。（3）某些脏器、组织或病变能特异地摄取特定显像剂而显影，这种显像即具有较高的特异性，如用放射性标记的配体进行受体显像，放射性核素标记的单克隆抗体进行RII等。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,179,（4）放射性核素显像所得脏器和病变的影像清晰度较差，影响对细微结构的显示和病变的精确定位。这一方面是由于引入体内的放射性活度受限，致使成像的信息量不足，另一方面也受显像仪器空间分辨率的影响，故显示细微的解剖结构上不及CT、MR和超声检查。近年来图像融合技术的应用可将CT或MR提供的解剖结构信息与核医学SPECT或PET提供的功能代谢信息准确匹配，得到对病灶既能精确定位又能定性的高质量图像。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,180,（5）显像剂大多数通过静脉注射或口服引入体内，属无创性检查。其化学量极微，多为几毫克，不良反应率远低于X线造影剂。受检者辐射吸收剂量也多低于X线检查，因此本法是一种安全的检查方法。,核医学与核医学仪器,影像核医学基础,181,闪烁探测器一、结构与原理为能量转换器，将探测到的射线能量转换成可以记录的电脉冲信号,闪烁荧光photoelectriceffect电子数倍增电子流(电位降)一个入射光子产生一个闪烁事件产生一个脉冲,Basicprincipleofscintillationdetector,二、应用主要应用于血、尿等各类组织样品及体外分析标本的放射性测量,核医学与核医学仪器,182,1957年Anger研制出第一台照相机，称之为Anger照相机，1963年在日内瓦原子能和平会议上展出。它克服了逐点扫描打印的不足，使核医学显像走向现代化阶段,（一）结构与原理组成：探头,机架,电子学线路,计算机,显示系统装置原理：探测到光子经电子学线路分析形成脉冲信号，经计算机采集,处理,最后以不同灰度或色阶显示二维脏器显影或放射性分布（二）应用各种脏器静态显像，快速连续动态显像，附有特殊装置，可进行全身显像,显像仪器,相机,核医学与核医学仪器,183,（一）结构与原理组成：在高性能相机上增加了支架旋转的机械部分、断层床、图像重建软件,SPECT,DavidKuhl1959年用双探头的扫描机进行断层扫描，并进一步研制和完善断层显像仪器，使得SPECT和PET成为核医学显像的主要方法,单光子计算机发射断层显像仪,核医学与核医学仪器,184,原理：探头围绕受检对象或部位呈180和/或360旋转，从多角度、多方位采集一系列平面投影像，经计算机图像处理系统重建获得横断层面、冠状面和矢状面影像。目前已发展到双探头、三探头，且增加了新的功能。（二）应用各种脏器动静态断层显像及全身显像。为核医学最广泛应用的显像仪器，三级甲等医院必备仪器。,185,1英寸切割晶体符合线路SPECT18F-FDG显像（冠状面）,1英寸切割晶体符合线路SPECT99mTc-MDP全身骨显像,前位,后位,肺部肿物,186,SPECT/CT,同时提供功能血流灌注、代谢影像和解剖形态结构影像，为临床提供科学诊断依据,187,PET,发射+正电子放射性核素在体内经湮灭辐射产生两个能量相同、方向相反的511keV光子同时入射至互成180环绕人体的多个探测器而被接收，把这些光子对按不同的角度分组，可获得放射性核素分布在各个角度的投影。常用发射正电子核素主要有：18F、碳11C、氧15O、氮13N、嗅76Br等。,+-,D,D,（一）结构与原理PET主要由探测系统包括晶体、电子准直、符合线路和飞行技术，计算机数据处理系统，图像显示和断层床等组成。,正电子发射计算机断层显像仪，positronemissiontomography,188,（二）应用动静态断层显像、定量分析，是肿瘤、神经和心血管疾病诊断与临床医学研究应用的重要设备。,目前最先进的PET是探头多环型、模块和3D结构。探头晶体除外经典锗酸铋（BGO），已推出硅酸镥（LSO）硅酸钆（GSO）和混合型晶体，如LYSO。近年来，PET与CT合二为一的显像设备问世，称之PET/CT,189,PET/CT以PET特性为主，同时将PET影像叠加在CT图像上，使得PET影像更加直观，解剖定位更加准确。,190,女性患者，50yr，非霍奇金病8年。CT(上):左腋下腺病；PET-FDG(中):CT见病变部位呈明显局限性异常FDG摄取增高；PET/CT(下):病变组织的功能代谢状况和定位明确,191,功能测定仪,功能测定仪由一个或多个探头、电子线路、计算机和记录显示装置组成。其对射线的探测原理见上述闪烁探测器。（一）甲状腺功能测定仪采用带张角型准直器的闪烁探头和定标器组合的装置。,应用甲状腺摄碘功能测定。,a：正常志愿者b：甲亢c：甲亢高峰前移d：甲低,核医学与核医学仪器,192,（二）肾图仪肾图仪由带铅屏蔽壳和准直器的闪烁探头和计数率仪的微机组成。将检查时获得肾图曲线相应计数率和参数结果记录并打印在报告纸上。,应用对上尿路通畅情况和肾功能作出判断。,193,第四节其他,一、液体闪烁计数器液体闪烁计数器（liquidscintillationcounter）是使用液体闪烁体（闪烁液）接受射线并转换成荧光光子的放射性测量仪。主要测量3H、14C等发射低能-射线的放射性核素，例如用于14C-尿素呼气试验测幽门螺杆菌和由于实验核医学研究。,液体闪烁计数器,194,二、活度计活度计（radioactivitycalibrator）是用于测量并直接给出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。它主要由探头、后续电路、显示器及计算机系统组成。,活度计国家规定惟一强制检定的计量工具,195,三、污染、剂量监测仪主要用于放射防护。表面污染监测仪用于对工作人员体表、衣物表面和工作场所有无放射性沾染的检测。剂量监测仪用于测量工作场所的照射剂量和放射性工作人员的吸收剂量。,196,个人剂量监测仪是用来测量个人接受外照射剂量的仪器，其射线探测器部分体积较小，以佩带在人体的适当部位。主要有笔式剂量仪，又称个人剂量笔，是一种专门用于监测个人接受剂量的袖珍剂量仪。胶片剂量计使受照射胶片产生潜影，经显影、定影处理后用黑度计测量胶片的变黑程度，黑度与受照射剂量成正比，以此度量受照射剂量的大小。热释光剂量仪称为热致发光体的固体发光材料作为射线探测元件。,197,医用放射治疗设备,1、肿瘤放射治疗学的历史1895年伦琴发现X射线1942年原子反应堆问世，制造出多种人工放射性同位素50年代Co60治疗机出现60年代医用电子感应加速器、医用电子直线加速器应用于临床70年代开始对中子、质子、负介子和重离子等的应用进行研究，出现X-刀和-刀80年代后对恶性肿瘤的70进行放射疗,198,医用放射治疗设备,2、放射治疗的原理放射治疗学是利用核射线（X、和中子流等）对疾病进行辐射治疗的学科。放射治疗的基本原理是当射线达到一定剂量时，射线照射对病变细胞有抑制和杀伤作用。射线通过直接效应和间接效应置癌细胞于死地。,199,医用放射治疗设备,3、世界各国肿瘤发病情况据1989年统计，全世界40亿人口中每年有600万人得癌症。在我国上海、江苏、浙江、福建等地，肿瘤已列为第一位；北京、天津等地列为第二位。在美国，肺癌占第一位，大肠癌占第二位；我国胃癌占第一位，肺癌占第二位。食管癌在世界有三个高发区，中亚里海沿岸、南部非洲地区和我国华北地区。我国华南以鼻咽癌较常见，东北胃癌占首位，西南地区肺癌占首位。经过各种治疗，各种癌症的平均5年生存率已达48。,200,医用放射治疗设备,3、放射治疗用的放射源有三大类：(1)放射性同位素发射出的、线(2)X射线治疗机和各类加速器