《核医学检查技术》课件-第2章 核医学仪器设备

核医学仪器设备能力目标1.掌握射线探测器的基本原理；2.掌握核医学仪器的工作原理及基本结构；3.熟悉各种核医学仪器的各项性能指标及质量控制。1.能阐述射线探测的原理及基本构成；2.会辨识核医学仪器的基本结构；3.理解核医学仪器的工作原理；4.分析核医学仪器的各项性能指标。1.养成尊重生命、医者仁心的职业素养；2.树立严谨求实、精益求精的精准医疗意识。学习目标知识目标能力目标素质目标能力目标知识目标力目标素质目标难点重点核医学仪器的工作原理核医学仪器的组成结构重点难点案例导入

临床资料：赵某（女），45岁，最近心情不佳、易怒；因感到脖子不舒服去医院检查，经过超声检查、X射线检查、血常规、血生化检查等一系列检查后初步确诊病灶在

甲状腺

，临床医生建议进一步检查，查看该患者甲状腺的

功能及代谢

情况。

请大家思考：她应该接下来做什么检查？为什么？

一、设备分类

根据用途核医学仪器设备可分为以下几类：

1．活度计

用于测定放射性药物的活度5

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核医学仪器的分类与探测基本原理2．放射防护仪器

用于防护目的探测环境及工作人员所受的辐射。用来测量个人接受外照射剂量的仪器，体积较小，可佩戴在人体的适当部位。放射性工作人员必须佩戴个人剂量仪。6

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核医学仪器的分类与探测基本原理3．显像设备

临床显像，测定患者体内放射性药物摄取、分布、清除等，并以图像的形式显示结果。常用的显像设备有γ相机、SPECT、SPECT／CT、PET、PET／CT和PET／MR。7

第一节

核医学仪器的分类与探测基本原理4．计数和功能测定仪器（非显像测定仪器）测定患者体内放射性药物摄取、分布、清除等，以计数或曲线的形式显示结果。临床包括：肾功能测定仪、甲状腺功能测定仪及γ计数器等。8

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核医学仪器的分类与探测基本原理5．体外分析仪器

分析体外样品，用于临床检查及研究。常用有井型γ计数器、放免仪及液体闪烁探测仪等。北京华瑞森科技井型y计数器9

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核医学仪器的分类与探测基本原理

二、射线探测的基本原理

（一）核医学射线探测的基本构成及其原理

1．探头

利用射线和物质相互作用产生的各种效应（如电离电荷、激发等），将射线的辐射能转变为电信号。最重要的部分。

2．电子线路

根据不同的测量要求，对探头输出的电信号进行处理（例如，信号放大、能量甄别、信号定位、各种校正等）。

3．各种附加部件

起辅助作用，按不同的检测目的和需要而配备的电子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，进一步完善了仪器的性能。10

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核医学仪器的分类与探测基本原理

（二）探测器种类（了解）1．闪烁探测2．气体电离探测3．半导体探测4．感光效应5．热释光剂量仪11

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核医学仪器的分类与探测基本原理SPECT

全称为单光子发射计算机断层显像仪（singlephotonemissioncomputerizedtomography，SPECT），通常简称为SPECT，是以γ相机为基础的旋转型断层设备。SPECT具有γ相机的所有功能，其性能高于普通γ相机。12

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SPECT与

γ相机

一、仪器组成

SPECT与

γ相机系统均由硬件系统及软件系统组成。

硬件系统由探头、电子线路部分、机架、扫描床及计算机组成；

软件系统由采集软件、校正软件、图像处理软件及显示软件等组成。13

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SPECT与

γ相机

（一）SPECT与

γ相机的探头

SPECT探头与γ相机探头的结构组成及原理基本相同。探头是设备的核心部分，其功能为探测从人体发出的γ射线。探头性能决定了SPECT和γ相机设备的性能及图像质量。探头由准直器、晶体、光电倍增管（PMT）组成。临床使用的

γ相机通常只有一个探头，而SPECT通常配有两个或三个探头。14

第二节

SPECT与

γ相机

1．准直器（collimator）置于探测晶体前面，对采集的闪烁事件进行初步定位。临床应用最多的是平行孔准直器和针孔准直器。准直器的性能参数主要包括空间分辨率和灵敏度。空间分辨率是描述区别两个邻近点源的能力；灵敏度是指能够通过准直器的

γ光子占发射到准直器的

γ光子的比率。15

第二节

SPECT与

γ相机2．晶体

探头核心部件。其功能为能量转换，把高能的γ光子转换成光电倍增管能接收的低能可见光，通常称为闪烁晶体，产生的低能可见光称为闪烁光或荧光。常用晶体是Nal（Tl）晶体。16

第二节

SPECT与

γ相机

3．光电倍增管作用：把晶体产生的微弱荧光信号转换成电信号并将之放大，放大倍数高达106～109。

光电倍增管主要由光阴极、电子聚焦系统、多级倍增极和阳极组成。17

第二节

SPECT与

γ相机（二）SPECT与γ相机的电路

主要由放大电路、位置电路、能量电路、线性校正、能量校正及均匀性校正电路等组成。（三）SPECT与γ相机的机架与扫描床

γ相机的机架的功能仅为固定支撑探头，并使之能在一定范围内移动及旋转。SPECT机架除了上述功能外还提供使探头绕扫描床旋转的功能。（四）计算机计算机为SPECT或γ相机的工作站，其功能为控制SPECT或γ相机的采集、处理、存储及显示图像。SPECT的断层图像信息量比γ相机大很多，需配置较高的计算机。18

第二节

SPECT与

γ相机二、工作原理概述（重点）19

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要求，开始进行成像。从人体中发射出的

y

光子首先到达准直器(只允许与准直器孔方向相同的y光子穿过)到达晶体（γ光子与晶体相互作用，被晶体吸收并产生多个闪烁光子）

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，成为一个计数脉冲

成像装置记录探测器视野内各个位置的脉冲计数，经过处理、校正即为一幅人体放射性浓度分布图像。

第二节

SPECT与

γ相机二、工作原理概述（重点）20

在SPECT断层成像采集时，探头围绕患者旋转。在旋转的过程中，探头表面总是与旋转轴平行，旋转轴与患者检查床平行。根据需要在预定时间内采集360°或180°范围内不同角度处的平面图像，利用在不同角度处获得的多幅投影图像，通过数据处理、校正、图像重建获得三维断层图像，即SPECT断层图像。

第二节

SPECT与

γ相机三

、仪器性能指标（一）y相机性能指标1．空间分辨率

影响图像质量的一项重要指标，分辨率越高越好；2．固有空间线性

线性值越小，其性能越好。3．固有能量分辨率

通常固有能量分辨率在10％左右；4．固有均匀性；5．平面灵敏度

用单位活度在单位时间内的计数表示。（二）SPECT断层性能指标1．断层均匀性2．断层空间分辨率3．旋转中心是个虚设的机械点21

第二节

SPECT与

γ相机SPECT／CT把有价值的功能代谢信息影像与精确的解剖结构影像结合在一起，提供更加全面和准确的资料。一、SPECT／CT的特点1．硬件同机架：将CT的X射线球管和探测器安装在SPECT系统的旋转机架上，使患者可同机进行CT和SPECT扫描。2．同机图像融合：一次摆位获得CT图像和SPECT图像，获得精确的融合图像。

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第三节

SPECT/CT二、SPECT／CT显像步骤1．采集定位像采集2倍SPECT轴向视野的X射线透射图，利用透射图，精确选择确定检查的部位。2．进行CT扫描系统在CT扫描的同时自动重建CT融合用图像及衰减校正图像。3．进行SPECT扫描4．进行SPECT断层图像重建

在重建过程中，利用CT图像进行衰减校正。5．进行SPECT／CT图像融合23

第二节

SPECT与

γ相机

PET的全称为正电子发射计算机断层显像仪（positronemissiontomography，PET）。一、PET工作原理1．正电子衰变与湮灭

由正电子核素发射出的正电子在周围介质中被散射而减慢速度，静止下就会俘获一个自由电子而形成正负电子对，并在毫微秒内发生质能转换，转变为两个能量相等（511keV）、方向相反的光子。这一过程称为电子对湮灭。PET所探测的就是这两个方向相反的光子。

2．符合探测

通过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。用两个探测器间的连线来确定湮灭地点方位的方法称为电子准直，这种探测方式则称为符合探测。24

第四节

PET/CT

二、PET

设备结构

探头扫描机架、主机柜、操作控制台和检查床等组成。1．探头与SPECT不同的是，闪烁晶体不再是一块平板大晶体，而是由许多小晶块组成的晶体环，其后接光电倍增管，再由光电倍增管转换光信号为电信号，再经一系列电子线路系统来完成记录。2．闪烁晶体组成探测器的关键部件之一。它的主要作用是能量转换，将高能γ光子转换为可见光子，以利PMT接收。3．光电倍增管（PMT）25

第四节

PET/CT

三、PET主要性能指标26

第四节

PET/CT02该值越小越好2．空间分辨率011．能量分辨率该值越小，能量分辨率越好1．能量分辨率03该偏差越小，均匀性越好3．均匀性04该值越高越好4．灵敏度

四、PET／CT图像的采集1.从射线来源的角度分为发射扫描（PET采集）和透射扫描（CT采集）；

2.从空间上分为2D和3D方式；从时间上分为静态、动态和门控采集；从部位上可分为全身采集、局部采集方式等。27

第四节

PET/CT

PET／MR的应用优势1．MR不存在电离辐射

因此可以进行一些在存在电离辐射的设备上有所限制的研究和疾病诊断。例如对于儿科疾病的诊断。2．PET具有高灵敏度的优势

MR具有高分辨率软组织显像的特点，PET与MR的强强联合，使PET／MR在神经系统的临床与科研、软组织肿瘤诊断与鉴别诊断方面极具优势。3．MR具有功能成像的优势

如弥散成像、灌注成像以及脑功能认知成像等。PET／MR不仅可以同步实现PET功能成像与MR功能成像的强强联合，而且还可以相互验证。4．PET／MR可以利用MR的波谱技术

测量人体内同一组织的生物化学特性，用于评价新陈代谢状态或诊断肿瘤及其他多种疾病。28

第五节

PET/MR

一、活度计组成与工作原理由井型电离室及操作面板组成，操作面板通常有操作键盘、显示及打印装置。井型电离室的工作原理为工作在饱和区的气体电流电离室。医用核素活度计的特点是探测效率高，可测量各种核素产生的电离电流。对常用放射性核素，利用其已知活度的标准源进行刻度，获得不同放射性核素的刻度系数或能量响应曲线。使用时，只要选择了待测核素的按钮或菜单，就能利用相应的刻度系数将电离电流转换成活度的读数。

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第六节

活度计

二、活度计性能

包括能量范围、量程范围、重复性、稳定性、基本误差、线性、几何响应。30

第六节

活度计一、个人计量仪用来测量个人接受外照射剂量的仪器，体积较小，可佩戴在人体的适当部位。放射性工作人员必须佩戴个人剂量仪。31

第七节

放射防护仪器

二、表面沾污检测仪

用于对体表、工作服、工作面等受到的放射性污染进行监测的仪器。核医学工作场所应配备表面沾污检测仪。32

第七节

放射防护仪器

三、环境辐射监测仪监测放射性工作场所γ、X射线辐射剂量率。其探头较大，通常固定在辐射场所。一个环境辐射监测仪可以有多个探头，分别置于不同方位，在显示屏上同时显示不同探头处的辐射剂量率。可以设置不同的报警剂量率进行实时监控与超阈安全报警。33

第七节

放射防护仪器

包括性能指标测试和常规及预防性维护

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第八节

核医学成像仪器的质量控制1.能峰设定2.每日均匀性3.旋转中心校正

一、SPECT平面部分1.本底监测2.空白均匀性扫描3.标准化设定4.剂量与SUV值校正二、PET部分1.数据库管理2.环境控制3.硬件除尘四、仪器通用部分1.图像配准校正2.融合图像准确度三、SPECT/CT或PET/CT部分知识链接掌握AI新技术，核医学分子影像开启新纪元

人工智能技术飞速发展推动医学影像技术进入新的历史阶段。在医学影像AI浪潮下，掌握AI新技术，迈进核医学分子影像新纪元。采用深度学习对PET/CT或SPECT/CT中低剂量CT图像精准组织脏器分割为核医学分子影像图像自动分析奠定基础，加速核医学分子影像从传统的统计分析朝着基于AI的个体诊疗一体化方向发展。知识拓展东软医疗自主研发的全球首款时间分辨率180ps级全数字化NeuEra系列PET/CT智能影像方面，该设备开发了从摆位、扫描到重建全流程的NeuAI核医学人工智能平台，全面构建核医学科室的AI生态链，全方面赋能临床，有效提升设备成像质量和效能，为医生提供更高质量的图像和更优质的临床解决方案。任务测试单项选择题1.下列不属于核医学显像设备的是（

）A.SPECT/CTB.SPECTC.PET/CTD.γ计数器2.核医学仪器探头的作用是（

）A.把射线转变为电信号B.处理采集数据C.处理电信号D.图像重