中国医大影像核医学课件01核医学影像基础与设备

第一章

核医学影像基础与设备第一章核医学影像基础与设备第一节核物理基础第二节核医学仪器基础第三节单光子发射断层显像第四节正电子发射断层显像第五节质量控制与方法第一节

核物理基础一、基本概念原子核+电子-物质的性质，如元素的化学、物理及光谱特性与核外电子有关放射性现象卢瑟福模型原子是由原子核及若干绕核运动的电子组成,原子核带正电荷,占有原子质量的99.9%以上,,但其半径不到原子半径的万分之一。原子核:由中子和质子组成,中子和质子是两种质量基本相等的粒子,统称核子（A)。质子:

正电,电量与电子电量相等,质量1U(Z)。中子:

不带电,质量为1U(N)。一、基本概念核子数（A）=质子数（Z）+中子数（N）元素（element）：具有相同质子数的同类原子。

碘12553I，12853I，13153I核素（nuclear）：具有一定质子数和中子数，并在特定能量状态的原子。

氢11H，氘21H，氚31

一、基本概念稳定性核素：中子数和质子数保持一定比例：N/Z=1-1`5放射性核素：能自发地发出某种射线而转变为另一种核素。一、基本概念1896HenriBecquereldiscoveredmysterious"rays"fromuranium1897MarieCurienamedthemysteriousrays"radioactivity."同位素（isotope）：周期表上位置相同的元素。

质子数相同中子数不同原子序数相同原子量不同化学性质相同物理性质不同

235U238U一、基本概念同质异能素（nuclearisomer）原子核的质子`中子数均同，但处于不同能量状态的核素。

锝9943Tc

基态（T1/221万年）

9943Tcm激发态（T1/26hr）

m

表示核素属于激发态一、基本概念核衰变：放射性核素自发地释放出一种或一种以上的射线并转变成另外一种核素的过程.其类型与方式取决于原子核内的固有特征,与外界无关。二、核衰变α衰变

核子总数过多（Z》82）AZX

A-4Z-2Y+42He+Q位移规律：22688Ra

22286Rn二、核衰变α衰变模式图αγ二、核衰变

β衰变

核电荷改变，核子数不变的核衰变二、核衰变β-

衰变

富中子核素中子数过多,中子转换为质子。

位移规律:AZX

AZ+1Y+β-+Q+γ-

3215P

3216S二、核衰变β-衰变模式图β-γ二、核衰变二、核衰变β+

衰变

贫中子核素内由质子数转换为中子。

位移规律:AZX

AZ-1Y+β++Q+γ

189F

188O二、核衰变β+衰变模式图β+γ二、核衰变PET

的基本原理二、核衰变电子俘获

贫中子核素从核外内层电子轨道俘获一个轨道电子,使核内质子转换为中子。位移规律:AZX+-1e

AZ-1Y+γ

5526Fe

5525Mn二、核衰变电子俘获模式图γ标志X射线二、核衰变γ衰变处于激发态的原子核向低的激发态或基态跃迁时，发射γ光子（60Co治疗）。

AmZX

AZY+γ+Q

99m43Tc9943Tc内转换：激发态原子核向较低能态跃迁时，多余能量传递核外的壳层电子，使成为自由电子。并可产生标志X射线和俄歇电子二、核衰变二、核衰变二、核衰变二、核衰变放射性粒子比较二、核衰变核衰变规律：各种放射性核素的总放射性核素都随时间按指数规律衰减。N=N0e-λt

二、核衰变半衰期物理半衰期（T1/2）：放射性强度衰减到原来的半数所需要的时间

生物半衰期（T1/2）：元素从体内由于生物过程而减少一半所需要的时间

有效半衰期（Te）：由于放射形衰变和生物排除的综合作用，使核素放射性强度减少一半所需的时间二、核衰变衰变常数(λ)表示某种放射性核素的一个核在单位时间内自发衰变的比率,反映核衰变的速度。衰变常数与半衰期成反比T=0.693/λ二、核衰变各种常用核素的半衰期二、核衰变放射性活度（A）：一定量的放射性核素在单位时间内发生的核衰变数，反映核衰变率。A=dN/dt单位：贝可（Bq）=S-1；表示每秒内发生核衰变次数。

居里（Ci）=3.7*1010

Bq

Bq=2.703*10-11Ci比活度:单位质量(容积)放射性制剂中的放射性活度。Bq/mgBq/ml二、核衰变照射量：是直接度量射线对空气电离能力的量，可间接反映射线剂量的强弱。X=dQ/dm

单位：库仑/千克（C/Kg）伦琴（R）1R=2.58*10-4C/Kg三、辐射剂量及其单位吸收剂量

被照射物质所吸收的辐射能量（适用于任何射线对任何物质）D=dE/dm单位

戈瑞（Gy）=焦耳/千克（J/Kg）拉德（rad）1Gy=100rad三、辐射剂量及其单位剂量当量不同射线在相同吸收剂量产生的生物效应不同，需进行修正加权H=D*Q*N西澳特（SV）=焦耳/千克雷姆（rem）三、辐射剂量及其单位常用辐射量及其单位三、辐射剂量及其单位第二节

核医学仪器基础各种粒子与物质相互作用后可产生不同的作用

一、射线与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用电离：失去或得到电子形成离子的过程。电离密度：速度、电量及物质密度一、射线与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用激发：从低能态跃迁到高能态的现象。

X射线荧光分析一、射线与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用韧致辐射：电磁场电磁辐射光子。能量、原子序数、质量一、射线与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用湮没辐射：正负电子

一、射线与物质的相互作用光子与物质的相互作用一、射线与物质的相互作用光子与物质的相互作用光电效应：光子吸收后，发射轨道电子的过程。内层（K、L）并形成电子空位处于激发态。一、射线与物质的相互作用光子与物质的相互作用康普顿效应：物质散射、较外层的电子康普顿电子康普顿散射光子一、射线与物质的相互作用光子与物质的相互作用电子对生成：能量大于两个电子静止能量1.02Mev一对正负电子一、射线与物质的相互作用探测和记录放射性核素所放出射线的能量、种类、活度、时间变化和空间分布的仪器

二、γ闪烁探测器感光作用

荧光现象电离作用二、γ闪烁探测器thyroidrenal二、γ闪烁探测器一）闪烁体：闪烁探测器、半导体探测器固体探测器、液体探测器二）光电倍增管三）前置放大器四）记录和分析脉冲信号的数据处理系统

1.定标器

2.脉冲幅度分析器

3.计数率仪二、γ闪烁探测器高压电源低压电源定时器放大器甄别器数字显示计数器前置放大光电倍增管晶体射线探测器记录分析系统二、γ闪烁探测器闪烁体光电倍增管前置放大器γγγ闪烁探测器基本原理示意图二、γ闪烁探测器二、γ闪烁探测器1929cyclotron

1952gammacamera

1951rectilinearscanner

1958Technetium-99mgenerator

1976fluorine-18FDG

1959emissioncomputedtomography

1974PETcamera

1980s1990s2000s2000s二、γ闪烁探测器记录单位时间（通常是60秒）的射线计数。放射免疫分析仪，甲状腺吸碘率仪

三、常用医学仪器放射性肾图仪，单光子骨密度仪二、γ闪烁探测器二、γ闪烁探测器SPECTPETPET和SPECT加速器二、γ闪烁探测器二、γ闪烁探测器NatureClinicalPracticeOncology5,160-170(01Mar2008)

二、γ闪烁探测器二、γ闪烁探测器第三节

单光子发射型计算机断层显像

SPECTSinglePhotoEmissionComputedTomography

单光子发射型计算机断层:采用探测器环绕人体长轴，在人体外从不同角度进行直线扫描；记录在每一条线上体内放射性核素发出的射线，集合成一个投影截面，完成后将信号放大和模数转换，在计算机内按预定程序重建成放射性密度分布的三维断层图象。一、SPECT成像的基本原理二、基本结构二、基本结构单探头双探头三探头环型探头SPECT二、基本结构SPECT/CT二、基本结构三、图像采集门控断层三、图像采集重建方法四、图像重建四、图像重建衰减校正均匀性非均匀性四、图像重建四、图像重建肺栓塞的血管左侧肾上腺嗜铬细胞瘤甲状腺右叶下极甲旁腺瘤第四节

正电子发射型计算机断层显像正电子显像技术（PET）一、成像原理正电子发射体发射的正电子与周围介质作用，很快和电子结合，发生“湮没辐射”。即产生能量相等（511Kev），方向相反（几近180o）的两个光子。目前的单光子不能胜任双光子的接受，必须具有精确的，分辨时间达到10-8秒的符合电路的双探头断层装置。仅识别和接受在同一时间相对方向的光子.常用正电子核素一、成像原理符