第十章：核医学成像设备课件

1、第十章第十章核医学成像设备核医学成像设备医技学院影像教研室医技学院影像教研室 王志涛王志涛第一节第一节 概述概述分类分类核医学成像设备大致可分为两类：照相机以及ECT。ECT全称放射性核素计算机体层成像（RCT），按放射源不同又可分为SPECT和PET。历史历史1896年，法国物理学家贝克勒尔在研究铀矿时发现，铀矿能使包在黑纸内的感光胶片感光，这是人类第一次认识到放射现象，也是后来人们建立放射自显影的基础。1898年，马丽居里与她的丈夫皮埃尔居里共同发现了镭，此后又发现了钚和钍等许多天然放射性元素。1923年，物理化学家Hevesy应用天然的放射性同位素铅-212研究植物不同部分的铅含量，后来

2、又应用磷-32研究磷在活体的代谢途径等，并首先提出了“示踪技术”的概念。1 9 2 6 年 ， 美 国 波 士 顿 内 科 医 师 布 卢 姆 加 特（Blumgart）等首先应用放射性氡研究人体动、静脉血管床之间的循环时间，在人体内第一次应用了示踪技术。1951年，美国加州大学的卡森（Cassen）研制出第一台扫描机，通过逐点打印获得器官的放射性分布图像，促进了显像的发展。1957年，安格（Hal O. Anger）研制出第一台照相机，称安格照相机，使得核医学的显像由单纯的静态步入动态阶段，并于60年代初应用于临床。1959年，他又研制了双探头的扫描机进行断层扫描，并首先提出了发射式断层的技

3、术，从而为日后发射式计算机断层扫描机ECT的研制奠定了基础。1972年，库赫博士应用三维显示法和18F-脱氧葡萄糖（18F-FDG）测定了脑局部葡萄糖的利用率，打开了18F-FDG检查的大门。他的发明成为了正电子发射计算机断层显像（PET）和单光子发射计算机断层显像（SPECT）的基础，人们称库赫博士为“发射断层之父”。放射性核素与放射性药物放射性核素与放射性药物ECT用放射性核素必须通过注射，口服，吸入等方式引入人体，所以ECT临床所用放射性药物有如下要求：1.应能产生中等能量射线，并尽量不产生或少产生其它射线。2.具有合适的物理半衰期3.具有合适的化学价态和较强的化学活性。4.对人体无毒无

4、害核医学显像的特点核医学显像的特点1.图像信息多元化集脏器解剖、形态、功能、代谢等信息为一体的功能代谢显像。2.早期诊断价值能在器官仅仅只是功能异常改变阶段就能反映出来。3.定位、定性、定量和定期诊断4.细胞和分子水平显示能够观察和分析脑、心肌、肿瘤等组织功能代谢；在活体内以特定分子或生物大分子为靶目标完成分子成像。5.无创性检查方法 以脏器内外或脏器内各部分之间的放射性核素浓以脏器内外或脏器内各部分之间的放射性核素浓度差别为基础，显示静态或动态图像度差别为基础，显示静态或动态图像 多种动态成像方式多种动态成像方式 放射性核素具有向脏器或病变组织的特异性聚集放射性核素具有向脏器或病变组织的特异

5、性聚集总之，既可以进行解剖成像，又可以提供有关脏器总之，既可以进行解剖成像，又可以提供有关脏器与病变的功能和分子水平的信息与病变的功能和分子水平的信息第二节第二节 照相照相机机照相机也称为闪烁照相机，是诊断肿瘤及循环系统疾病的重要设备优点：可进行动态研究检查时间短，适合儿童和危重病患显像迅速，便于多体位，多部位观察对图像处理，获得有助于诊断的数据和参数基本结构基本结构探测器信号通道显示记录装置机械支架床探测器结构探测器结构1.准直器：让一定视野范围内及一定角度方向上的射线通过准直器小孔进入闪烁晶体，视野外的射线屏蔽。2.主要性能参数（1）空间分辨力：对两个临近点源加以区别的能力。通常为准直器一

6、个孔的半高宽度（2）灵敏度：配该准直器的探测器实测单位活度的计算率（3）使用能量范围：与孔间壁有关，厚度0.3mm为低能（150keV）；1.5mm为中能（150-350keV）；2.0mm为高能（350keV）3.类型按结构形态可分为：单针孔型、多针孔型、多孔聚焦型、多孔发散型、平行孔型、平行斜孔型等（1）平行孔型准直器空间分辨力随距离增加而变差灵敏度随距离增加变化不太图像大小与靶器官和准直器之间的距离无关分为低能通用型、低能高分辨率、低能高灵敏度（2）发散型准直器扩大了有效视野10%-20%灵敏度和分辨率较平行孔差，随放射源与准直器距离的增加而变坏易产生图像畸变（3）聚集型准直器提高灵敏度

7、和分辨率易出现图像畸变适用于总计数时间受限的动态研究（4）针孔型准直器与小孔成像原理一样，像与实物的方向相反成像大小与距离成反比，距离越近，成像越大闪烁晶体闪烁晶体闪烁晶体是能在高能粒子或光子作用下发射短暂荧光的物体。 光子进入闪烁晶体与其相互作用产生的次级电子使闪烁晶体的原子或分子电离或激发，它们复合或退激时即发射荧光，故又称为荧光体。闪烁晶体一般为无机晶体，常用的除碘化钠外，还有锗酸铋（Bi4Ge3O12，BGO)、镥-氧-正硅酸盐(LSO）和氟化铯（CsF)等。NaI是无色透明晶体，渗入少量（0.1%0.5%)激活物质铊后其发光效率提高近1倍。它广泛用于测量射线。紧靠准直器，将射线转化为

8、荧光晶体为碘化钠晶体NaI(T1)，晶体在探头中起波长转换器的作用普通放射性核素产生的伽玛射线为高能量，短波长的光子，它不能直接被晶体后面的光电倍增管(PMT)接受，必须把它转换成波长与可见光一样的光子才能被PMT接受（10-19nm 400nm左右)。晶体的形状可以是方形、矩形和圆形， 圆形用得最多。晶体的主要规格是它的大小和厚度。 矩形和方形晶体则以边长表示。目前大面积的晶体面积可达600400mm2。晶体厚度用毫米表示(传统用英寸)。光导光导位于闪烁晶体和光电倍增管阵列之间的薄层邮寄玻璃片或光学玻璃片把光电倍增管通过光耦合计与闪烁晶体耦合把闪烁晶体受射线照射后产生的闪烁光有效地传送至光电

9、倍增管得光电阴极上光电倍增管光电倍增管呈蜂窝状排列成阵列状 圆形探测器PMT数量为37-91个，方形或矩形探测器PMT一般为55-96个。PMT有圆形和六角形，六角形优点：去除光导，直接与晶体紧密相贴，消除探测间隙，提高灵敏度和空间分辨力主要电路主要电路主要由位置信号通道和能量信号通道。能量信号通道：脉冲总和电路、脉冲高度分析器、自动曝光电路，生理标记电路等（一）位置计算电路由定位电路和位置信号通道完成定位电路作用：将光电倍增输出的电脉冲信号转换成为确定晶体闪烁点位置的X、Y信号和确定入射射线强度的信号两种类型一加权电阻矩阵网络型（Anger型）延迟线时间转换型（二）能量信号电路通过前置放大器

10、和主线性放大器把电信号整形和放大1.前置放大器：对探测器信号进行预放大2.主线性放大器：将前置放大器输出的电脉冲信号成比例地进行放大并滤波整形（三）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。单道脉冲高度分析器：选择具有一定能量范围的射线进行测量，测定射线能量分布（能谱）多道脉冲高度分析器：测定能谱方面，效率和精度比单道要高特殊类型的特殊类型的 照相机照相机全身显像照相机便携式照相机第三节第三节 单光子发射型计单光子发射型计算机体层设备算机体层设备成像原理成像原理是一台高性能的照相机的基础上增加了支架旋转的机械部分、断层床和图像重建软件，使探头能

11、围绕躯体旋转360o或180o，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、冠状面和矢状面及其它斜断面的断层影像。结构结构由探测器、机架、床、控制台、计算机和外周装置组成。探测器探测器SPECT探测器与照相机探测器相同机架和床机架和床机械运动组件机架运动控制电路电源保障系统机架操纵器运动状态显示器功能：1.根据指令，完成不同采集条件所需的各种运动功能；2.把探测器输出的位置信号、角度信号等通过模数转换后传给计算机，并接受计算机指令进行各种动作；3.保障整个系统的供电。运动形式1.整体机架直线运动：适用于全身扫描2.探测器、悬臂以支架机械旋转轴为圆心做顺时针或逆时针圆周运动。适用于体层采集。3.探测器及其悬臂沿圆周运动半径做向心或离心运动。4.探测器沿自身中轴做顺时针或逆时针倾斜或直立运动。适用于静态或动态显像时特殊体位的数据采集。机架控制方式手动控制：1.数据采集前，探测器定位2.扫描前，探测器数据录入计算机自动运行：计算机及外围装置计算机及外围装置计算机：微型机、小型机、单功能多处理器等外围装置：磁带机、可读写光盘、高精度的黑白或彩色显示器、生理信号检测输出设备SPECTSPE