第二章核医学仪器

1、第二章第二章 核医学仪器核医学仪器定义：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。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记录闪光的次数和强度记录闪光的次数和强度获得射线的能量、种类等获得射线的能量、种类

2、等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（一）射线探测器：（一）射线探测器： 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闪烁探测器（闪烁探测器（sci

3、ntillation 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 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（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

4、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 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

5、年代年代 PET1999年年 SPECT/CT PET/CT 照相机（照相机（camera）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。 照相机照相机 二、二、照相机照相机（一）基本结构：（一）基本结构：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：

6、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(350KeV) 、超高能准直器、超高能准直器作用：限制散射光子作用：限制散射光子作用：将作用：将光子转变成可见光，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、矩形外形：圆形、方形、矩形规格：规格：280500mm、400mm400mm、640mm400mm 厚度最薄厚度最薄6.2mm，最厚，最厚12.5mm，通用，通用9.3mm2.晶体晶体作用：将光能转变成电信号作用：将光能转变

7、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：用以提高光的传输效应，改善光的空间分布光导：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、六边形、正方形外形：圆柱状、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

8、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（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。号。4、有了位置信号和能

9、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。 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

10、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SPECT （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

11、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。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

12、析动态图像制出的时间放射性曲线，振幅和相位分析。（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6464、128128、256256，知道了图像矩阵中，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。每一个单元的值，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(itera

13、tive)。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。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衰变所发出的射线。n将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。SPECT成像特点：成像特点：nSPECT的图像是反映放射性药

14、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 （三）（三）SPECT与与CT的异同：的异同：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

15、、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。（二）探测系统：（二）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2、脉冲处理：、脉冲处理：将探头传

16、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。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、

17、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。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）采集方式：（三）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。PET系统流程图：n回旋加速器 产生同位素n 化学合成同

18、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）校正技术：（四）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

19、，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）与（五）与SPECT比较优点：比较优点：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。GE

20、 PET/CT Siemens PET/CTPhilips PET/CT PET/CT融合图像第三节第三节 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时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间变化的动态变化，描记或显示脏器中的时间放射性曲放射性曲线，借以分析、判断脏器的功能或血流量的一类仪器。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。1、根据性能分：、根据性能分：针

21、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能仪可测定多种脏器功能的多探头脏器功能仪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）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，主要用于甲状腺对碘简称甲功仪，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

22、常规检查仪器。的摄取功能测定，核医学科临床常规检查仪器。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、99mTca：正常志愿者b：甲亢c：甲亢高峰前移d：甲低二、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，从体外描记肾脏放射简称肾图仪，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、肾血流量动态变

23、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。化。数据结果反映肾功能和尿路的通常情况。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分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。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、测量仪测量仪 主要用于血、尿等各类样品放射性相对测量。主要用主要用于血、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测于体外放射分析。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。定的时间分辨仪已广泛应用。 常用仪器：常用仪器： 闪烁计数器、医用闪烁计数器、医用谱仪、谱仪、免疫计数器免疫计数器计数器计数器 时