核医学 02第2章 七年核仪器学习资料

第2章核医学仪器核医学仪器发展简史井型晶体闪烁计数器闪烁扫描机19741979195719501951γ照相机

PETSPECT2001

PET/CTSPECT/CT闪烁扫描机电离作用荧光现象感光作用第一节核探测仪器的基本原理一、放射性探测的基本原理

放射性测量原理就是建立在射线与物质相互作用的基础上。核医学测量放射性机制常用以下几种电离辐射效应。①电离现象各种射线均可引起物质电离，并产生相应的电信号，电信号与射线种类、活度、能量有关，收集和计录这些电信号，就可得知该种射线的性质。②感光现象射线也与普通的光线一样，可以作用于感光乳胶，再经过显影、定影处理后，形成黑影。我们就可根据黑影的有无、浓淡程度和所在部位，来对放射性进行定位和定量的诊断。③荧光现象带电粒子能直接激发闪烁物质［如NaI（Tl）晶体］发出荧光。γ射线是先在闪烁体中产生光电子、电子对和康普顿电子，再由它们激发荧光，这种荧光光子通过光电倍增管产生并放大成电信号，从而得知该种射线的性质。

射线探测的基本原理射线探测器（又称探头）射线探测器有很多种类，用于核医学检查目的的有闪烁探测器、气体探测器、半导体探测器等。

1．闪烁探测器（又称闪烁探头）主要是由闪烁体、光电倍增管及前置放大器构成。

2．气体探测器核医学中常用的气体探测器有G-M计数管和电离室。

3．半导体探测器是一种比较先进的核辐射探测器。二、放射性探测器的种类闪烁型探测器3.光电倍增管（photomultipliertube，PMT）

2.光导（lightguide）：硅油，有机玻璃1.闪烁体(scintillator)：

NaI（Tl），BGO，GSO，LSO光电倍增管工作原理三、核探测器的电子学线路（一）放大器前置放大器（preamplifier）主放大器（mainmplifie）作用：对电脉冲进行放大、整形、倒相的电子学线路（二）脉冲高度分析器（pulseheightanalyzer，PHA）

输出信号B上甄别器下甄别器AC反符合线路BB输入信号C输入信号B,C单道脉冲高度分析器工作原理核射线测量仪器的组成框图核射线闪烁体光导光电倍增管前置放大器主放大器脉冲高度分析器记录装置工作电源核医学显像仪器与X线显像仪器的区别

第二节γ照相机1957年，由HalAnger研制成功，因此，也称为Anger型γ照相机(γ-Camera)γ照相机的组成：准直器（collimator）闪烁晶体光电倍增管（PMT）预放大器、放大器X、Y位置电路总和电路脉冲高度分析器（PHA）显示或记录器件等准直器准直器由具有孔道的γ射线吸收材料构成，这类材料主要包括铅或钨。其作用是让一定视野范围内的及一定角度方向上的γ射线通过小孔达到晶体，以保证探头能对射线的发生位置做准确的空间定位。

准直器的类型准直器1.空间分辨率

半峰值全宽度(FullWidthatHalfMaximum，FWHM)，简称半高宽。2.灵敏度

配置该准直器的γ照相机探头测量单位活度(如1MBq)的放射性核素的计数率(计数／s)。3.适用能量范围孔间壁厚度与γ射线能量：0.3mm适用于低能（≤150kev）1.5mm适用于中能（150～350kev）

2.0mm适用于高能（＞350keV）。

准直器性能高灵敏度型孔径大，孔深度浅与分辨率成相反关系

高分辨率型10cm距离分辨率6-12mm（FWHM）孔径小，孔较深的铅栅分辨率与放射源距离密切相关准直器的孔径大小决定了准直器的空间分辨率和灵敏度准直器

保证投影图的正确基本结构距离对图像的影响空间分辨率与灵敏度25mm1.2mm准直器由铅铸造射向铅栅的g射线被吸收五、脉冲高度分析器六、模数转换器（ADC）四、X、Y位置电路三、光电倍增管（PMT）二、闪烁晶体

NaI（Tl）晶体NaI

晶体对g射线具有相当灵敏度单块薄型晶体(40x50cm)厚度可分为3/8，5/8和1英寸将g射线转变成可见光易碎：对碰撞和温度敏感光阴极阳极打拿极可见光光电倍增管(PMT)将可见光信号转换成电脉冲通过打拿极进行信号放大总增益约为106可见光打到光阴极后释放出电子，电子经过打拿极逐级放大，获得足够强度的电脉冲信号.全数字电路ADCADCADCADCADCADCADCADCADCADCADC数字信号处理器信号加权,定位计算,能量计算,归一化和脉冲高度分析全都由软件完成.数字X坐标数字Y坐标模式图位置信号能量信号脉冲高度分析XYZ图像显示准直器NaI(Tl)晶体.......PMTARRAY探头光电倍增管γ射线位置信号能量信号脉冲高度分析器XYZ图像显示准直器NaI(Tl)晶体.......PMTARRAY1YX核医学基础核医学显像过程：

第三节SPECT及SPECT/CT一、SPECTSPECT：SinglePhotonEmissionComputedTomography单光子发射型电子计算机断层γ照相机与电子计算机技术相结合发展起来的一种核医学显像检查仪器，在γ照相机平面显像的基础上，应用电子计算机技术增加了断层显像功能主要提供组织器官的功能和代谢变化信息组成：探测器（探头）、机架、检查床和图像采集处理工作站探头是SPECT的核心部件，探头数通常为1~3个（一）单探头SPECT（二）双探头SPECT（三）三探头SPECT（四）双探头符合线路断层显像仪二、SPECT/CT（一）SPECT/CTSPECT和CT两种成熟技术相结合形成的一种新的核医学显像仪器实现了SPECT功能代谢影像与CT解剖形态学影像的同机融合

一次显像检查可分别获得SPECT图像、CT图像及SPECT/CT融合图像可以采用X线CT图像对SPECT图像进行衰减校正（二）SPECT与CT结合的两种方式SPECT和CT位于同一机架：在SPECT探头机架上安装一个X线球管，对侧安装探测器SPECT与CT位于不同的机架：在SPECT机架后再并排安装一个高档螺旋CTSPECT/CT三、SPECT的图像采集（一）采集方式静态采集与动态采集平面采集与断层采集局部采集与全身采集门控采集（二）断层采集SPECT探头绕患者旋转180°～360°每隔一定角度（3°～6°）采集1帧图像获得靶器官各个方向的放射性分布信息经过电子计算机重建断层图像。由已知不同方向的物体投影值求该物体内各点的分布称为图像重建，也就是利用物体在多个轴向投影图像重建目标图像的过程。

滤波反投影法（filteredbackprojection，FBP）滤波(Filter)，反投影(Backprojection)。滤波：Ramp，Hann，Hanning，Butterworth重建方法：四、SPECT的图像重建反投影重建按照投影方向把投影数据反投向来的方向。滤波反投影重建用滤波函数去除反投影重建图像伪影。衰减校正方法为什么要进行衰减校正？在探头的对侧设置放射源，利用放射源发射出的γ射线由患者体外穿透人体，在SPECT探头上成像。在同一台SPECT上同时获得透射(transmission)图像和发射(emission)图像，从透射图像求得被显像部位的三维衰减系数分布图，对发射型断层图像进行衰减校正。目前，SPECT/CT可采用X线进行图像衰减校正。显像用放射性核素γ射线的能量主要在80~500keV之间人体组织的衰减(Attenuation)对投影值有较大影响。SPECT断层重建算法忽略了组织对γ射线的衰减作用，使图像定量不准，出现伪影。图像衰减校正(AttenuationCorrection，AC)是解决人体衰减的主要方法。五、图像的衰减校正空间分辨率2空间线性4均匀性31平面源灵敏度33六、SPECT的质量控制和性能评价最大计数率5固有能量分辨率7其他：断层均匀性、空间分辨率、断层厚度、断层灵敏度等

9多窗空间位置重合性36旋转中心38显像系统的综合评价109EmissionComputedTomography功能代谢成像第四节PET、PET/CT及图像融合技术一、PET

PET:PositronEmissioncomputedTomography正电子发射型电子计算机断层（一）PET的组成

机架（Gantry）、扫描床、电子柜、操作工作站、分析工作站及打印设备等。

1.机架探测器环、棒源（pinsource）、射线屏蔽装置、事件探测系统（theeventdetectionsystem）、符合线路（thecoincidencecircuitry）及激光定位器等组成。主要功能为数据采集。（1）探测器环若干个晶体排列而成，是决定PET性能的最重要部分。探头晶体的材料不同，接收光子并转化为可见光的性能也有差异。晶体主要有：锗酸铋（bismuthgerminate，BGO）硅酸钆（gadoliniumorthosillicate，GSO）硅酸镥（lutetiumoxyorthosillicate，LSO）LYSO等。临床型PET（C-PET）采用NaI（Tl）晶体。

碘化钠晶体探测器示意图（2）棒源（pinsource）将68锗（68Ge）均匀地封装在中空的小棒内；也有使用半衰期较长的137Cs。作用：对PET扫描仪进行质量控制透射扫描进行图像衰减校正（3）隔板（speta）隔板包括2部分：一部分是探测器环两边的厚铅板，作用是屏蔽探测器外的射线；另一部分为厚度为1mm的环状钨板，位于探测器环与环之间，将轴向视野分隔成若干环，钨隔板的作用是屏蔽其他环视野如射的光子对，与准直器的作用相似；3D采集时，将钨隔板撤出显像视野，取消屏蔽作用。目前，仅有3D采集模式的PET已经无隔板。

5.打印设备

4.操作工作站及分析工作站

3.电子柜

2.扫描床PET的原理当正电子核素或正电子核素标记的化合物注入人体内后，它们随血液循环分布至全身。由于正电子核素为贫中子核素，它们在衰变的过程中，质子衰变为中子，同时发射出1个正电子β+，正电子在组织中飞行极短的距离后便与周围组织内的电子相遇并发生湮没辐射，正、负电子消失，其物质转变为2个方向相反（互成180°）、能量皆为511keV的γ光子，穿透人体并被环绕人体的PET扫描仪探测到。PET扫描仪利用γ光子对的直线性和同时性两个特性来进行符合探测，然后通过图像重建处理，得到的断层图像便为PET图像。18F+

（二）PET显像原理-γγ滤波反投影法OSEM法滤波反投影与OSEM法图像质量比较（五）图像重建滤波反投影法（filteredback-projection）有序子集最大期望值法（orderedsubsetsexpectationmaximization，OSEM）

4.归一化校准（normalizationcalibration）5.井型计数器校准（wellcountercalibration）

3.光电倍增管增益调节（PMTSingleUpdategainadjustment）

2.符合计时校准（coincidenceTimingcalibration）

1.空扫（blankscan）（六）PET的质量控制二、PET/CTPET/CTCT数据可用于PET图像的透射衰减校正显像检查时间大大减少。同时获得全身PET、CT及PET/CT图像。实现了PET（功能）与CT（形态）图像同机融合举例：卫星云图与地图（一）PET/CT的结构及功能

由PET和多排螺旋CT组合而成同一个机架内有PET探测器、CT探测器和X线球管共用同一个扫描床、图像采集和图像处理工作站可以采用X线CT图像对PET图像进行衰减校正PET/CT是一个全新的系统PET影像（功能）CT影像（形态）一体化的机架系统一体化的检查床一体化的操作工作站系统1+1>2不是简单的“PET+CT”PET/CT图CT扫描&PET扫描PET采集，发射扫描与前面所述的PET图像采集相同采用棒源进行的透射扫描可由X线CT扫描代替CT扫描：通常先进行CT扫描CT扫描的目的：衰减校正、解剖定位、CT诊断仅用于衰减校正和解剖定位，可采用低毫安/秒设置，减少病人辐射剂量用于CT诊断，建议采用标准毫安/秒设置，以优化CT

扫描的空间分辨率调节球管的电流将病人受到的辐射剂量最小化。（二）PET/CT的图像采集三、图像融合技术将解剖形态图像和功能代谢图像融合为一体图像融合是将不同的医学影像或同一类型的医学影像采用不同方法获得的图像进行空间匹配或迭合使两个或多个图像数据集融合到一幅图像上PET/CT融合图像PET图像CT图像ImagefusionCT-PETRadionuclideScintigraphy图象分析的几个有关概念本底background靶／本底比值放射性分布：浓聚，稀疏，缺损感兴趣区(RegionofInterest,ROI)时间－放射性曲线(time-activitycurve)CT-PET:

IMAGEFUSIONImagefusion

CT-PET第五节功能测定仪器甲状腺功能测定仪甲状腺功能测定仪肾功能测定仪多功能测定仪

探针肾功能测定仪多功能测定仪

探针第六节体外样本测量仪器第六节体外样本测量仪器γ免疫计数器液体闪烁计数器活度计辐射剂量监测仪是专门用于放射性工作场所的剂量监测装置，具有剂量率、累计剂量测量、超剂量声光报警、阈值记忆和多点扫描数据管理等功能。

第七节辐射防护仪器表面污染检测仪便携式剂量仪热释光个人剂量仪一、半导体探测器与SPECT（一）半导体探测器碲锌镉（Cadmium-Zinc-Telluride，CZT）:最新研制的半导体探测器探测效率高、能量分辨率好CZT探测器可以直接将

射线转化成电信号探测原理：射线和CZT晶体作用时晶体内部产生带负电荷的电子和带正电荷的空穴对产生的电子和空穴对的数量和入射光子的量成正比电子和空穴向不同的电极运动形成电荷脉冲经过前放大变成电压脉冲经过再放大，由后续电子学线路处理进行图像重建第八节核医学仪器研究进展（二）心脏专用SPECT探头是采用半环状（180°）排列的CZT半导体探测器心肌断层显像时，探头无需旋转，避免了运动伪影，提高了仪器的性能空间分辨率明显提高：固有空间分辨率由4～8mm提高到2.46mm；能量分辨率由9.5～12％提高到