技师-仪器-核医学上岗证培训-耿建华-081125

2008年核医学大型设备上岗证技师培训

核医学仪器设备

中国医学科学院肿瘤医院核医学科耿建华2008-11-25核医学仪器设备——按用途分类计量仪器活度计辐射防护测污仪、环境监测、个人剂量仪体外样品测定仪器计数器、液闪仪、放免仪非显像测定仪器甲状腺功能测定仪、肾功能仪、γ探针显像设备γ相机、SPECT、PET放药生产及质控设备回旋加速器、药物合成仪、薄层扫描仪、高压液相仪探测仪器基本构成原理基本构成由三部分组成探头将射线的辐射能转变为电信号电子线路部分对探头输出的电信号进行处理（如信号放大、能量甄别，信号定位、时间符合、各种校正等）各种附加部件辅助作用，按不同的检测目的而配备（如床、计算机、自动控制系统、显示系统和储存系统等）SPECT与γ相机SPECT（singlephotonemissioncomputedtomography)由γ相机旋转构成，核心部件为γ相机。获得平面、断层、全身图像。具有γ相机的所有功能，其性能高于普通γ相机。在很多临床应用中，SPECT只应用了其γ相机的功能，γ相机逐渐被SPECT取代SPECT与γ相机系统硬件系统探头、电子线路部分、机架、扫描床及计算机软件系统采集软件、校正软件、图像处理软件及显示软件等SPECT与γ相机探头准直器晶体NaI(Tl)光电倍增管(PMT)准直器构成:由单孔或多孔的铅合金制作成功能：让一定方向入射的γ射线通过，吸收其它方向入射的γ射线，按照一定规律把放射性核素的分布投影到γ照相机探头的晶体上。准直器的主要性能参数空间分辨率：区别两个邻近点源的能力，以点源或线源响应曲线的半高宽度（FWHM）表征准直器的空间分辨率半高宽度越小，表示空间分辨率越好几何参数决定分辨率几何参数：孔数、孔径、孔长及孔间壁厚度灵敏度：准直器对γ光子的通过率-几何参数决定分辨率适用能量范围：由孔长和孔间壁厚度决定高能准直器孔长，孔间壁厚准直器分类从形状分类平行孔型发散孔型针孔型聚焦型准直器类型特点临床应用备注平行孔准直器准直器到源的距离影响图像质量,但不影响图像大小.应用最广泛，适用于各脏器显像图像大小与脏器相同，没有失真针孔准直器图像倒置，图像大小与源到准直器的距离有关甲状腺显像图像失真汇聚孔准直器从准直器表面到汇聚点内的物体产生放大的图像脑显像图像失真发散孔准直器扩大视野，图像缩小，不同深度的分布有不同的缩小尺寸小的探头对大器官成像图像失真平行孔准直器分辨率:准直孔越小，准直器越厚(孔长越长），探头距病人距离越近，分辨率越高灵敏度:准直孔越大，准直器越薄(孔长越短），孔间壁越小，灵敏度越高。与被显像物与准直器间距无关分辨率↑→灵敏度↓平行孔准直器准直器类型适用的能量范围临床应用准直器名称缩写低能通用准直器LowenergygeneralpurposeLEGP75~170keV99mTC标记的放射性药物低能高分辨准直器LowenergyhighresolutionLEHR中能通用准直器HighenergygeneralpurposeMEGP170~300keV67GA标记的放射性药物高能通用准直器HighenergygeneralpurpHEGP270~360keV131I标记的放射性药物超高能高分辨准直器UltrahighenergygeneralpurposeUHEHR511keV18F-FDG代谢类显像剂晶体功能：把高能的γ光子转换成可见闪烁光射线入射到晶体上，射线与晶体原子相互作用光电效应康普顿散射使晶体原子激发。退激回到基态，发射荧光（闪烁光）410nm一个光子产生多个荧光光子。闪烁晶体(scintillatingcrystal)，闪烁成像(scintillatingimaging)晶体NaI晶体厚度：厚度↑→分辨率↓，灵敏度↑?厚度↓→分辨率↑，灵敏度↓2/8″(6.35mm)低能单光子成像3/8″(9.525mm)低能单光子成像5/8″(15.875mm)兼顾低能、高能单光子及符合成像8/8″(25.4mm)兼顾低能、高能单光子及符合成像NaI晶体大小30cm×30cm--50cm×60cm光电倍增管功能：把晶体产生的闪烁光信号转换成电信号并将之放大。光电倍增管由光阴极、电子聚焦系统、多级倍增极和阳极组成：荧光→光阴极→光电子→倍增极→二次发射电子→倍增极→倍增级→……光电倍增管接收闪烁光的表面形状有圆形、六角形及方形等光电倍增管数量依据探头尺寸，从十几个到上百个光电倍增管的数量越多，空间分辨率越高光电倍增管光电倍增管的输出分为两路位置电路：X、Y定位信号能量电路：能量总和、甄别SPECT与γ相机的电路放大位置电路能量电路各种校正……位置电路和能量电路位置电路光电倍增管接收光强Ii，根据位置，权重为Xi和Yi，输出幅度分别为：∑XiIi和∑YiIi能量电路输出信号幅度为全部光电倍增管探测到的光强度之合∑Ii，Z信号（总和电路），代表了γ射线的能量，将之输入到PHA，进行能量甄别，在能窗内，记录闪烁光的位置：

X、Y的数值不受γ射线能量大小的影响，图像的大小与γ射线的能量无关脉冲幅度分析器（pulseheightanalyzer，PHA）功能：甄别能量，选择一定能量范围，剔除散射、噪声总和电路输出幅度为

的脉冲信号，由脉冲幅度分析器（PHA）分析，使满足设定能窗的γ光子被记录，剔除低能γ光子（例如，散射光子）及高能γ光子。对99mTc发出的140keV，能窗为±10%，只记录能量为126~154keV的光子。经放大的电脉冲幅度∝入射γ射线能量单道脉冲分析器---单能窗多道脉冲分析器---多能窗，SPECT与γ相机框图SPECT与γ相机SPECT与γ相机的机架与扫描床γ相机的机架：固定支撑探头SPECT机架：还提供使探头绕扫描床旋转的功能γ相机通常没有专用的扫描床SPECT配有专用的扫描床，扫描时，扫描床可移动，获得全身图像。计算机SPECT或γ相机的工作站功能：控制SPECT或γ相机的采集、处理、存储及显示图像SPECT的断层图像需重建及各种校正软件，并需要更大图像存储空间，因此要求更高配置的计算机SPECT与γ相机工作原理概述将特定放射性药物注入患者体内一定的时间后,放射性药物在体内达到显像的要求，开始进行γ相机或SPECT成像从人体中发射出的γ光子首先到达准直器，准直器限制入射γ光子的方向，只允许与准直器孔方向相同的γ光子透过，以便于γ光子定位到达晶体的γ光子与晶体相互作用，被晶体吸收并产生多个闪烁光子闪烁光经过光导被各个光电倍增管接收。光电倍增管将闪烁光转变成电脉冲信号该电脉冲信号经过特殊位置电路定位、能量电路甄别被记录，成为一个计数成像装置记录大量的闪烁光点，经过处理、校正，形成一幅人体放射性浓度分布图像，即为一幅γ相机图像或SPECT平面图像。SPECT断层成像工作原理概述旋转采集探头围绕患者旋转投影图像根据需要在预定时间内采集360度或180度范围内不同角度处的平面图像，任一角度处的平面图像称为投影图像（projectionimage）。重建利用多幅投影图像，通过数据处理、校正、图像重建获得体内断层图像，即SPECT断层图像。重建算法滤波反投影法迭代法SPECT与γ相机γ相机探头绕人体旋转——SPECTSPECT与γ照相机相同SPECT探头与γ相机探头结构原理相同SPECT具备γ相机的功能SPECT与γ照相机不同SPECT性能（均匀性、线性、稳定性）优于γ相机SPECT探头绕人体旋转，图像重建——SPECT断层图像SPECT可获得断层图像、全身平面图像及局部平面图像γ相机只能获得局部平面图像SPECT要求高配置工作站SPECT机架及扫描床比γ相机复杂SPECT基本结构SPECT断层图像校正衰减校正散射校正衰减校正（attenuationcorrection，AC）

γ光子在人体内的衰减造成SPECT重建断层图像“中空”或称“热边”现象，使深部计数减低，图像失真——需要衰减校正衰减I=I0e-μd衰减校正软件校正用某种算法，在图像重建前或后或重建中，进行校正。假设成像的组织器官是均匀的，非均匀衰减的校正效果不理想透射扫描校正法用放射源或CT投射扫描获得成像组织衰减的分布，即衰减图。利用衰减图在图像重建过程中进行衰建校正。对于非均匀衰减的情况能校正出较为理想的重建图像用X-CT获取透射投影，由于X光和γ光子的能谱不同，人体组织对它们的衰减系数是不一样的，所以X-CT测量出的衰减系数μ值需要修正后才能用来校正。(XrayforAttenuation)散射校正(scatteringcorrection)γ射线在患者体内及晶体内行进的过程中，与体内组织及晶体相互作用发生康普顿散射散射使光子能量损失，且运动方向发生偏移，使位置信息产生偏差，造成混淆和假计数，使图像变模糊，分辨率下降。本底计数提高，造成不均匀的本底噪声，降低了图像的对比度，可使小病灶淹没在本底中。散射校正散射校正基本原理估计散射光子对成像的贡献将其从投影数据或重建图像中减掉散射成分SPECT和γ相机性能指标

SPECT性能探头性能（平面图像性能）——γ相机性能指标反映平面图像的质量

断层性能指标反映断层图像的质量全身扫描性能反映全身扫描图像的质量SPECT探头和γ相机性能指标固有（intrinsic）性能:卸下准直器与准直器性能无关系统（system）性能:安装准直器与准直器性能有关SPECT探头和γ相机性能指标有效视野（usefulfieldofview，UFOV）探头尺寸的95%中心视野（centralfieldofview，CFOV）UFOV的75%SPECT和γ相机性能指标1.空间分辨率2.空间线性3.能量分辨率4.均匀性5.多窗空间配准度6.计数率特征7.灵敏度8.探头屏蔽性能空间分辨率（spatialresolution）反映能分辨两点间最小距离用点源、线源扩展函数半高宽、十分之一高宽表示空间分辨率半高宽(fullwidthathalfmaximum,FWHM）十分之一高宽(fullwidthattenthmaximum,FWTM)空间分辨率（spatialresolution）固有分辨率（intrinsicspatialresolution）晶体、光电倍增管的性能及能窗等采集条件系统分辨率(systemspatialresolution)固有分辨率及准直器的分辨率决定空间线性（spatiallinearity）描述图像的位置畸变程度绝对线性（absolutelinearity）X及Y方向的线扩展函数峰值偏离距离微分线性（differentiallinearity）X及Y方向的线扩展函数峰值偏离距离的标准差线性值越小，其线性越好。固有能量分辨率

（intrinsicenergyresolution）描述探头对γ射线能量的辨别能力用光电峰的半高宽与峰值处能量的百分比表示能量分辨率（%）=（EFWHM/E0）×100%固有能量分辨率测试点源：>5FOVDailyQC均匀性（uniformity）描述γ相机探头对一均匀泛源的响应积分均匀性（integraluniformity，Ui）探头视野内的均匀性微分均匀性(differentialuniformity,Ud)X方向及Y方向相邻5个像素间均匀性探头UFOV视野中的均匀性探头CFOV视野中的均匀性多窗空间配准度

（multiplewindowspatialregistration）描述不同能窗成像时，γ相机对不同能量光子的定位能力用不同能窗时一点源的图像在X及Y方向上的最大位移表示。67Ga源：93keV300keV184keV计数率特征

（countrateperformance）描述计数率随活度的变化特征最大观察计数率20%丢失时观察计数率观察计数率随活度的变化曲线灵敏度(sensitivity)描述探头对源的响应能力系统平面灵敏度探头对平行于该探头放置的特定平面源的灵敏度与准直器的类型、晶体厚度、窗宽、源的种类及形状有关与源距准直器的距离无关单位活度在单位时间内的计数单位：counts/(min·MBq)、counts/(s·MBq)、或counts/(min·μCi)探头屏蔽性能(shieldleakage)描述探头对视野之外源的屏蔽能力对患者本身FOV之外放射性的屏蔽用点源（点源与探头平面的垂直距离为20cm）在距探头FOV边缘前后10、20、30cm的最大屏蔽计数与在FOV中心处计数率的百分比表示。对周围环境放射性的屏蔽将点源置于距地面1m，距探头两侧及前后2m处。用探头分别朝上、下、左、右时的计数率与FOV中心处计数率的百分比表示屏蔽泄漏=最大屏蔽计数率/FOV中心计数率×100%SPECT断层性能断层均匀性断层空间分辨率旋转中心断层对比度断层灵敏度和总灵敏度全身扫描性能指标全身扫描空间分辨率全身扫描系统均匀性全身扫描空间分辨率测试平行于运动方向的分辨率垂直于运动方向线源的扩展函数的半高宽（FWHM）及十分之一高宽（FWTM）全身扫描空间分辨率测试垂直于运动方向的分辨率平行于运动方向线源的扩展函数的半高宽（FWHM）及十分之一高宽（FWTM）全身扫描空间分辨率全身扫描空间分辨率影响因素：探头性能系统的机械性能机械精度扫描速度软件全身扫描系统均匀性描述全身扫描图像的均匀性影响因素探头的均匀性准直器的均匀性机械驱动装置系统校正……设备质量控制

qualitycontrol,QC对设备进行的一些专门的测试特定的标准NEMA(NationalElectricalManufacturersAssociation)IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)IAEA(InternationalAtomicEnergyAgency)国家标准厂家提供的标准质量控制内容常规质控

routinetests,routineQC验收质控

acceptancetests,acceptanceQC参考质控

referencetests,referenceQC常规测试日常定期对设备进行的性能测试日质控（dailyQC）周质控（WeeklyQC）月质控（monthlyQC）年质控（yearlyQC）等（厂家提供专用测试程序）目的：确保设备工作在最佳状态及时发现设备性能降低程度验收测试设备安装后对设备进行的全面性能测试目的：确保设备达到厂家标定的技术及操作性能。必须严格按照标准NEMAIEC国家标准

参考测试对设备性能进行全面测试，提供全面性能指标的参考数据，评估设备性能验收测试结果可作为一段时间内的参考测试何时进行：设备出现较大故障及大修或调试后当机器搬迁到新址时测试标准：验收测试标准SPECT/CT

SPECT/CT特点硬件同机将CT的X线球管和探测器安装在SPECT系统的旋转机架上，使病人可同机进行CT和SPECT检查。同机图像融合一次摆位获得CT图像和SPECT图像，实现同机CT图像与SPECT图像的融合。同机融合对位准确，可获得精确的融合图像。在不同的时间、不同的空间进行SPECT和CT扫描SPECT/CTSPECT/CT中CT的作用提供SPECT图像的衰减校正与SPECT图像的融合定位供诊断信息增加患者所受辐射剂量PET（positronemissiontomography）与SPECT不同：采用正电子核素(例如，18F､15O､13N､11C)标记的放射性药物不使用准直器，而采用符合探测（电子准直），可以使分辨率及灵敏度同时得到大幅度提高。正电子核素半衰期(min)最大能量(keV)最大射程(mm)15O2.117388.213N9.911975.411C20.49605.018F1106402.4PET符合探测原理正电子湮灭两个光子沿着直线反方向飞行几乎同时到达在这条直线上的两个探测器符合探测探测由电子对湮灭所产生的γ光子对来反映正电子湮灭时的位置符合事件(coincidenceevent)：一个计数在符合窗时间内探测到的两个光子PET设备组成PET探头晶体环：将511kevγ射线转成荧光光电倍增管：将荧光转换成电信号并将之放大……PET探头探测器组（block)晶体组块(crystalblock)8×86×86×6小晶块4mm～6.5mm晶体环孔径80cm轴向几个block32环24环……PET晶体晶体NaI：Tl