核医学仪器演示PPT.ppt

第二章第二章 核医学仪器核医学仪器1定义：凡在医学中探测和纪录放射性定义：凡在医学中探测和纪录放射性核素放出射线的种类、能量、活度及核素放出射线的种类、能量、活度及其随时间变化在空间分布的仪器，统其随时间变化在空间分布的仪器，统称为核医学仪器称为核医学仪器2第一节第一节 基本原理、结构及质量控制基本原理、结构及质量控制 一、基本原理一、基本原理1.电离作用：电离作用：       物质电离产生电信号物质电离产生电信号→探测器采集探测器采集→计量分析计量分析2.荧光现象：荧光现象：       带电粒子使闪烁物质发荧光带电粒子使闪烁物质发荧光→光电倍增管光电倍增管→测量电路测量电路3.感光作用：感光作用：       射线使感光材料形成潜影射线使感光材料形成潜影→显影定影显影定影→定位定量定位定量3二、基本结构二、基本结构核医学仪器一般由两大部分组成：核医学仪器一般由两大部分组成： 辐射探测器（辐射探测器（radiation detector）） 电子测量装置和电子测量装置和/或计算机装置或计算机装置4（一）辐射探测器：（一）辐射探测器： 实际上是一种能量转换器，其作用是将探测实际上是一种能量转换器，其作用是将探测到的射线能量转换成可以记录的电脉冲信号。

到的射线能量转换成可以记录的电脉冲信号电离室电离室计数管计数管闪烁探测器闪烁探测器半导体探测器半导体探测器5闪烁探测器（闪烁探测器（scintillation detector）） 简称闪烁探头，主要部件由闪烁体、光电倍增管简称闪烁探头，主要部件由闪烁体、光电倍增管（（photomultiplier，，PMT）和前置放大器组成和前置放大器组成 按化学性质分按化学性质分 无机闪烁体：无机闪烁体：NaI（（Tl）晶体、）晶体、ZnS（（Ag））晶体晶体 有机闪烁体：塑料晶体有机闪烁体：塑料晶体 按状态分按状态分 固体闪烁体固体闪烁体 液体闪烁体液体闪烁体 6γ闪烁探测器的工作原理闪烁探测器的工作原理 基本结构基本结构 闪烁体闪烁体 光电倍增管光电倍增管 前置放大器前置放大器7（二）电子测量装置和（二）电子测量装置和/或计算机装置或计算机装置 由用来分析和记录脉冲信号的一些仪器组合而成。

由用来分析和记录脉冲信号的一些仪器组合而成放大器放大器脉冲幅度分析器脉冲幅度分析器计数器计数器计算机装置计算机装置8第二节第二节 脏器显像仪器脏器显像仪器 一、概况一、概况 脏器显像仪器是从人体外探测体内放射性核素分布，脏器显像仪器是从人体外探测体内放射性核素分布，在体外观察体内组织器官的病理或生理变化情况的一种特在体外观察体内组织器官的病理或生理变化情况的一种特殊的探测装置殊的探测装置1951年年                     闪烁扫描机闪烁扫描机1958年年                    γ照相机照相机1963年年                     放射性核素断层图像放射性核素断层图像20世纪世纪80年代年代         SPECT20世纪世纪90年代年代         PET1999年年                     SPECT/CT     PET/CT9       γ照相机（照相机（γcamera）是一种采用大型晶体、一次性成像的核）是一种采用大型晶体、一次性成像的核医学仪器医学仪器由探头及支架、电子线路、计算机操作和显示系统组成。

由探头及支架、电子线路、计算机操作和显示系统组成 γ照相机照相机 二、二、γ照相机照相机（一）基本结构：（一）基本结构：10γ照相机结构示意图照相机结构示意图探头探头(detector)：：准直器、晶体、光电倍增管、光导准直器、晶体、光电倍增管、光导111.准直器：准直器：不同种类准直器的物理性能不同种类准直器的物理性能按外形分：针孔准直器、平行孔准直器、扩散孔准直器、按外形分：针孔准直器、平行孔准直器、扩散孔准直器、                    斜孔准直器、扇形准直器斜孔准直器、扇形准直器按接受能量分：低能准直器按接受能量分：低能准直器(<150KeV)、、中能准直器中能准直器(150~300KeV) 、、                            高能准直器高能准直器(>350KeV) 、超高能准直器、超高能准直器作用：限制散射光子作用：限制散射光子12按能量不同区分准直器按能量不同区分准直器13作用：将作用：将γ光子转变成可见光，一般为碘化钠晶体光子转变成可见光，一般为碘化钠晶体[NaI(Tl)]不同晶体材料的性能比较不同晶体材料的性能比较外形：圆形、方形外形：圆形、方形、、矩形矩形规格：规格：φ280~500mm、、400mm×400mm、、640mm×400mm            厚度最薄厚度最薄6.2mm，，最厚最厚12.5mm，，通用通用9.3mm2.晶体晶体14作用：将光能转变成电信号作用：将光能转变成电信号光电倍增管按外形分类及性能光电倍增管按外形分类及性能光导光导：：用以提高光的传输效应，改善光的空间分布用以提高光的传输效应，改善光的空间分布            塑料材料、硅油塑料材料、硅油外形：圆柱状外形：圆柱状、、六边形、正方形六边形、正方形PMT个数：因视野大小和个数：因视野大小和PMT大小而异大小而异                     圆形视野圆形视野PMT最少最少19个，最多个，最多91个个                     增加增加PMT个数可改善空间分辨率，但影响探头均匀性个数可改善空间分辨率，但影响探头均匀性3.光电倍增管光电倍增管154.电子学线路电子学线路5.计算机系统计算机系统前置放大器前置放大器主放大器及均匀性校正电路主放大器及均匀性校正电路脉冲幅度分析器脉冲幅度分析器位置电路位置电路显示系统显示系统成像系统成像系统16（二）成像原理：（二）成像原理：1、注入人体的放射性药物发射出的、注入人体的放射性药物发射出的γ射线，经过准直器的准射线，经过准直器的准直作用，选择性地打在碘化钠晶体上。

直作用，选择性地打在碘化钠晶体上2、碘化钠晶体产生的闪烁光由一组光电倍增管收集碘化钠晶体产生的闪烁光由一组光电倍增管收集3、任何一次闪烁将在各个光电倍增管上产生不同的响应，将、任何一次闪烁将在各个光电倍增管上产生不同的响应，将所有的光电倍增管的响应加起来可以产生位置信号和能量信所有的光电倍增管的响应加起来可以产生位置信号和能量信号4、有了位置信号和能量启辉信号，在显示器上就可以显示出、有了位置信号和能量启辉信号，在显示器上就可以显示出一个闪烁点，众多的闪烁点就可以产生一幅图像一个闪烁点，众多的闪烁点就可以产生一幅图像17 单光子发射型计算机断层仪（单光子发射型计算机断层仪（single photon emission computed tomography，，SPECT）是一台高性能的）是一台高性能的γ照相照相机的基础上增加了支架旋转的机械部分、断层床和图像重机的基础上增加了支架旋转的机械部分、断层床和图像重建（建（reconstruction）软件，使探头能围绕躯体旋转）软件，使探头能围绕躯体旋转360o或或180o，从多角度、多方位采集一系列平面投影像通过图，从多角度、多方位采集一系列平面投影像。

通过图像重建和处理，可获得横断面（像重建和处理，可获得横断面（transverse section）、冠）、冠状面（状面（coronal section）和矢状面（）和矢状面（sagittal section）的断）的断层影像（层影像（tomogram） 三、单光子发射型计算机断层仪三、单光子发射型计算机断层仪18SPECT 19（一）基本结构：（一）基本结构：1、探头及电子学线路、探头及电子学线路        结构和形状与结构和形状与γ照相机相似，探头有单探头、双探头、照相机相似，探头有单探头、双探头、多探头之分多探头之分2、机架、机架         机架要求重量轻、大环孔径大、体积小等特点，还机架要求重量轻、大环孔径大、体积小等特点，还应具有可变角和滑环等新功能应具有可变角和滑环等新功能203、病人检查床、病人检查床        SPECT的重要部分，新的要求应有二维运动功能，的重要部分，新的要求应有二维运动功能，水平移动的精度要求高水平移动的精度要求高4、工作站、工作站        （（1）采集工作站：要求速度快，网络功能，能同）采集工作站：要求速度快，网络功能，能同时控制两台以上的机架和探头；时控制两台以上的机架和探头；        （（2）处理工作站：图像局部放大，局部定量分析，）处理工作站：图像局部放大，局部定量分析，分析动态图像制出的时间放射性曲线，振幅和相位分析。

分析动态图像制出的时间放射性曲线，振幅和相位分析21（二）成像原理：（二）成像原理：        SPECT的成像原理与的成像原理与CT是相同的，都要用图像重是相同的，都要用图像重建的方法得到断层图像建的方法得到断层图像        数字图像可划分成许多小单元，常用的图像矩阵数字图像可划分成许多小单元，常用的图像矩阵有有64×64、、128×128、、256×256，，知道了图像矩阵中每一知道了图像矩阵中每一个单元的值，也就可知整幅图像的性质个单元的值，也就可知整幅图像的性质        常用图像重建方法：滤波反射投影法常用图像重建方法：滤波反射投影法(filter back projection,FBP)、、迭代法迭代法(iterative)22成像方法：n一个探头可以围绕病人某一脏器进行360°旋转的γ相机，在旋转时每隔一定角度采集一帧图片n经电子计算机自动处理，将图像叠加，利用滤波反射投影法可以从一系列投影像重建横向断层影像，由横向断层影像的三维信息再经影像重新组合可以得到矢状、冠状断层和任意斜位方向的断层影像23成像基本步骤：n用短半衰期核素Tc-99m等标记某些特殊化合物，经静脉注入人体。

n探测聚集于人体一定器官、组织内标记与化合物上的Tc-99m衰变所发出的γ射线n将γ射线转化为电信号并输入计算机，经计算机断层重建为反映人体某一器官生理状况的断层或三维图像24SPECT成像成像特点特点：：nSPECT的图像是反映放射性药物在体内的断层分布图n放射性药物能够选择性聚集在特定脏器、组织或病变部位，使其与邻近组织之间的放射性分布形成一定程度浓度差 25（三）（三）SPECT与与CT的异同：的异同：261、将发射正电子的放射性核素标记到机体代谢底物上；、将发射正电子的放射性核素标记到机体代谢底物上；四、正电子发射型计算机断层仪四、正电子发射型计算机断层仪(positron emission tomography，，PET)（一）探测原理：（一）探测原理：2、给受检者静脉注射标记化合物，让受检者在、给受检者静脉注射标记化合物，让受检者在PET的有效的有效视野范围内进行显像；视野范围内进行显像；3、放射性药物发出的正电子在体内移动、放射性药物发出的正电子在体内移动1mm后与负电子结后与负电子结合发生湮灭反应，同时消失并产生两个等能量合发生湮灭反应，同时消失并产生两个等能量(511KeV)、、反方向的反方向的γ光子，被光子，被PET的探头探测到；的探头探测到；4、根据探测信号确定体内放射性药物的分布投影，图像重、根据探测信号确定体内放射性药物的分布投影，图像重建，确定药物分布状况。

建，确定药物分布状况27（二（二））探测系统：探测系统：1、闪烁探头：、闪烁探头：将光子转换成可见光将光子转换成可见光      锗酸铋锗酸铋(BGO)晶体晶体      硅酸镥硅酸镥(LSO)晶体、硅酸钆晶体、硅酸钆(GSO)晶体晶体282、脉冲处理、脉冲处理：：将探头传过来的电信号转换成时间信号，将探头传过来的电信号转换成时间信号，经过数字化、常分鉴别器处理后的脉冲信号用于符合电经过数字化、常分鉴别器处理后的脉冲信号用于符合电路信号处理路信号处理      低能鉴别器、高能鉴别器低能鉴别器、高能鉴别器3、符合电路系统、符合电路系统：：通过符合电路系统处理获得湮灭反应通过符合电路系统处理获得湮灭反应产生的信号后，就能确定有无正负电子符合事件发生产生的信号后，就能确定有无正负电子符合事件发生294、死时间校正、死时间校正：：计数率比计数率比SPECT系统高系统高10倍，死时间影倍，死时间影响较大，要求系统速度快，减少计数丢失响较大，要求系统速度快，减少计数丢失5、、PET系统：系统：由十几至几十个环，成百甚至上万个探测由十几至几十个环，成百甚至上万个探测器结合形成临床器结合形成临床PET系统。

环与环之间是环间隔，对消系统环与环之间是环间隔，对消除散射有重要作用除散射有重要作用30二维采集：铅或钨间隔，仅使用环内探测器或临近几个环二维采集：铅或钨间隔，仅使用环内探测器或临近几个环                    分辨率高，计数率低分辨率高，计数率低（三（三））采集方式：采集方式：三维采集：取消环间隔，在所有的环内进行符合计算三维采集：取消环间隔，在所有的环内进行符合计算                    计数率高，散射严重，分辨率低计数率高，散射严重，分辨率低31PET系统流程图：n回旋加速器 产生同位素n 化学合成同位素示踪剂nPET扫描器 注入人体n 进行PET扫描n 采集得到投影原始数据n 重建获得浓度分布图像n 动态建模及功能图像生成算法n计算机系统 获得功能图像n 临床分析诊断321、衰减校正：计算方法校正、测量方法校正、衰减校正：计算方法校正、测量方法校正2、散射校正：卷积相减方法、直接测量方法、模型基础方法、散射校正：卷积相减方法、直接测量方法、模型基础方法3、死时间校正、死时间校正4、探头系统标准化校正、探头系统标准化校正（四（四））校正技术：校正技术：1、空间分辨率高；、空间分辨率高；2、采用电子准直，灵敏度高，探测效率高；、采用电子准直，灵敏度高，探测效率高；3、发射正电子核素为人体生命元素，能准确地显示受检脏器、发射正电子核素为人体生命元素，能准确地显示受检脏器内显像剂浓度提供的代谢影像和各种定量生理参数；内显像剂浓度提供的代谢影像和各种定量生理参数；4、易进行衰减校正和定量分析。

易进行衰减校正和定量分析五（五））与与SPECT比较优点：比较优点：33五、多探头符合电路探测系统五、多探头符合电路探测系统 近年来用互成近年来用互成180°无准直器的双探头无准直器的双探头SPECT对正电子湮没对正电子湮没辐射产生的两个方向相反的辐射产生的两个方向相反的511 keVγ光子进行符合探测成像，光子进行符合探测成像，称之为符合线路称之为符合线路SPECT（（coincidence circuit SPECT）或）或SPECT/PET，其有较好的效价比（，其有较好的效价比（effective cost），适合临床），适合临床推广应用；兼备单光子和推广应用；兼备单光子和T1/2较长的正电子较长的正电子18F断层成像，具有断层成像，具有一机两用的功能一机两用的功能  符合线路符合线路SPECT                                             符合线路符合线路SPECT                 - Phelipes公司公司 Forte                                        -Macroni公司公司 Axis 34 符合线路符合线路SPECT                                           符合线路符合线路SPECT         -GE公司公司HawKey                                         Seimens公司公司 e..Cam duet 35（一（一））探头：探头：能量范围：能量范围：55~550keV双探头，铅屏蔽加厚，符合电路，晶体厚度适中双探头，铅屏蔽加厚，符合电路，晶体厚度适中（二（二））成像技术要求：成像技术要求：1、正电子成像时探头呈、正电子成像时探头呈1800，采集时不能用自动人体轨迹；，采集时不能用自动人体轨迹；2、没有常规准直器，采用电子准直；、没有常规准直器，采用电子准直；3、采用滑环技术机架，采集速度快；、采用滑环技术机架，采集速度快；4、要求单个探头计数效率高，达到、要求单个探头计数效率高，达到1000000cps。

36（三（三））数据采集和重建：数据采集和重建：        2D、、3D两种，以表模方式储存原始数据，进行符两种，以表模方式储存原始数据，进行符合计算四（四））衰减校正：衰减校正：        采用穿透技术对图像进行校正，分为核素穿透源和采用穿透技术对图像进行校正，分为核素穿透源和X线线穿透源两种穿透源两种 X线法应用较广泛线法应用较广泛37六、图像融合技术六、图像融合技术 图像融合图像融合(image fusion)技术就是将技术就是将PET与与CT或或SPECT与与CT两种不同的图像融合成一张图像的技术，是医学影像学发两种不同的图像融合成一张图像的技术，是医学影像学发展的又一新起点展的又一新起点优点：即利用了优点：即利用了CT图像解剖结构清晰的优势，又具有发射图像解剖结构清晰的优势，又具有发射式计算机断层图像反应器官的生理、代谢和功能的特点，把式计算机断层图像反应器官的生理、代谢和功能的特点，把两者的定性和定位作用进行了有机结合，诊断效果更好两者的定性和定位作用进行了有机结合，诊断效果更好1、分机融合：、分机融合：将各自独立获得的将各自独立获得的PET或或SPECT图像与相同图像与相同部位的部位的CT图像进行融合。

图像进行融合         准确性和精确性欠佳准确性和精确性欠佳382、同机融合：、同机融合：不用移动患者就可在同一体位先后分别采集不用移动患者就可在同一体位先后分别采集PET与与CT或或SPECT与与CT两种图像，可同时获得患者的两种图像，可同时获得患者的ECT图像、图像、CT图像和两者的融合图像，并利用图像和两者的融合图像，并利用CT图像对图像对ECT图图像进行校正，提高图像融合精度像进行校正，提高图像融合精度39PET/CT的特点：nCT与PET硬件、软件同机融合n解剖图像与功能图像同机融合n同一幅图像既有精细的解剖结构又有丰富生理、生化分子功能信息n可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程n高灵敏度，高特异性，高准确性nPET、CT单独能实现的，PET/CT一定能实现； PET/CT能实现的， PET或CT单独不一定能实现40GE PET/CT                                        Siemens PET/CT41Philips PET/CT   42PET/CT融合图像43第三节第三节 功能测定仪器功能测定仪器 功能测定仪器是从体表测量放射性核素在脏器中随功能测定仪器是从体表测量放射性核素在脏器中随时间变化的动态变化，描记或显示脏器中的时间时间变化的动态变化，描记或显示脏器中的时间—放射性放射性曲线，借以分析、判断脏器的功能或血流量的一类仪器。

曲线，借以分析、判断脏器的功能或血流量的一类仪器 一般由闪烁探测器连接计数率仪、记录器组成，大一般由闪烁探测器连接计数率仪、记录器组成，大部分仪器配备有计算机处理系统部分仪器配备有计算机处理系统441、根据性能分：、根据性能分：针对某一脏器功能测定而设计的专用仪器针对某一脏器功能测定而设计的专用仪器 （如肾功能测定仪、心功能测定仪、甲状腺功能测定仪）（如肾功能测定仪、心功能测定仪、甲状腺功能测定仪） 可测定多种脏器功能的多探头脏器功可测定多种脏器功能的多探头脏器功能仪能仪2、按探头多少分：、按探头多少分：单探头测定仪（如心功能测定仪、甲状单探头测定仪（如心功能测定仪、甲状腺功能测定仪）腺功能测定仪） 双探头测定仪（如肾功能测定仪）双探头测定仪（如肾功能测定仪）45一、甲状腺功能测定仪一、甲状腺功能测定仪 简称甲功仪，是单探头计数仪，主要用于甲状腺对简称甲功仪，是单探头计数仪，主要用于甲状腺对碘的摄取功能测定，核医学科临床常规检查仪器。

碘的摄取功能测定，核医学科临床常规检查仪器46结构：结构：            准直器、碘化钠晶体、光电倍增管、主放大器、准直器、碘化钠晶体、光电倍增管、主放大器、            单道脉冲分析器、计数器、计算机单道脉冲分析器、计数器、计算机用途：用途：          （（1）甲状腺摄碘率）甲状腺摄碘率          （（2）甲状腺抑制率）甲状腺抑制率          （（3）过氯酸钾排泌试验）过氯酸钾排泌试验能量选择：能量选择：131I、、99mTc47a：正常志愿者b：甲亢c：甲亢高峰前移d：甲低48二、肾功能测定仪二、肾功能测定仪 简称肾图仪，是双探头计数仪，从体外描记肾脏放简称肾图仪，是双探头计数仪，从体外描记肾脏放射性活度随时间变化的曲线来测定肾功能、肾血流量动态射性活度随时间变化的曲线来测定肾功能、肾血流量动态变化数据结果反映肾功能和尿路的通常情况数据结果反映肾功能和尿路的通常情况49三、多探头脏器功能测定仪三、多探头脏器功能测定仪 可同时测定多个脏器或一个脏器的多个部位的功能状况可同时测定多个脏器或一个脏器的多个部位的功能状况。

结构：结构：            多个探头多个探头            电子学测量仪表电子学测量仪表            铅准直器铅准直器用途：用途：          （（1）肾功能）肾功能          （（2）脑血池通过时间）脑血池通过时间          （（3）肝血浆流量）肝血浆流量          （（4）甲状腺吸碘功能）甲状腺吸碘功能50第四节第四节 放射性计数测量仪器放射性计数测量仪器 对待测样品或环境中的放射性进行相对或绝对定量对待测样品或环境中的放射性进行相对或绝对定量分析的仪器分析的仪器 广泛应用于体外放射分析及其他示踪研究广泛应用于体外放射分析及其他示踪研究一、一、γ测量仪测量仪 主要用于血、尿等各类样品放射性相对测量主要主要用于血、尿等各类样品放射性相对测量主要用于体外放射分析此外，近年来适用于大批量体外分析用于体外放射分析此外，近年来适用于大批量体外分析测定的时间分辨仪已广泛应用测定的时间分辨仪已广泛应用 常用仪器：常用仪器：        γ闪烁计数器、医用闪烁计数器、医用γ谱仪、谱仪、γ免疫计数器免疫计数器51γ计数器计数器                                    时间分辨仪时间分辨仪52二、活度计二、活度计 活度计（活度计（radioactivity calibrator））是用于测量放射是用于测量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。

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活度计活度计 53 由带铅壁的气体电离室、后续电路、显示器及计算机由带铅壁的气体电离室、后续电路、显示器及计算机系统组成系统组成需要严格控制的性能：需要严格控制的性能：（（1）精密度测试：要求精密度）精密度测试：要求精密度R小于小于±5%（（2）准确度测试：要求准确度）准确度测试：要求准确度E小于小于±10%（（3）线性测试：所测数据在）线性测试：所测数据在±10%范围内范围内54三、三、β测量仪测量仪 常用的常用的β测量仪是液体闪烁计数器（测量仪是液体闪烁计数器（liquid scintillation counter），），主要测量主要测量3H、、14C等发射低能等发射低能β 射线的放射性核素，常用于射线的放射性核素，常用于14C-尿素呼气试验和实验核医尿素呼气试验和实验核医学研究液体闪烁放射性测量仪液体闪烁放射性测量仪55四、辐射防护及剂量监测仪四、辐射防护及剂量监测仪         这类仪器主要用于放射防护这类仪器主要用于放射防护常用仪器：常用仪器：（（1）电离室）电离室（（2）计数管）计数管（（3）个人剂量监测仪：用于测量工作场所的照射剂量）个人剂量监测仪：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。

和放射性工作人员的吸收剂量4）表面污染及场所剂量监测仪：用于对工作人员体）表面污染及场所剂量监测仪：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和沾染多少表、衣物表面和工作场所有无放射性沾染和沾染多少的检测56表面污染监测仪表面污染监测仪57作业：n1 核医学探测仪器主要有哪些？其功能是什么？n2 写出几种主要核医学仪器的工作原理。