医学影像仪器PPT课件

医学影像仪器 1 核医学成像设备 生物医学工程讲义 医学影像仪器 2 内容提要 概论物理基础 照相机 医学影像仪器 3 概论 利用 射线作为探测手段 通过脏器内外或脏器内的正常与病变组织之间的放射性浓度差别揭示人体的代谢和功能信息 先让人体接受某种放射性药物 这些药物聚集在人体某个脏器中或参与体内某种代谢过程对脏器组织中的放射性核素的浓度分布和代谢进行成像核医学影像不仅能得到人体脏器的解剖图像 还可得到生理 生化 病理过程等功能图像 医学影像仪器 4 设备的历史和分类 核医学的起源可以追溯到20世纪初 1948年Ansell和Rotblat研制出了逐点扫描的核医学成像装置 并用于甲状腺的测量 Anger在50年代研制出了商业化的 相机 70年代Kuhl等人完成了SPECT的商业化 PET的思想在1951年由Wrenn等人提出 60年代末期出现临床应用的设备 核医学成像设备的分类 照相机亦称闪烁照相机 是对体内脏器中的放射性核素分布进行一次成像 并可进行动态观察的核医学仪器 发射型计算机断层 emissioncomputedtomography ECT 是在体外从不同角度来采集体内某脏器放射性分布的二维影像 而后经计算机数据处理重建 并显示出三维图像 可以分为SPECT和PETPET是目前成像最为精确的核医学设备 医学影像仪器 5 核医学成像的特点 诊断依据是人体内的放射性强度分布可以探测生理参数 进行癌症的早期诊断缺点是空间分辨率不够 不能精确地确定病灶的解剖位置 医学影像仪器 6 新发展 为了克服核医学设备分辨率不高的缺点 研究人员将SPECT PET与CT结合在一起 解决核医学图像不清楚的缺陷 同时采取X CT图像进行全身能量衰减校正 由于放射性药物的特异性成像 借助核素标记 PET可以在分子水平的微观研究和宏观的整体研究中建立起一座桥梁 被称为分子影像 医学影像仪器 7 物理基础 核素是由一定数量的质子和中子构成的束缚态体系 对应于一定的原子核能态 放射性核素的衰变方式有 衰变 射线 衰变 正电子和电子 和 衰变 射线 等 放射性现象是由原子核内部的变化引起的 与核外电子的状态无关 对放射性核素加温 加压或者加磁场都不能抑制或明显改变射线的发射 常用半衰期T1 2描述放射性核素的衰变 医学影像仪器 8 放射性药物的生产 核医学成像过程中使用的放射性核素均为人工制造 加速器 核反应堆及核素产生器是常见的三种生产放射性核素的途径 将稳定核素的材料放置在核反应堆的堆芯附近照射 照射时间根据半衰期大小设定 取出照射后的材料 用化学分离的方法分出相关核素 用于生产出半衰期比较长的放射性核素 医学影像仪器 9 核素产生器 从半衰期较长的母体核素中 分离出由母体核素衰变产生的 半衰期较短的 适合临床应用的子体核素的装置 母体核素由核反应堆或加速器生产 注入装有吸附剂的层析柱内母体核素不断衰变为子体核素 由于化学性质不同 子体核素可以选用适当的洗脱剂从层析柱上洗脱 子体核素洗脱后 未衰变的母体核素仍然在层析柱中继续衰变 不断产生子体核素这种装置被人们俗称为 母牛 医学影像仪器 10 回旋加速器 利用磁场使运动中的带电离子回转 并利用电极间交错变换的正负电场 使离子在回转过程中不断地获得能量 用激发电离气体的方式形成离子源离子经一偏压电压吸引进入加速器内部的真空腔带电离子受到磁场的磁力作用 开始旋转外加在加速腔上的交变电极间产生垂直于B 以频率 2 变化的强电场 医学影像仪器 11 医用回旋加速器 把两个呈字母D形的盒子相对放置 就可得到交变的加速电场 理想的放射性药物应该低辐射剂量安全方便价格合理放射性药物在人体内病灶的位置上吸附比例应大于正常组织 医学影像仪器 12 射线与物质的相互作用 射线与物质原子中的束缚电子发生作用时 把全部能量传递给某个束缚电子 使其脱离原子发射出去而光子本身则消失 这种作用过程叫做光电效应 而发射出来的电子称为光电子 入射 光子与原子核外电子发生非弹性碰撞 光子的一部分能量转移给电子 使其反冲出来 同时散射光子的能量和运动方向发生改变 该作用过程被称为康普顿散射 光子在靶物质原子的原子核库仑场作用下 光子转化为一对正负电子 这种作用过程叫做电子对产生 射线通过物质时 是强度逐渐减弱的过程 而能量保持不变 故 射线无射程可言 医学影像仪器 13 射线的探测技术 用于探测 射线的探测器包括有固体 气体和液体探测器 最常用的是固体闪烁探测器 入射的 光子在闪烁晶体中发生光电效应 康普顿散射或电子对效应 把能量传给电子电子通过电离或激发作用将能量沉积在晶格中晶体发生退激 释放出被沉积的能量 一部分以可见光的形式释放出来用光电倍增管将闪烁体发出的微弱光转变成电子 进行记录 医学影像仪器 14 光电倍增管 光电倍增管由光阴极 倍增极和阳极组成 这些电极被封装在真空的玻璃管中 闪烁光子作用在光阴极上时由于光电效应可产生出电子电子倍增是通过一系列倍增极所构成的倍增系统完成从阳极上得到的电子流与入射到光电倍增管光阴极上的闪烁光强度成正比 医学影像仪器 15 照相机 照相机是记录和显示被拍照的物体中 射线活度分布的一次成像照像系统 主要由四部分组成 闪烁探头电子学线路显示记录装置附加设备 医学影像仪器 16 平面 照相机探头 探测器由准直器 闪烁晶体 光电倍增管等组成NaI晶体的直径大于60cm或者面积大于55cm 45cm 厚度为0 96cm 多采用一块大直径的NaI Tl 晶体和37 91个按一定形状 例如正六角形 排列分布的光电倍增管相耦合光电倍增管的数目根据晶体和光电倍增管的大小决定 光耦合的方法是在光电倍增管与NaI晶体之间加入硅油以减少光的反射 或者采用光导 以求尽量多地将晶体中的荧光引导至光阴极 医学影像仪器 17 准直器 准直器的功能是将被拍物体中某一空间区域内 沿特定方向发射的 射线投影到成像平面的相应面积元上 吸收其它方向的 射线 准直器常用钨铅合金制作 包含圆形 方形或者六角形的小孔 覆盖在整个NaI晶体表面 准直器可以分为低能 小于150KeV 中能 150 300KeV 和高能 300 600KeV 三种 低能准直器孔径最小 空间分辨率最高 中能次之 高能最差 医学影像仪器 18 准直器的选择 临床应用中根据入射 射线能量 被成像脏器的位置和大小 探头的形状和大小 选择合适的准直器 平行孔准直器适用于比较大的脏器 针孔准直器可以对被测物体起到放大作用 常用于甲状腺成像 为了扩大视野 可以采用扇形准直器 准直器会影响 照相机的空间分辨率 灵敏度 准直器孔壁的穿透效应对最终的成像质量也有影响 医学影像仪器 19 事件定位 根据光电倍增管读出的信号 计算出该事件在闪烁晶体内的作用位置 x y坐标 将该作用点的坐标再通过准直器还原到物体表面 最终得到物体中放射性核素的分布 问题 由于晶体面积大 光电倍增管数目多 荧光光子各向同性 某个 事件在晶体上所激发的荧光会被全部的光电倍增管所采集 医学影像仪器 20 电阻加权定位 光电倍增管给出位置信号和能量信号 位置信号经过矩阵电阻链分别输入到四个放大器 其输出给出晶体中荧光产生点的重心位置 能量信号通过加和电路作为总能量信号 大小与荧