核医学核仪器课件

1、核医学核仪器核医学核仪器核医学仪器发展简史井型晶体闪烁计数器 闪烁扫描机19741979195719501951照相机 PETSPECT2001 PET/CTSPECT/CT闪烁扫描机核医学仪器发展简史井型晶体闪烁计数器 19741957照相电离作用荧光现象感光作用第一节 核探测仪器的基本原理一、放射性探测的基本原理电离作用荧光现象感光作用第一节 核探测仪器的基本原理一、放射二、放射性探测器的种类（一）闪烁型探测器3.光电倍增管（photomultiplier tube，PMT） 2.光导（lightguide）： 硅油，有机玻璃1.闪烁体(scintillator)： NaI（Tl），BGO

2、，GSO，LSO二、放射性探测器的种类（一）闪烁型探测器3.光电倍增管 光电倍增管工作原理光电倍增管工作原理（二）电离型探测器 电离室（ionization chamber）， 正比计数器（proportional counter） 盖革计数器（Geiger-Muller counter） （三）半导体探测器 碲锌镉（Cadmium-Zinc-Telluride，CZT）（四）感光材料探测器 感光材料（二）电离型探测器三、核探测器的电子学线路（一）放大器前置放大器（preamplifier）主放大器（main mplifie）作用：对电脉冲进行放大、整形、 倒相的电子学线路三、核探测器的电子学

3、线路（一）放大器前置放大器（preamp（二）脉冲高度分析器 （pulse height analyzer，PHA） 输出信号B上甄别器下甄别器AC反符合线路BB输入信号C输入信号B,C单道脉冲高度分析器工作原理（二）脉冲高度分析器输出信号B上甄别器下甄别器AC反符合线路核射线测量仪器的组成框图核射线闪烁体光导光电倍增管前置放大器主放大器脉冲高度分析器记录装置工作电源核射线测量仪器的组成框图核射线闪烁体光导光电倍增管前置放大器核医学显像仪器与X线显像仪器的区别 第二节 照相机1957年，由Hal Anger研制成功，因此，也称为Anger型照相机(- Camera) 核医学显像仪器与X线显像仪

4、器的区别 第二节 照相机1957照相机的组成：准直器（collimator）闪烁晶体光电倍增管（PMT）预放大器、放大器X、Y位置电路总和电路脉冲高度分析器（PHA）显示或记录器件等 照相机的组成：核医学核仪器一、准直器1.空间分辨率 半峰值全宽度(Full Width at Half Maximum，FWHM)，简称半高宽。2.灵敏度 配置该准直器的照相机探头测量单位活度(如1MBq)的放射性核素的计数率(计数s)。3.适用能量范围孔间壁厚度与射线能量：0.3mm适用于低能（150kev）1.5mm适用于中能（150350kev） 2.0mm适用于高能（350keV）。 一、准直器1.空间分

5、辨率 2.灵敏度 配置该准直器的照相机4.准直器的类型4.准直器的类型五、脉冲高度分析器六、模数转换器（ADC） 四、X、Y位置电路三、光电倍增管（PMT）二、闪烁晶体 NaI（Tl）晶体 五、脉冲高度分析器六、模数转换器（ADC） 四、X、Y位置电第三节 SPECT及SPECT/CT一、SPECTSPECT：Single Photon Emission Computed Tomography单光子发射型电子计算机断层照照相机与电子计算机技术相结合发展起来的一种核医学显像 检查仪器，在照相机平面显像的基础上，应用电子计算机技术 增加了断层显像功能主要提供组织器官的功能和代谢变化信息组成：探测器

6、（探头）、机架、检查床和图像采集处理工作站探头是SPECT的核心部件，探头数通常为13个第三节 SPECT及SPECT/CT一、SPECTSPECT（一） 单探头SPECT（一） 单探头SPECT（二） 双探头SPECT（二） 双探头SPECT（三）三探头SPECT（三）三探头SPECT（四）双探头符合线路断层显像仪（四）双探头符合线路断层显像仪二、SPECT/CT（一）SPECT/CT SPECT和CT两种成熟技术相结合形成的一种新的核医学显像仪器实现了SPECT功能代谢影像与CT解剖形态学影像的同机融合 一次显像检查可分别获得SPECT图像、CT图像及SPECT/CT融合图像可以采用X线C

7、T图像对SPECT图像进行衰减校正（二）SPECT与CT结合的两种方式SPECT和CT位于同一机架： 在SPECT探头机架上安装一个X线球管，对侧安装探测器SPECT与CT位于不同的机架： 在SPECT机架后再并排安装一个高档螺旋CT二、SPECT/CT（一）SPECT/CT SPECT和CTSPECT/CTSPECT/CT三、SPECT的图像采集（一）采集方式静态采集与动态采集平面采集与断层采集局部采集与全身采集门控采集（二）断层采集SPECT探头绕患者旋转180360每隔一定角度（36）采集1帧图像获得靶器官各个方向的放射性分布信息经过电子计算机重建断层图像。三、SPECT的图像采集（一）

8、采集方式静态采集与动态采集（二 由已知不同方向的物体投影值求该物体内各点的分布称为图像重建，也就是利用物体在多个轴向投影图像重建目标图像的过程。 （一）滤波反投影法（filtered backprojection，FBP） 滤波(Filter)，反投影(Backprojection) 。 滤波：Ramp，Hann，Hanning，Butterworth 重建方法：四、SPECT的图像重建 由已知不同方向的物体投影值求该物体内各点的分布称为反投影重建按照投影方向把投影数据反投向来的方向。反投影重建滤波反投影重建用滤波函数去除反投影重建图像伪影。滤波反投影重建 （二）迭代重建法给待求断层图像赋予一

9、个初始估计值根据初始值计算出理论投影值将它和实测投影值进行比较，计算出每个像素的修正量，对初始图像进行修正然后再根据新的断层图像估计值计算理论投影值，与实测投影值比较，再次修正断层图像估计值。接着是第三次循环、第四次循环。 （二）迭代重建法给待求断层图像赋予一个初始估计值衰减校正方法为什么要进行衰减校正？在探头的对侧设置放射源，利用放射源发射出的射线由患者体外穿透人体，在SPECT探头上成像。在同一台SPECT上同时获得透射(transmission)图像和发射(emission)图像，从透射图像求得被显像部位的三维衰减系数分布图，对发射型断层图像进行衰减校正。目前，SPECT/CT可采用X线

10、进行图像衰减校正。显像用放射性核素射线的能量主要在80500keV之间人体组织的衰减(Attenuation)对投影值有较大影响。SPECT断层重建算法忽略了组织对射线的衰减作用，使图 像定量不准，出现伪影。图像衰减校正(Attenuation Correction，AC)是解决人体衰减的主要方法。五、图像的衰减校正衰减校正方法为什么要进行衰减校正？在探头的对侧设置放射源，利空间分辨率2空间线性4均匀性31平面源灵敏度33六、SPECT的质量控制和性能评价最大计数率5空间分辨率2空间线性4均匀性31平面源灵敏度33六、SPEC固有能量分辨率7其他：断层均匀性、空间分辨率、断层厚度、断层灵敏度等

11、 9多窗空间位置重合性36旋转中心38显像系统的综合评价109固有能量分辨率7其他：断层均匀性、空间分辨率、断层厚度、断层第四节 PET、PET/CT及图像融合技术一、PET PET: Positron Emission computed Tomography 正电子发射型电子计算机断层第四节 PET、PET/CT及图像融合技术一、PET PET（一）PET的组成 机架（Gantry）、扫描床、电子柜、操作工作站、 分析工作站及打印设备等。（一）PET的组成 机架（Gantry）、扫描床、电子柜、操1.机架 探测器环、棒源（pin source）、射线屏蔽装置、 事件探测系统（the even

12、t detection system）、 符合线路（the coincidence circuitry）及激光定位器等组成。主要功能为数据采集。1.机架 探测器环、棒源（pin source）、射线屏蔽装（1）探测器环若干个晶体排列而成，是决定PET性能的最重要部分。探头晶体的材料不同，接收光子并转化为可见光的性能也有差异。晶体主要有：锗酸铋（bismuth germinate，BGO）硅酸钆（gadolinium orthosillicate，GSO）硅酸镥（lutetium oxyorthosillicate，LSO）LYSO等。临床型PET（C-PET）采用NaI（Tl）晶体，但现在已经

13、趋于淘汰。 碘化钠晶体探测器示意图（1）探测器环若干个晶体排列而成，是决定PET性能的最重要部（2）棒源（pin source） 将68锗（68Ge）均匀地封装在中空的小棒内；也有使用半衰期较长的137Cs。作用：对PET扫描仪进行质量控制 透射扫描进行图像衰减校正（3）隔板（speta）隔板包括2部分：一部分是探测器环两边的厚铅板，作用是屏蔽探测器外的射线；另一部分为厚度为1mm的环状钨板，位于探测器环与环之间，将轴向视 野分隔成若干环，钨隔板的作用是屏蔽其他环视野如射的光子对，与准 直器的作用相似；3D采集时，将钨隔板撤出显像视野，取消屏蔽作用。目前，仅有3D采集模式的PET已经无隔板。

14、（2）棒源（pin source） 将68锗（68Ge）均匀 5.打印设备 4.操作工作站及分析工作站 3.电子柜 2.扫描床 5.打印设备 4.操作工作站及分析工作站 3.电子柜 2.18F+ （二）PET显像原理-18F+ （二）PET显像原理-双探头SPECT符合探测原理示意图双探头SPECT符合探测原理示意图（三）PET采集的计数类型单个计数真符合计数随机符合计数散射符合计数 （三）PET采集的计数类型单个计数 2D采集与3D采集示意图 （四）PET图像采集1. 发射扫描2D采集和3D采集静态采集和动态采集门控采集局部采集和全身采集 2D采集与3D采集示意图 （四）PET图像采集1.

15、发射2透射扫描透射扫描是利用棒源围绕身体旋转，采集放射性源从体外透射人体后 所剩余的光子。透射扫描和空白扫描的结果相结合可以计算得到组织 的衰减系数。透射扫描的主要目的是对发射扫描进行衰减校正。作用：对发射扫描进行衰减校正3早期显像和延迟显像早期显像（early imaging） 延迟显像（delayed imaging）双时相显像（dual-time point imaging） 2透射扫描透射扫描是利用棒源围绕身体旋转，采集放射性源从体滤波反投影法OSEM法滤波反投影与OSEM法图像质量比较（五）图像重建滤波反投影法（filtered back-projection）有序子集最大期望值法（

16、ordered subsets expectation maximization，OSEM）滤波反投影法OSEM法滤波反投影与OSEM法图像质量比较（五 4.归一化校准（normalization calibration）5.井型计数器校准（well counter calibration） 3.光电倍增管增益调节（PMT Single Update gain adjustment） 2.符合计时校准（coincidence Timing calibration） 1.空扫（blank scan）（六）PET的质量控制 4.归一化校准（normalization calibra评价标准美国电器

17、制造商协会（National Electric Manufacturers Association，NENA）于1994年制定了PET性能评价标准及测试方法NEMA NU 2-1994，2001年对其进行了更新，更新后版本为NEMA NU 2-2001。国际电工委员会（International Electronic Committee，IEC）于1998年制定了IEC61675-1 PET性能评价标准，此外，日本、澳大利亚、新西兰等国家也制定了相应的标准。我国2003年颁布了放射性核素成像设备性能和测试规则第一部分：正电子发射断层成像装置（GB/T18988.1-2003/IEC61675-

18、1：1998）。 PET的性能评价需要使用标准模型进行测试，测定结果与使用的模型有关，使用的模型不同，结果也有差异。目前，国际上多采用NEMA标准。PET性能参数测试主要包括空间分辨率、灵敏度、探测器效率、噪声等效计数率、时间和能量分辨率等。（七）PET的性能评价评价标准美国电器制造商协会（National Electri二、PET/CTPET/CTCT数据可用于PET图像的透射衰减校正显像检查时间大大减少。同时获得全身PET、CT及PET/CT图像。实现了PET（功能）与CT（形态）图像同机融合举例：卫星云图与地图二、PET/CTPET/CTCT数据可用于PET图像的透射衰（一）PET/CT

19、的结构及功能 由PET和多排螺旋CT组合而成同一个机架内有PET探测器、CT探测器和X线球管共用同一个扫描床、图像采集和图像处理工作站可以采用X线CT图像对PET图像进行衰减校正（一）PET/CT的结构及功能 由PET和多排螺旋CT组合而PET/CT是一个全新的系统PET影像（功能）CT影像（形态）一体化的机架系统一体化的检查床一体化的操作工作站系统1+12不是简单的“PET+CT”PET/CT是一个全新的系统PET影像（功能）CT影像（形态PET/CT图PET/CT图CT扫描&PET扫描PET采集，发射扫描与前面所述的PET图像采集相同采用棒源进行的透射扫描可由X线CT扫描代替CT扫描：通常

20、先进行CT扫描CT扫描的目的：衰减校正、解剖定位、CT诊断仅用于衰减校正和解剖定位，可采用低毫安/秒设置， 减少病人辐射剂量用于CT诊断，建议采用标准毫安/秒设置，以优化CT 扫描的空间分辨率调节球管的电流将病人受到的辐射剂量最小化。（二）PET/CT的图像采集CT扫描&PET扫描PET采集，发射扫描与前面所述的PET图PET/CT包括PET和CT应当分别对PET和CT进行性能评价，再对PET/CT整体进行性能评。PET的性能评价如前所述。CT性能测试按我国国家质量技术监督局与国家卫生部于1998年12月7 日颁布的X射线计算机断层摄影装置影像质量保证检测规范（GB/ T17589-1998）

21、进行。检测项目共有9项，包括定位光精度、层厚偏 差、CT值、噪声、均匀性、高对比分辨率、低对比分辨率、CT剂量指 数、诊断床定位精度。PET/CT整机的性能测试主要是采用PET图像与CT图像进行融合精度 评价。目前，尚无权威机构制定的标准测试方法。 （三）PET/CT的性能评价PET/CT包括PET和CT应当分别对PET和CT进行性能评三、图像融合技术将解剖形态图像和功能代谢图像融合为一体图像融合是将不同的医学影像或同一类型的医学影像 采用不同方法获得的图像进行空间匹配或迭合使两个或多个图像数据集融合到一幅图像上PET/CT融合图像PET图像CT图像三、图像融合技术将解剖形态图像和功能代谢图像

22、融合为一体图像融第五节 功能测定仪器甲状腺功能测定仪 甲状腺功能测定仪 肾功能测定仪 多功能测定仪 探针第五节 功能测定仪器甲状腺功能测定仪 甲状腺功能测定仪肾功能测定仪肾功能测定仪多功能测定仪多功能测定仪探针探针第六节 体外样本测量仪器第六节 体外样本测量仪器第六节 体外样本测量仪器免疫计数器第六节 体外样本测量仪器免疫计数器液体闪烁计数器液体闪烁计数器活度计活度计辐射剂量监测仪是专门用于放射性工作场所的剂量监测装置，具有剂量率、累计剂量测量、超剂量声光报警、阈值记忆和多点扫描数据管理等功能。 第七节 辐射防护仪器表面污染检测仪辐射剂量监测仪是专门用于放射性工作场所的剂量监测装置，具有剂便携

23、式剂量仪热释光个人剂量仪便携式剂量仪热释光个人剂量仪一、半导体探测器与SPECT（一）半导体探测器碲锌镉（Cadmium-Zinc-Telluride，CZT）:最新研制的半导体探测器探测效率高、能量分辨率好CZT探测器可以直接将 射线转化成电信号探测原理：射线和CZT晶体作用时晶体内部产生带负电荷的电子和带正电荷的空穴对产生的电子和空穴对的数量和入射光子的量成正比电子和空穴向不同的电极运动形成电荷脉冲经过前放大变成电压脉冲经过再放大，由后续电子学线路处理进行图像重建第八节 核医学仪器研究进展一、半导体探测器与SPECT（一）半导体探测器探测原理：第八（二）心脏专用SPECT探头是采用半环状（180）排列的CZT半导体探测器心肌断层显像时，探头无需旋转，避免了运动伪影，提高了仪器的性能空间分辨率明显提高： 固有空间分辨率由48mm提高到2.46mm； 能量分辨率由9.512提高到6.2。心脏专用SPECT（二）心脏专用SPECT心脏专用SPECTCZT半导体探测器的心脏专用SPECT/CT（三）心脏专用SPECT/CT实现了SPECT功能代谢影像与CT解剖形态学影像的同机融合是两种医学影