《医疗器械概论》-第二篇第2章-医用放射设备

第二章医用放射设备《医疗器械概论》第2版郑彦云主编第二篇有源医疗器械杨鹏飞高级工程师理学院计算机教研室、宁夏医科大学总医院核医学科目录第二章医用放射设备第一节概述第二节医用X射线诊断装置第三节X射线计算机体层摄影装置

第四节第五节医用放射治疗设备学习目标掌握

常规X射线成像装置、X射线计算机体层成像装置的组成；γ照相机、医用电子直线加速器的基本构造和工作原理

熟悉

X射线成像基础、数字X射线成像设备、正电子发射型计算机断层装置和γ刀系统了解

医用放射影像设备概况、X射线计算机体层摄影装置成像原理、核医学基础、其他核医学诊断仪器和X刀系统第二章医用放射设备概述第一节第二章医用放射设备医用放射设备第一节概述1、医用放射诊断设备（1）X射线成像设备1895年11月8日，德国物理学家伦琴发现射线，并用X射线给夫人拍摄了第一张手骨照片，人们第一次透过皮肤复看到体内骨骼；1896年，德国西门子公司研制出世界上第一支X射线球管；20世纪70年代初，X射线计算机体层摄影设备（X射线CT）问世；20世纪80年代开始，数字化透视摄影（DF）、计算机摄影（CR）、直接数字化X摄影（DDR）等技术相继问世；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技术已基本进入每一家医院。数字化图片转为屏幕，无胶片化。医用放射设备第一节概述1、医用放射诊断设备（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γ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。20世纪70年代，核医学成像设备与CT技术结合，极大的提高了诊断准确度。医用放射设备第一节概述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）放射设备：（1）钴60治疗机、γ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、质子加速器等医用X射线诊断装置第二节第二章医用放射设备一、X射线成像基础第二节医用X射线诊断装置X线是电磁波，波长：0.0006~50nm；X线诊断常用波长：0.008~0.031nm1.X射线成像基础第二节医用X射线诊断装置（1）X射线的基本特性①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。②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。1.X射线成像基础第二节医用X射线诊断装置（1）X射线的基本特性③电离作用及生物效应X线或其它射线（例如γ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。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。1.X射线成像基础第二节医用X射线诊断装置（1）X射线的基本特性④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。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。1.X射线成像基础第二节医用X射线诊断装置（1）X射线的基本特性⑤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。1.X射线成像基础第二节医用X射线诊断装置（2）X射线成像的基本原理X射线具有一定的穿透力，能穿透人体的组织结构；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；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。1.X射线成像基础第二节医用X射线诊断装置（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。1.X射线成像基础第二节医用X射线诊断装置（3）X射线的产生靶高压电源低压电源靶阴极发热产生电子电子猝然停止和外层电子跃迁，部分能量以连续和特征X射线的形式放出。电子加速，撞击和电离中的核外子。X射线1.X射线成像基础第二节医用X射线诊断装置X射线机产生定向的、实用的X射线条件应用电子源（阴极）来发射电子；应有一个受电子轰击而辐射X射线的物体（阳极靶）；要有加速电子使其增加动能的电位差（管压差）；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。1.X射线成像基础第二节医用X射线诊断装置X射线机的分类按功率分：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。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）。1.X射线成像基础第二节医用X射线诊断装置X射线机的分类按安装形式：移动式和固定式X射线机按用途：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2.常规X射线成像的装置第二节医用X射线诊断装置常规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2.常规X射线成像的装置第二节医用X射线诊断装置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。2.常规X射线成像的装置第二节医用X射线诊断装置（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。2.常规X射线成像的装置第二节医用X射线诊断装置高压发生装置:

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50～150kV为一升压变压器。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。2.常规X射线成像的装置第二节医用X射线诊断装置2.常规X射线成像的装置第二节医用X射线诊断装置2.常规X射线成像的装置第二节医用X射线诊断装置作业咱们班现有五行八列的座位，你给全班发了1000元钱，每位同学拿到的钱可能不一样。现在想知道每位同学分别拿了多少钱，请问如何实现？2.常规X射线成像的装置第二节医用X射线诊断装置X线的检查方法（1）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。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。2.常规X射线成像的装置第二节医用X射线诊断装置X线的检查方法（1）普通检查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。优点：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。缺点：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。2.常规X射线成像的装置第二节医用X射线诊断装置X线的检查方法（2）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。2.常规X射线成像的装置第二节医用X射线诊断装置X线的检查方法（3）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的造影剂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。3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置数字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。计算机X射线摄影（computedradiography,CR）数字荧光X射线摄影（digitalfluorography,DF）数字化摄影（digitalradiography,DR）3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置（1）计算机X射线摄影（CR）

将通过被检者的X射线信息浅影记录在成像板（imagingplate，IP）中，通过激光对IP板进行扫描，输出光信号，以光电倍增管转换成电信号，再经A/D转换成数字信息输入计算机处理，形成数字化的X射线图像。IP板影像读取装置（X射线影像→数字）控制计算机图像处理装置图像记录装置（数字信号→光信号）图像存储装置（光盘、磁带等）荧光屏胶片激光照相机CR相片自动洗相机X射线3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置（1）计算机X射线摄影（CR）

成像板IP的原理：IP板在X射线中曝光，形成X射线图像潜影；用红色激光逐个像素地扫描IP板(光激励)，激发光励荧光(蓝色荧光)，其强度正比于在该像素所接受的X射线照相剂量；通过光电倍增管将蓝色荧光转换为电信号，形成数字化X射线图像；用卤素灯照射IP可完全擦去潜像，使IP恢复原来的空白状态，重新使用。3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置（1）计算机X射线摄影（CR）

成像板IP的原理：3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置（1）计算机X射线摄影（CR）

读取装置：暗盒读取装置用于读取暗盒型IP的影像信息，配合传统常规x线机使用。无暗盒读取装置集投照、读取于一体，需专用机器，不能与常规x射线摄影设备匹配，IP在曝光后直接被送到激光扫描部分读取，潜影消除部分擦除，以供重复使用。3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置（1）计算机X射线摄影（CR）

计算机图像处理：CR系统使用高精度扫描及读出的数字信号，可通过计算机进行图像后处理，能够在大范围内改变影像特性，最终得到稳定的、高质量的图像。激光照相机：将数字X射线影像记录在专用胶片上。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。3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置（2）数字荧光X射线摄影（DF）X射线曝光后经影像增强-电视系统（II-TVs）形成亮度增强的荧光影像，电荷耦合器（CCD）或真空摄像管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。3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置（3）数字化摄影（DR）：

数字化摄影系统是通过平板检测器（flatpaneldetector，FPD）技术将X射线影像直接转化成数字影像，所以这种方法属于直接数字化X射线成像（directdigitalradiography，DDR）。3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置（3）数字化摄影（DR）：DR与CR成像技术比较3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置（4）数字减影技术（DSA）：数字减影血管造影技术（digitalsubtractionangiography，DSA）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。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。3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置（4）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。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。3.数字X射线成像设备第二节医用X射线诊断装置（4）数字减影技术（DSA）：X射线计算机体层摄影装置第三节第二章医用放射设备X射线计算机体层摄影装置第三节X射线计算机体层摄影装置X射线计算机体层摄影（X-raycomputedtomography，CT）

又称“计算机体层摄影”，是利用人体内的各种组织对X射线的吸收差异，采用一定的数学方法，经过计算机处理，得出该层面内的衰减系数值在人体内的二维分布矩阵，并转变为图像画面上的灰度分布，实现建立断层图像的现代医学成像技术。X射线计算机体层摄影装置第三节X射线计算机体层摄影装置CT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。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2～3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500～2000个X射线计算机体层摄影装置第三节X射线计算机体层摄影装置CT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。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）X射线计算机体层摄影装置第三节X射线计算机体层摄影装置普通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1.X射线计算机体层摄影装置的成像原理第三节X射线计算机体层摄影装置CT成像的基本原理：●体层：受检体中的一个薄层，又称之为断层。●像素：构成图像的基本单元，是具有一定分辨能力的感光点。对于二维图像来说，像素就是图像平面的面积元，按一定的大小和一定的坐标人为划分。一幅图像划分的像素数越多，像素就越小，画面就越清晰，携带的生物信息量就越大。1.X射线计算机体层摄影装置的成像原理第三节X射线计算机体层摄影装置CT成像的基本原理：●体素：在受检体内部欲成像的层面上按一定的大小和一定的坐标人为划分的小体积元。1.X射线计算机体层摄影装置的成像原理第三节X射线计算机体层摄影装置CT成像：脑内出血区呈高密度影，CT值约45～90Hu之间实质性肿瘤CT表现为高密度影囊性肿瘤为低密度影1.X射线计算机体层摄影装置的成像原理第三节X射线计算机体层摄影装置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。1.X射线计算机体层摄影装置的成像原理第三节X射线计算机体层摄影装置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。1.X射线计算机体层摄影装置的成像原理第三节X射线计算机体层摄影装置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。2.X射线计算机体层摄影装置的组成第三节X射线计算机体层摄影装置基本构造：（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2.X射线计算机体层摄影装置的组成第三节X射线计算机体层摄影装置扫描架控制台（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3.X射线计算机体层摄影装置的演进第三节X射线计算机体层摄影装置（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。3.X射线计算机体层摄影装置的演进第三节X射线计算机体层摄影装置（1）普通CT-单束平移—旋转方式[第1代（1970）]平移采集160个数据*旋转180°每次扫描共采集28800个数据；计算80×80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3.X射线计算机体层摄影装置的演进第三节X射线计算机体层摄影装置（1）普通CT-窄扇形束扫描平移—旋转方式

[第2代（1972）]扇角：15°～20°步幅：5°～10°；X球管1个，检测器20～30个；一幅图像需时20～60s；应用范围：头部3.X射线计算机体层摄影装置的演进第三节X射线计算机体层摄影装置（1）普通CT-广角扇束形旋转—旋转（常用）

[第3代（1976）]一幅图像需时约5s；应用范围：全身（心脏除外）30°～60°300～1000个3.X射线计算机体层摄影装置的演进第三节X射线计算机体层摄影装置（1）普通CT-反扇束形静止—旋转（常用）

[第4代（1978）]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。400～1500个检测器组成静止环形检测器环3.X射线计算机体层摄影装置的演进第三节X射线计算机体层摄影装置（1）普通CT-电子束CT[第5代（1980开始研制）]Electronbeamcomputedtomography，EBCT也称为超高速CT，ultrafastcomputedtomography，UFCT主要构成：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。电子束经聚焦偏转轰击平行钨靶环产生旋转的X射线源，代替了X射线管和探测器的机械运动，所以可实现高速扫描，扫描时间缩短到毫秒级，故在心脏大血管、血流检查、血管造影的CT成像方面，EBCT的性能更优。3.X射线计算机体层摄影装置的演进第三节X射线计算机体层摄影装置（2）螺旋CT扫描轨迹为螺旋曲线，故称螺旋CT3.X射线计算机体层摄影装置的演进第三节X射线计算机体层摄影装置（2）螺旋CT1）扫描方式与供电方式：①扫描方式：X线管绕被查人体匀速单向旋转，人体匀速前进优点：①扫描速度高：减少运动伪影；②无采集数据遗漏：容积数据，任意位置、任意方位重建图像。②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。3.X射线计算机体层摄影装置的演进第三节X射线计算机体层摄影装置（2）螺旋CT2）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。单层探测器多层探测器X光管X光管3.X射线计算机体层摄影装置的演进第三节X射线计算机体层摄影装置CT的优缺点：●优点：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。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。可做定量分析：测量μ值，定量分析。●局限性：空间分辨力仍低于常规X线检查；不是所有脏器都适合CT检查（如空腔性脏器、胃肠道）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）；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）。第四节第二章医用放射设备课程回顾第四节核医学与核医学仪器第一节概述第二节医用X射线诊断装置第三节X射线计算机体层摄影装置

第四节第五节医用放射治疗设备课程回顾第四节核医学与核医学仪器本节主要内容第四节核医学与核医学仪器核医学及核医学成像基础知识：核医学的定义，核医学物理知识（原子的结构，核素、同位素、同质异能素的概念，核衰变，射线与物质的相互作用），核医学仪器的主要原理。γ照相机：γ照相机的基本结构、成像原理、探头组成、主要性能指标，数字式γ相机。单光子发射型计算机断层装置：SPECT的数据采集原理，γ相机型SPECT的结构，SPECT的主要性能参数，SPECT的临床应用及特点，SPECT/CT，图像采集与重建。正电子发射型计算机断层装置：PET的物理基础，PET的结构，PET的主要性能参数，PET/CT，图像采集与重建。其他核医学诊断仪器：放射免疫γ计数器，脏器功能动态检查仪，放射性药物活度测量计。课程重点第四节核医学与核医学仪器核医学成像的物理基础；γ相机、SPECT和PET的基本结构；图像重建方法。掌握熟悉了解核医学的检查仪器主要有哪些？SPECT与CT在成像方面的区别；SPECT与PET的区别。必备的辐射防护知识。第四节核医学与核医学仪器什么是核医学？利用放射性核素及其标记物（化合物或生物制品）发出的核射线对疾病进行诊断、治疗和生物医学研究。（NuclearMedicine）（核技术+医学）核医学临床核医学实验核医学诊断核医学治疗核医学体外诊断体内诊断放射性核素显像功能检查第四节核医学与核医学仪器实验核医学的作用发展、创立新的诊疗技术和方法推动临床核医学的发展研究医学领域的疑难问题实验核医学相当于外科学的解剖学和生理学，为正确应用核技术提供理论基础。第四节核医学与核医学仪器临床核医学的作用是利用放射性核素及其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。1.核医学基础：（1）基本概念第四节核医学与核医学仪器原子与原子结构原子（atom）是构成元素的基本单位；是一种元素能保持其化学性质的最小单位。核外电子都有自己的固定轨道。原子核（nucleus）由质子（proton）和中子（neutron）组成，二者统称为核子（nucleon）。质子带有一个单位正点荷（+），而中子不带电荷。1.核医学基础：（1）基本概念第四节核医学与核医学仪器核素nuclide■

X

为元素符号■

Z为质子数■

A为质量数■

N为中子数■质量数等于质子数与中子数(N)之和，即A=Z+N=激发将质子数和中子数均相同，并且原子核处于相同能级状态的原子，称为一种核素。原子核处于一定的能量状态，能量最低的状态称为基态，能量较高的状态称为激发态。X-ATc-99m第四节核医学与核医学仪器同位素isotope将具有相同的原子序数（质子数相同，即它们在元素周期表中占据相同的位置），但中子数不同（即质量数不同）的核素，互称为同位素。同质异能素isomer具有相同的质子数和中子数，处于不同能量状态的核素称为同质异能素。1.核医学基础：（1）基本概念第四节核医学与核医学仪器核素分类稳定性核素（StableNuclide）：原子核不会自发发生核变化的一类核素。放射性核素（Radionuclide）：原子核能自发地不受外界影响（如温度、压力、电磁场），也不受元素所处状态的影响，能自发释放出一种或几种核射线，同时衰变为另一种核素的不稳定性核素（UnstableNuclide）。（只和时间有关）1.核医学基础：（2）核衰变第四节核医学与核医学仪器放射性衰变radiationdecay核素由于核内结构或能级调整，转变为其他原子核或自发地发生核能态变化，同时释放一种或一种以上的射线，这一变化的过程称为放射性衰变，或蜕变（简称核衰变）。核衰变是由原子核内部的矛盾运动决定的；原子核的稳定性取决于核子之间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小，与核内质子数和中子数的比例密切相关。1.核医学基础：（2）核衰变第四节核医学与核医学仪器放射性衰变radiationdecay母核（ParentNuclide）、子核（DaughterNuclide）+……核衰变的方式α衰变、β衰变（β+、β-

）、γ衰变、电子俘获1.核医学基础：（2）核衰变第四节核医学与核医学仪器

放射性衰变：

α衰变αdecay++Q+++++++++4.937MeV1.核医学基础：（2）核衰变第四节核医学与核医学仪器

放射性衰变：

β-衰变β-decay+++－++++++Q+++1.71MeV1.核医学基础：（2）核衰变第四节核医学与核医学仪器

放射性衰变：

β+衰变β+decay++++Q++++++++1.655MeV1.核医学基础：（2）核衰变第四节核医学与核医学仪器

放射性衰变：

β+衰变β+decay+++1.655MeV1.核医学基础：（2）核衰变湮灭辐射PET显像基础第四节核医学与核医学仪器

放射性衰变：

γ衰变γdecay+++γ+++++γ++Q++0.141MeV激发态基态1.核医学基础：（2）核衰变Γ照相机和SPECT显像基础第四节核医学与核医学仪器

放射性衰变：电子俘获electroncapture1.核医学基础：（2）核衰变++Q+++++++EC后，内层轨道出现空缺原子状态很不稳定第四节核医学与核医学仪器

放射性衰变：电子俘获electroncapture++特征X射线CharacteristicX-ray++俄歇电子AugerElectron1.核医学基础：（2）核衰变第四节核医学与核医学仪器1.核医学基础：（2）核衰变++Qα衰变β-衰变β+衰变γ衰变EC衰变++Q++Q+++Q+++Q第四节核医学与核医学仪器1.核医学基础：（3）射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用带电粒子光子α、β-、

β+等带电粒子X射线、γ射线等光子第四节核医学与核医学仪器1.核医学基础：（3）射线与物质的相互作用

带电粒子与物质的相互作用（1-1）：电离ionization带电粒子通过物质时，与物质的原子核核外电子发生静电作用，使电子脱离轨道束缚成为自由电子；失去电子的原子成为离子。带电粒子自由电子第四节核医学与核医学仪器1.核医学基础：（3）射线与物质的相互作用

带电粒子与物质的相互作用（1-2）：激发excitation带电粒子激发态的原子不稳定，很快以释放光子或热量的形式恢复到基态。电离和激发是射线探测器测量射线的物质基础，也是射线引起电离辐射生物效应的主要机制。带电粒子电荷量越大、速度越慢、物质密度越高，电离密度越大。第四节核医学与核医学仪器1.核医学基础：（3）射线与物质的相互作用

带电粒子与物质的相互作用（2）：散射scattering带电粒子运动方向发生改变运动方向改变而能量不变，称为弹性散射。α粒子质量大，运动路径基本上是直线，散射不明显；β-粒子质量小，运动路径是曲线，散射较为明显。第四节核医学与核医学仪器1.核医学基础：（3）射线与物质的相互作用

带电粒子与物质的相互作用（3）：轫致辐射带电粒子受到原子核电场作用，只是其本身的运动方向和能量发生改变，多余的能量以X射线的形式辐射出来。轫致辐射释放的能量与介质的原子序数的平方成正比，与带电粒子的质量成反比，并随带电粒子的能量增大而增大。第四节核医学与核医学仪器1.核医学基础：（3）射线与物质的相互作用

带电粒子与物质的相互作用（4）：湮灭辐射511keV511keVPositronElectron

能量耗尽，与物质中的自由电子结合，转化为两个方向相反、能量各为511keV的γ光子，自身消失。湮灭辐射是正电子显像的基础，PET探测的是湮灭辐射产生的两个γ光子。第四节核医学与核医学仪器1.核医学基础：（3）射线与物质的相互作用

光子与物质的相互作用（1）：光电效应γ光子光电子全部能量γ射线测量仪器探测的就是光电效应产生的光电子10100010101100第四节核医学与核医学仪器2.核医学仪器的主要原理

(1)电离作用带电粒子（α、β等）光子（x、γ）电荷数电流射线的性质和活度电离探测器：电离室、正比计数器、盖革计数器等第四节核医学与核医学仪器2.核医学仪器的主要原理

(2)激发-荧光带电粒子（α、β等）光子（γ）NaI激发退激荧光电路次级电子射线的性质和活度第四节核医学与核医学仪器2.核医学仪器的主要原理

(3)感光作用（自显影技术）带电粒子（α、β等）光子（x、γ）定性、定量、定位卤化银浅影次级电子定影带电粒子感光银离子被还原成黑色的金属银颗粒；颗粒的多少与射线的强弱成正比；对放射性进行定性、定量和定位的观察作业咱们班现有五行八列的座位，你给全班发了1000元钱，每位同学拿到的钱可能不一样。现在想知道每位同学分别拿了多少钱，请问如何实现？

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第四节核医学与核医学仪器1957年Anger研制出第一台γ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

相机第四节核医学与核医学仪器

（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

SPECTDavidKuhl1959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第四节核医学与核医学仪器原理：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。第四节核医学与核医学仪器SPECT单光子计算机发射断层显像仪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

前位后位肺部肿物第四节核医学与核医学仪器SPECT单光子计算机发射断层显像仪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四节核医学与核医学仪器SPECT/CTPET

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。511KeVGammaRay511KeVGammaRay+-

DD（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第四节核医学与核医学仪器（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/CTPET正电子发射计算机断层显像仪，positronemissiontomography第四节核医学与核医学仪器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。

第四节核医学与核医学仪器女性患者，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：甲低第四节核医学与核医学仪器（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。功能测定仪第四节核医学与核医学仪器其他仪器一、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β-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。液体闪烁计数器第四节核医学与核医学仪器二、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其他仪器第四节核医学与核医学仪器三、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。

其他仪器第四节核医学与核医学仪器个人剂量仪

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①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。②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。③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。其他仪器第四节核医学与核医学仪器医用放射治疗设备第五节第二章医用放射设备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π介子和重离子等的应用进行研究，出现X-刀和γ-刀

80年代后对恶性肿瘤的70％进行放射疗第五节医用放射治疗设备1、肿瘤放射治疗学的历史2、放射治疗的原理第五节医用放射治疗设备放射治疗学是利用核射线（X、γ、β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。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％。3、世界各国肿瘤发病情况第五节医用放射治疗设备（1）放射性同位素发射出的α、β、γ线（2）X射线治疗机和各类加速器产生的不同能量的X射线（3）各类加速器产生的电子束、质子束、中子束、负π介子和重离子束等第一类放射源用作体外照射、腔内照射或组织间照射，也可用口服或静脉注射将放射性核素注入人体，进行内用同位素治疗。第二、三类放射源只能用于体外照射。

4、放射治疗用的放射源有三大类：第五节医用放射治疗设备放射治疗的方法有三种：贴敷法、腔内照射法和体外照射法。5、肿瘤放射治疗的方法第五节医用放射治疗设备1．X射线管2．高低电压发生器3．控制系统4．机械装置和辅助设备6、X射线治疗机

基本结构第五节医用放射治疗设备X射线管是kV级X射线治疗机的心脏，是产生X射线的关键部件。它主要包括阴极（灯丝）和阳极（钨靶）两大部分。6、X射线治疗机

X射线管第五节医用放射治疗设备高低电压发生器包括低压部分和高压部分。低压部分主要是灯丝变压器，电压可以调节，供给灯丝进行加热，以便形成“电子源”。高压部分可以产生几百千伏(kV)的高电压。该电压一般是采用自耦变压器调节。高电压加在球管阳极，以便在钨靶和灯丝之间形成加速电场。6、X射线治疗机

高低电压发生器第五节医用放射治疗设备X射线治疗机的控制中心各种控制电路和控制台上的开关调节旋钮各种监视仪表可以进行电源控制、电压和电流的调节、工作方式的选择等操作。6、X射线治疗机

控制系统第五节医用放射治疗设备完整的机械装置相应的辅助设备支架立柱导轨患者床定位装置、显示装置和存储与输出装置等设备。6、X射线治疗机

机械装置和辅助设备第五节医用放射治疗设备由于kV级X射线治疗机所产生的X射线能谱比较复杂，其中的低能X射线对治疗不但无益，反而会造成皮肤量过高，因此，每台X射线治疗机都要根据不同的管电压配备适当材料、适当厚度的滤过板，用滤过之后的X射线进行放射治疗。6、X射线治疗机

滤过板第五节医用放射治疗设备灯丝通电加热阴极形成局部电子云团（“电子源”）阳极与阴极之间施加正向高电压（管电压）在钨靶和灯丝之间形成正向强电场在正向强电场的作用下，“电子源”向钨靶高速运动电子撞击钨靶，产生于治疗病变的kV级X射线6、X射线治疗机kV级X射线治疗机的基本工作原理第五节医用放射治疗设备X射线治疗机有以下几种：接触治疗机，治疗皮肤癌，管电压10－60千伏；表层治疗机，治疗浅层，管电压60－140千伏；中层治疗机，治疗皮下中层组织，管电压140－180千伏；深部治疗机，治疗组织深部的病灶，管电压180－250千伏。

6、X射线治疗第五节医用放射治疗设备放射性核素钴-60发射出的γ射线可以达到兆伏(MV)级能量具有更强的穿透能力可以治疗浅表组织的病变适合于治疗更深处的病变结构比较简单，制造和运行成本都比较低，自20世纪60年代起，外照射钴-60治疗机就逐步取代了kV级X射线治疗机而成为临床放射治疗设备的主流机型7、钴-60（60CO）治疗机第五节医用放射治疗设备

7、钴-60（60CO）治疗机第五节医用放射治疗设备钴-60治疗机按结构:固定式和旋转式固定式钴-60治疗机是早期产品，已被旋转式钴-60治疗机逐步取代。旋转式钴-60治疗机的机架可以作360º旋转，机头也可朝一定方向移动，照射起来方便，可以做多种治疗，如等中心治疗、切野照射等，有些还能作钟摆照射和定角照射等等。7、钴-60（60CO）治疗机第五节医用放射治疗设备治疗机头准直器治疗机架治疗机床控制操作部分7、钴-60（60CO）治疗机第五节医用放射治疗设备旋转式钴-60治疗机的基本结构射线的剂量分布特性不够理想，皮肤受量较大，能量不可调节，适应证受到一定限制需要定期换源，对工作人员具有较大的放射危险性。主要优点是结构简单，成本较低，因此，在中小医院，目前仍有一定的市场。7、钴-60（60CO）治疗机第五节医用放射治疗设备钴-60治疗机的优缺点1．概述输出能量较高剂量分布特性较好输出不同能量的光子(X射线)不同能量的电子医用电子直线加速器是放射治疗领域的主流机型6、医用加速器第五节医用放射治疗设备支臂式滚桶式支臂式机架的特点:

主机和所有元器件都安装在一个房间内，结构比较紧凑滚筒式机架结构:

主要部分被安装在假墙后面的滚筒上，治疗室显得比较简洁不论哪种形式，都有一个基础底架，水平安装在地基上并与地基固定。6、医用加速器第五节医用放射治疗设备医用电子加速器基本结构基本结构：

加速管

微波源

电子枪

真空系统

束流输出系统

水冷系统

治疗床系统

自动控制系统6、医用加速器第五节医用放射治疗设备医用电子直线加速器的基本结构原理加速管是加速器的核心部件微波源是磁控管或速调管，提供10cm波段的电磁波(频率为2998MHz或2856MHz)

电子枪发射供加速的电子真空系统由钛泵和真空器件构成，作用是保持加速管内部和电子枪等部位的高度真空状态，以避免烧坏灯丝、腔内打火和能量损失等束流输出系统主要在