核医学仪器医学知识专题讲座培训课件

1、内容提要核探测仪器的基本原理体外样品测量仪器及辐射防护仪器照相机SPECT及双探头符合探测PET、PET/CT及图像融合技术脏器功能测定仪器 内容提要核探测仪器的基本原理概 述核医学仪器 核医学诊疗、防护需要的各种核辐射或射线探测仪器,主要由射线探测器、电子测量装置和计算机等组成常用仪器 主要包括显像仪器、脏器功能测定仪器、体外样本分析测量仪器、辐射防护仪器和放射性核素治疗仪器等 发展简史 盖革弥勒计数器扫描机 相机发射型计算机断层显像仪(ECT) PET+CT概 述核医学仪器第一节 核探测仪器的基本原理 核探测仪器的基本原理是建立在射线与物质相互作用基础上的 电离作用 荧光现象 感光作用第一

2、节 核探测仪器的基本原理 核探测仪器的基本原理第一节 核探测仪器的基本原理电离作用 射线引起物质电离，引起电离的数量与收集的电子对数目具有相关性荧光现象 电子与物质原子产生激发作用，退激时产生荧光，荧光转变为电信号感光作用 射线使感光材料形成潜影，经显影和定影处理后，感光材料中出现黑色颗粒沉淀第一节 核探测仪器的基本原理电离作用第一节 核探测仪器的基本原理放射性探测仪器的组成辐射探测器（radiation detector ） 利用射线和物质相互作用产生的各种效应将射线的辐射能转变为电子线路部分能处理的电信号 电子学单元 根据不同的测量要求和探测器的特点而设计的分析和记录电信号的电子测量仪器

3、数据处理系统 按不同的检测目的和需要而配备的计算机数据处理系统、自动控制系统、显示系统和储存系统等 第一节 核探测仪器的基本原理放射性探测仪器的组成第一节 核探测仪器的基本原理放射性探测仪器的分类 按照测量原理分电离探测仪（ionization detector）闪烁探测仪（scintillation detector） 按用途分显像仪器功能测定仪器体外样本测量仪器 第一节 核探测仪器的基本原理放射性探测仪器的分类第一节 核探测仪器的基本原理电离探测仪 收集射线使物质电离的次数和电量信号，反映射线的活度和能量。包括辐射剂量检测仪、放射性活度测量仪等闪烁探测仪 利用晶体使射线能量转换成荧光光子，

4、记录荧光光子的产生和数量，反映射线活度和能量。包括显像仪、功能测定仪、体外样本测量仪等第一节 核探测仪器的基本原理电离探测仪第一节 核探测仪器的基本原理体外样本测量仪器闪烁测量计数器 （ scintillation detector ）NaI晶体 光电倍增管（PMT） 前置放大器 闪烁荧光 photoelectric effect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第一节 核探测仪器的基本原理体外样本测量仪器第一节 核探测仪器的基本原理NaI晶体柱各种型号的光电倍增管第一节 核探测仪器的基本原理NaI晶体柱各种型号的光电倍增第一节 核探测仪器的基本原理手持式探测

5、仪 闪烁型探头 半导体型探头 信号处理显示器 第一节 核探测仪器的基本原理手持式探测仪第一节 核探测仪器的基本原理医用核素活度计（dose calibrator） 几何测量效率高 无核素选择性第一节 核探测仪器的基本原理医用核素活度计（dose ca第一节 核探测仪器的基本原理液体闪烁计数器 样品溶解在闪烁液中 测量衰变和衰变的放射性核素（比如3H，14C） 第一节 核探测仪器的基本原理液体闪烁计数器第一节 核探测仪器的基本原理辐射防护与剂量监测仪器表面污染监测仪个人剂量监测仪第一节 核探测仪器的基本原理辐射防护与剂量监测仪器表面污染第二节 照相机 1957年Anger研制出第一台照相机，称之

6、为 Anger照相机组成：准直器、晶体、光导、光电倍增管矩阵、位置电路、能量电路、显示系统和成像装置等 第二节 照相机 1957年Anger研制出第一台照第二节 照相机准直器 由铅或铅钨合金从中央打孔或者是四周合拢形成的装置，放于被检者与晶体之间，使非规定范围和非规定方向的射线不得入射晶体 保证照相机的分辨率和定位的准确 针孔型准直器多孔型准直器第二节 照相机准直器针孔型准直器多孔型准直器第二节 照相机准直器的主要性能参数 主要参数有孔数、孔径、孔深及孔间壁厚度，决定准直器的空间分辨率、灵敏度和适用能量范围等参数准直器的类型 按形状分：针孔型、平行孔型、扩散型、汇聚型 按射线能量分：低能、中能

7、、高能 按灵敏度和分辨率分：高灵敏型、高分辨型、通用型第二节 照相机准直器的主要性能参数第二节 照相机晶体NaI（Tl）掺铊碘化钠把经准直器进入的射线能量转换成荧光光子，光子被光电倍增管阴极吸收后转换成电子，再经数次放大，形成电脉冲信号 Tl元素作激活剂使用，减少信号失真，增加探测效率晶体厚度和直径会影响探测效率和分辨率第二节 照相机晶体第二节 照相机光电倍增管为数众多的光电倍增管均匀地排列在晶体的后面，紧贴着晶体 数量多少与定位的准确性有关脉冲幅度分析器 有选择性地记录从晶体和光电倍增管输送来的电脉冲信号 排除本底及其他干扰信号 第二节 照相机光电倍增管第二节 照相机信号分析和数据处理系统

8、包括电子学线路和计算机 电子学线路除脉冲幅度分析器外还有前置放大器、主放大器及均匀性校正电路、位置线路等第二节 照相机信号分析和数据处理系统 包括电子学线路和第二节 照相机照相机工作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，可进行全身显像第二节 照相机照相机工作原理应用：各种脏器静态显像，第三节 SPECT及双探头符合探测 SPECT基本结构 单光子计算机发射断层显像仪single photon emission computed tomography组成：在高性能 相机

9、上增加了支架旋转的机械部分、断层床、图像重建软件单探头SPECT双探头SPECT第三节 SPECT及双探头符合探测 SPECT基本结构 单探第三节 SPECT及双探头符合探测SPECT工作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第三节 SPECT及双探头符合探测SPECT工作原理第三节 SPECT及双探头符合探测SPECT成像特点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 第三节 SPECT及双探

10、头符合探测SPECT成像特点第三节 SPECT及双探头符合探测TCT与ECT的区别TCT(X射线穿透型计算机断层)显像是记录X线从外部穿透机体后由组织密度差异产生的影像，ECT显像是反映放射性药物在体内的分布TCT反映解剖结构，ECT反映器官生理功能TCT X线的穿透是有序的向一个方向，ECT的射线是随机的，可向任意方向发射第三节 SPECT及双探头符合探测TCT与ECT的区别第三节 SPECT及双探头符合探测SPECT数据采集和断层图像重建图像重建方法：滤波反投影技术（filtered back-projection） 第三节 SPECT及双探头符合探测SPECT数据采集和断层图第三节 SP

11、ECT及双探头符合探测SPECT性能指标均匀性：固有均匀性和系统均匀性空间分辨率：固有分辨本领和系统分辨本领平面源灵敏度：固有灵敏度和系统灵敏度空间线性：描述SPECT的位置畸变最大计数率：SPECT的计数范围和计数特性固有能量分辨率：反映仪器分辨两个能量相近光电峰的能力第三节 SPECT及双探头符合探测SPECT性能指标第三节 SPECT及双探头符合探测SPECT质量控制均匀性校正旋转中心校正断层均匀性校正旋转中心漂移测试断层空间分辨测试第三节 SPECT及双探头符合探测SPECT质量控制第三节 SPECT及双探头符合探测双探头符合探测（coincidence circuit SPECT）

12、既可以做常规的SPECT，又可以对正电子湮灭辐射产生的两个方向相反的 511 keV 光子进行符合探测成像 主要由可变角双探头SPECT系统、符合探测技术和衰减校正装置构成第三节 SPECT及双探头符合探测双探头符合探测（coinc第三节 SPECT及双探头符合探测符合线路SPECT衰减校正方法 放射源技术（铯137Cs、钡133Ba） X-CT 技术 X-CT 技术可进行同机解剖结构与功能代谢图像融合，（fusion imaging）对病灶可做出精确定位诊断 图像融合:是指不同图像(SPECT, PET, CT, MRI)之间的空间配准或结合。利用各种成像方式的特点，为不同的影像提供互补信息

13、，增加图像质量，以期对临床诊断和治疗的定位、观察提供有效的方法第三节 SPECT及双探头符合探测符合线路SPECT衰减校正第三节 SPECT及双探头符合探测SPECT配置高能准直器 一种单光子探测方式。主要用于心肌锝99mTc-MIBI 心肌血流灌注和氟18F-FDG心肌代谢断层显像SPECT配置1英寸晶体技术1英寸厚碘化钠晶体特殊切割小槽优势最大限度提高高能灵敏度提高中能灵敏度最大限度减少低能探测的散射作用第三节 SPECT及双探头符合探测SPECT配置高能准直器技第三节 SPECT及双探头符合探测1英寸切割晶体符合线路SPECT18F-FDG 显像（冠状面）第三节 SPECT及双探头符合探

14、测1英寸切割晶体符合线路SP第三节 SPECT及双探头符合探测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第三节 SPECT及双探头符合探测SPECT/CT第四节 PET、PET/CT及图像融合技术 PET positron emission tomography正电子发射计算机断层显像仪第四节 PET、PET/CT及图像融合技术 PET pos第四节 PET、PET/CT及图像融合技术PET基本结构及原理由探头(晶体、光电倍增管、高压电源)、电子学线路、数据处理系统、扫描机架及同步检查床组成 511 KeV Gamma Ray511 KeV Gam

15、ma Ray+- 发射正电子的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、溴76Br等第四节 PET、PET/CT及图像融合技术PET基本结构及原第四节 PET、PET/CT及图像融合技术PET和SPECT的主要区别在于探测的放射性核素不同。PET以发射正电子核素在湮灭时发射的光子为探测对象，而SPECT是以发射光子的放射性核素为探测对象第四节 PET、PET/CT及图像融合技术PET和S

16、PECT第四节 PET、PET/CT及图像融合技术电子准直PET利用电子准直的方式，即符合电路来实现空间定位，从一个正电子湮灭事件中产生出来的双光子发射角度为180度，在环形排列的探测器阵列中，某两个探头几乎在同一时刻(510毫微秒 )被双光子击中，则正电子湮灭发生的位置必定在这两个探头之间的连线上，探测效率更高第四节 PET、PET/CT及图像融合技术电子准直第四节 PET、PET/CT及图像融合技术飞行时间(time of flight，TOF)指湮灭辐射产生的光子以光速飞行到探头所需要的时间。利用两个光子到达对应探头的时间差，可以判定湮灭事件发生的时间位点第四节 PET、PET/CT及图

17、像融合技术飞行时间(time第四节 PET、PET/CT及图像融合技术PET优点不用铅准直器，采用符合计数，灵敏度较SPECT提高1020倍并能改善分辨率。正电子核素多是组成人体的固有元素，是人体代谢必须的重要物质。例如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等，易合成放射性药物而不影响其生物学性质，可以进行代谢显像PET易进行衰减校正和定量分析，SPECT定量分析较困难第四节 PET、PET/CT及图像融合技术PET优点第四节 PET、PET/CT及图像融合技术PET/CT及图像融合技术图像融合技术是将来自相同或不同成像方式的图像进行一定的变换处理，使其之间的空间位置、空间坐标达到匹配的一种技术PET/CT以

18、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，解剖定位更加准确第四节 PET、PET/CT及图像融合技术PET/CT及图像第四节 PET、PET/CT及图像融合技术同机融合采用PET与CT、SPECT与CT图像融合同机显像，不移动患者，在同一体位，先后采集PET与CT或SPECT与CT两幅图像，同时获得患者的发射断层图(ECT)、透射断层图(TCT)及两者融合图像，并利用透射图像对发射断层图像进行衰减校正。提高了图像融合的精度第四节 PET、PET/CT及图像融合技术同机融合第四节 PET、PET/CT及图像融合技术女性患者，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第四节 PET、PET/CT及图像融合技术女性患者，50yr第四节 PET、PET/CT及图像融合技术小动物PET专门用于小动物显像的PET扫描仪的空间分辨率等主要指标要远高于人体PET ，正逐渐成为现代生物医学研究的一项重要工具1991年，Ingvar M等将临床用PET扫描仪进行了大鼠脑显像，首次将PET用于动物实验研究主要应用：药物开发、疾病研究、基因显像等 第四节 PET、PET/CT及