1、第二章 仪 器 Instruments of Nuclear Medicine 内容提要 1.核探测仪器的根本原理 2.体外样品测量仪器及辐射防护仪器 3.照相机 4.SPECT及双探头符合探测 5.PET、PET/CT及图像融合技术 6.脏器功能测定仪器 7.概 述 核医学仪器核医学仪器 核医学诊疗、防护需要的各种核辐射或射线探测仪器核医学诊疗、防护需要的各种核辐射或射线探测仪器,主要由射线探测器、电子测量装置和计算机等组成主要由射线探测器、电子测量装置和计算机等组成 常用仪器常用仪器 主要包括显像仪器、脏器功能测定仪器、体外样本分析主要包括显像仪器、脏器功能测定仪器、体外样本分析测量仪器、
2、辐射防护仪器和放射性核素治疗仪器等测量仪器、辐射防护仪器和放射性核素治疗仪器等 开展简史开展简史 盖革弥勒计数器盖革弥勒计数器扫描机扫描机 相机相机发射型计算机断发射型计算机断层显像仪层显像仪(ECT)PET+CT(ECT)PET+CT 第一节 核探测仪器的根本原理 核探测仪器的根本原理是建立在射线与物质相核探测仪器的根本原理是建立在射线与物质相互作用根底上的互作用根底上的 电离作用电离作用 荧光现象荧光现象 感光作用感光作用 第一节 核探测仪器的根本原理 电离作用 射线引起物质电离，引起电离的数量与收集的电子对数目具有相关性 荧光现象 电子与物质原子产生激发作用，退激时产生荧光，荧光转变为电
3、信号 感光作用 射线使感光材料形成潜影，经显影和定影处理后，感光材料中出现黑色颗粒沉淀 第一节 核探测仪器的根本原理 放射性探测仪器的组成 辐射探测器radiation detector 利用射线和物质相互作用产生的各种效应将射线的辐射能转变为电子线路局部能处理的电信号 电子学单元 根据不同的测量要求和探测器的特点而设计的分析和记录电信号的电子测量仪器 数据处理系统 按不同的检测目的和需要而配备的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 第一节 核探测仪器的根本原理 放射性探测仪器的分类 按照测量原理分 电离探测仪ionization detector 闪烁探测仪scintill
4、ation detector 按用途分 显像仪器 功能测定仪器 体外样本测量仪器 第一节 核探测仪器的根本原理 电离探测仪 收集射线使物质电离的次数和电量信号，反映射线的活度和能量。包括辐射剂量检测仪、放射性活度测量仪等 闪烁探测仪 利用晶体使射线能量转换成荧光光子，记录荧光光子的产生和数量，反映射线活度和能量。包括显像仪、功能测定仪、体外样本测量仪等 第一节 核探测仪器的根本原理 体外样本测量仪器 闪烁测量计数器 scintillation detector NaI晶体 光电倍增管PMT 前置放大器 闪烁荧光 photoelectric effect电子数倍增电子流(电位降)一个入射光子产生
5、一个闪烁事件产生一个脉冲 第一节 核探测仪器的根本原理 NaI晶体柱 各种型号的光电倍增管 第一节 核探测仪器的根本原理 手持式探测仪 闪烁型探头 半导体型探头 信号处理显示器 第一节 核探测仪器的根本原理 医用核素活度计dose calibrator 几何测量效率高 无核素选择性 第一节 核探测仪器的根本原理 液体闪烁计数器 样品溶解在闪烁液中 测量衰变和衰变的放射性核素比方3H，14C 第一节 核探测仪器的根本原理 辐射防护与剂量监测仪器 外表污染监测仪 个人剂量监测仪 第二节 照相机 1957年Anger研制出第一台照相机，称之为 Anger照相机 组成：准直器、晶体、光导、光电倍增管矩
6、阵、位置电路、能量电路、显示系统和成像装置等 第二节 照相机 准直器 由铅或铅钨合金从中央打孔或者是四周合拢形成的装置，放于被检者与晶体之间，使非规定范围和非规定方向的射线不得入射晶体 保证照相机的分辨率和定位的准确 针孔型准直器 多孔型准直器 第二节 照相机 准直器的主要性能参数 主要参数有孔数、孔径、孔深及孔间壁厚度，决定准直器的空间分辨率、灵敏度和适用能量范围等参数 准直器的类型 按形状分：针孔型、平行孔型、扩散型、会聚型 按射线能量分：低能、中能、高能 按灵敏度和分辨率分：高灵敏型、高分辨型、通用型 第二节 照相机 晶体 NaITl掺铊碘化钠 把经准直器进入的射线能量转换成荧光光子，光
7、子被光电倍增管阴极吸收后转换成电子，再经数次放大，形成电脉冲信号 Tl元素作激活剂使用，减少信号失真，增加探测效率 晶体厚度和直径会影响探测效率和分辨率 第二节 照相机 光电倍增管 为数众多的光电倍增管均匀地排列在晶体的后面，紧贴着晶体 数量多少与定位的准确性有关 脉冲幅度分析器 有选择性地记录从晶体和光电倍增管输送来的电脉冲信号 排除本底及其他干扰信号 第二节 照相机 信号分析和数据处理系统 包括电子学线路和计算机 电子学线路除脉冲幅度分析器外还有前置放大器、主放大器及均匀性校正电路、位置线路等 第二节 照相机 照相机工作原理照相机工作原理 探测到探测到 光子经电子学线路分析形成脉冲信号，经
8、计算机光子经电子学线路分析形成脉冲信号，经计算机采集处理采集处理,最后以不同灰度或色阶显示二维脏器显影或放最后以不同灰度或色阶显示二维脏器显影或放射性分布射性分布 应用：各种脏器应用：各种脏器静态显像，快速静态显像，快速连续动态显像，连续动态显像，附有特殊装置，附有特殊装置，可进行全身显像可进行全身显像 第三节 SPECT及双探头符合探测 SPECT根本结构根本结构 单光子计算机发射断层显像仪单光子计算机发射断层显像仪 single photon emission computed tomography 组成：在高性能组成：在高性能 相机上增加了支架旋转的机械相机上增加了支架旋转的机械局部、断
9、层床、图像重建软件局部、断层床、图像重建软件 单探头SPECT 双探头SPECT 第三节 SPECT及双探头符合探测 SPECT工作原理工作原理 探头围绕受检对象或部位呈探头围绕受检对象或部位呈180180 和和/或或360360 旋转，从多角旋转，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统重建获得横断层面、冠状面和矢状面影像 第三节 SPECT及双探头符合探测 SPECT成像成像特点特点 是反映放射性药物在体内的断层分布图 放射性药物能够选择性聚集在特定脏器、组织或病变部位，使其与邻近组织
10、之间的放射性分布形成一定程度浓度差 第三节 SPECT及双探头符合探测 TCT与ECT的区别 TCT(X射线穿透型计算机断层)显像是记录X线从外部穿透机体后由组织密度差异产生的影像，ECT显像是反映放射性药物在体内的分布 TCT反映解剖结构，ECT反映器官生理功能 TCT X线的穿透是有序的向一个方向，ECT的射线是随机的，可向任意方向发射 第三节 SPECT及双探头符合探测 SPECT数据采集和断层图像重建数据采集和断层图像重建 图像重建方法：滤波反投影技术图像重建方法：滤波反投影技术filtered back-projection 第三节 SPECT及双探头符合探测 SPECT性能指标 均
11、匀性：固有均匀性和系统均匀性 空间分辨率：固有分辨本领和系统分辨本领 平面源灵敏度：固有灵敏度和系统灵敏度 空间线性：描述SPECT的位置畸变 最大计数率：SPECT的计数范围和计数特性 固有能量分辨率：反映仪器分辨两个能量相近光电峰的能力 第三节 SPECT及双探头符合探测 SPECT质量控制 均匀性校正 旋转中心校正 断层均匀性校正 旋转中心漂移测试 断层空间分辨测试 第三节 SPECT及双探头符合探测 双探头符合探测双探头符合探测coincidence circuit SPECTcoincidence circuit SPECT 既可以做常规的既可以做常规的SPECTSPECT，又可以对
12、正电子湮灭辐射，又可以对正电子湮灭辐射产生的两个方向相反的产生的两个方向相反的 511 keV 511 keV 光子进行符合光子进行符合探测成像探测成像 主要由可变角双探头主要由可变角双探头SPECTSPECT系统、符合探测技术和系统、符合探测技术和衰减校正装置构成衰减校正装置构成 第三节 SPECT及双探头符合探测 符合线路SPECT衰减校正方法 放射源技术铯137Cs、钡133Ba X-CT 技术 X-CT 技术可进行同机解剖结构与功能代谢图像融合，fusion imaging对病灶可做出精确定位诊断 图像融合图像融合:是指不同图像是指不同图像(SPECT,PET,CT,MRI)之间的空间
13、配准或之间的空间配准或结合。利用各种成像方式的特点，结合。利用各种成像方式的特点，为不同的影像提供互补信息，增加为不同的影像提供互补信息，增加图像质量，以期对临床诊断和治疗图像质量，以期对临床诊断和治疗的定位、观察提供有效的方法的定位、观察提供有效的方法 第三节 SPECT及双探头符合探测 SPECTSPECT配置高能准直器配置高能准直器 一种单光子探测方式。主要用于心肌锝一种单光子探测方式。主要用于心肌锝 99m99mTcTc-MIBIMIBI 心肌血流灌注和氟心肌血流灌注和氟 1818FF-FDGFDG心肌代谢断层显像心肌代谢断层显像 SPECTSPECT配置配置1 1英寸晶体英寸晶体 技
14、术技术 1英寸厚碘化钠晶体 特殊切割小槽 优势优势 最大限度提高高能灵敏度 提高中能灵敏度 最大限度减少低能探测的散射作用 第三节 SPECT及双探头符合探测 1英寸切割晶体英寸切割晶体符合线路符合线路SPECT 18F-FDG 显像显像冠状面冠状面 第三节 SPECT及双探头符合探测 SPECT/CT 同时提供功能血流灌注、代谢影像同时提供功能血流灌注、代谢影像 和解剖形态结构影像，为临床提供和解剖形态结构影像，为临床提供 科学诊断依据科学诊断依据 第四节第四节 PET、PET/CT及图像融合技术及图像融合技术 PET positron emission tomography 正电子发射计算
15、机断层显像仪正电子发射计算机断层显像仪 第四节第四节 PET、PET/CT及图像融合技术及图像融合技术 PET根本结构及原理 由探头(晶体、光电倍增管、高压电源)、电子学线路、数据处理系统、扫描机架及同步检查床组成 511 KeV Gamma Ray 511 KeV Gamma Ray+-发射发射正电子的放射性核素在体内经正电子的放射性核素在体内经湮灭辐射产生两湮灭辐射产生两个能量相同、方向相反的个能量相同、方向相反的511keV 511keV 光子同时入射至光子同时入射至互成互成180180 环绕人体的多个探测器而被接收，把这些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
16、获得放射性核素分布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在各个角度的投影 常用发射正电子核素主要有：常用发射正电子核素主要有：1818F F、碳、碳 1111CC、氧、氧 1515OO、氮氮 1313NN、溴、溴 7676BrBr等等 第四节第四节 PET、PET/CT及图像融合技术及图像融合技术 PET和SPECT的主要区别在于探测的放射性核素不同。PET以发射正电子核素在湮灭时发射的光子为探测对象，而SPECT是以发射光子的放射性核素为探测对象 第四节第四节 PET、PET/CT及图像融合技术及图像融合技术 电子准直 PET利用电子准直的方式，即符合电路来实现空间定位，从一个正电子湮灭事件中产生出来的双光子发射角度为180度，在环形排列的探测器阵列中，某两个探头几乎在同一时刻(510毫微秒)被双光子击中，那么正电子湮灭发生的位置必定在这两个探头之间的连线上，探测效率更高 第四节第四节 PET、PET/CT及图像融合技术及图像融合技术 飞行时间(time of flight，TOF)指湮灭辐射产生的光子以光速飞行到探头所需要的时间。利用两个光子到达对应探头的时间