高能正电子成像的物理及相关技术问题中国医学科学院中国协和医科课件

高能正电子成像及医学应用

CT与常规X线体层比较

CTScan–PatientXReport:NormalMonitoringTherapywithPETEffectsoftherapyontumormetabolismseeninhours.Anatomicchange(sizereduction)willtakeweeks.

高能正电子成像的定义及分类高能正电子准直成像HighEnergyPositronCollimationImaging正电子发射断层PositronEmissionTomography符合探测成像CoincidenceDetectionImaging正电子的物理特性正电子发现于1934年正电子带一个正电荷正电子有一定的能量和射程正电子只能瞬间存在正电子由β+衰变产生正电子与电子结合产生湮灭辐射正电子的湮灭辐射（Annihilation）正电子与组织中电子结合产生湮灭辐射湮灭辐射产生2个511KeV的γ光子——能量守恒2个γ光子互成180°(±0.25°）——动量守恒湮灭辐射光子用符合探测法探测PositronAnnihilation•Positrontravels1-3mm(dependingonenergy)beforeannihilation.•Annihilationprocessconserves:-Energy(photonsare511KeV).-Momentum(photonsarealmostexactlycolinear).•Simultaneousdetectionoftwo511KeVphotons-->eventalonglinebetweendetectors.nb+b-~1-3mm511KeV511KeVRPMTPMTCOINCIDENCEPROCESSINGDETECTORRINGProjectionDataCollection

ProcessingElectronics

ProcessingElectronicsCoincidenceProcessorDataSorting,HistogramImageReconComputerImagesF-18的物理特性衰变类型：β+衰变，电子俘获（EC）半衰期：109.8分主要射线：511KeV的γ光子正电子能量：Max633KeV,平均203KeV符合时间：10-9秒511KeVγ光子的物理特性穿透能力强

为99mTc的3.65倍,131I的1.6倍衰减系数：μ=0.096cm-1(水)99mTc为0.14cm-1半吸收厚度：

511KeV：7.14cm(水),4.1mm(铅)140KeV：5.0cm(水),0.17mm(铅)康普顿散射：511KeV：170～341KeV60%140KeV：130KeV80%3-DDetectionProvidesHighest

GeometricalEfficiencyLowestisCollimated(0.3X)DetectorDetector2Intermediateis2-Dimensional(1X)Highestis3-Dimensional(5X)AcceptsonlyperpendiculareventsAcceptstransverseeventsAcceptstransverseandcaudal/cephaliceventsDetector2Detector1Detector1高能正电子成像的晶体和材料锗酸铋晶体(bismuthgerminate,BGO)碘化钠晶体(NaI)硅酸镥(lutetiumoxyorthosillicate,LSO)硅酸钇(yttriumoxyorthosillicate,YSO)硅酸钆(gadoliniumorthosillicate,GSO)半导体,锑锌镉(cadmiumzinctelluride,CZT)三明治晶体(sandwichYSO/LSO,1～2cm)

各种晶体性能的比较

性能BGOLSOYSOGSONaI

密度(g/cm3)7.13 7.44.546.713.67

有效原子序数74 663460*51

衰减系数(cm-1)0.960.870.43*0.67 0.34

衰变常数(ns)300 40 70 65230

光输出量(%) 15 60 12035100

能量分辨(%) 1012～18<7.59 7.8

注:晶体主要要求:灵敏度、最大计数率、能量分辨CrystalStoppingPower3/8”5/8”1”Photofraction 61%511keVefficiency37%Photofraction 51%511keVefficiency17%Photofraction47%511keVefficiency9%Problem:StoppingPowerSolution:ThickerCrystalsPET/CT的发明是医学影像学

的又一次革命

FirstInstallationinZurichMarch2001DiscoveryLSPET/CT的发展历史1953年正电子探测脑肿瘤1963年发射断层1973年Hounsfield发明CT1976年PET用于临床1991年螺旋CT问世1995年Townsend研制PET/CT,NCIGrant2000年PET/CT在北美放射学会问世2001年PET/CT用于临床2002年LSOPET/CTUPMCIMAGEFUSION200020012002PET/CT133355PET/MRI142521SPECT/CT11814SPECT/MRI518649’SNM同机图像融合的类型PE