第8章核医学成像设备课件.ppt

1、 伽玛照相机伽玛照相机人体骨骼的全身人体骨骼的全身成像成像 内内 容容 导导 览览核医学成像的基本部件核医学成像的基本部件单光子发射型计算机断层扫描仪单光子发射型计算机断层扫描仪正电子发射型计算机断层扫描仪正电子发射型计算机断层扫描仪 第一节第一节 概述概述 核医学，又称原子（核）医学核医学，又称原子（核）医学 核医学是研究同位素及核辐射的医学应用核医学是研究同位素及核辐射的医学应用及理论基础的科学及理论基础的科学 核医学最重要的特点是能提供身体内各组核医学最重要的特点是能提供身体内各组织功能性的变化，而功能性的变化常发生织功能性的变化，而功能性的变化常发生在疾病的早期在疾病的早期 核医学显像

2、具有简单、灵敏、特异、无创核医学显像具有简单、灵敏、特异、无创伤性、安全、易于重复、结果准确等特点伤性、安全、易于重复、结果准确等特点 核衰变及放射性简介核衰变及放射性简介放射性：放射性：原子核自发地放射各种射线的现原子核自发地放射各种射线的现象称为放射性象称为放射性与核外电子状态的改变关系很小，外与核外电子状态的改变关系很小，外界的温度、压力、电磁场都不能抑制界的温度、压力、电磁场都不能抑制或显著改变射线的发射或显著改变射线的发射放射性放射性现象是现象是由原子由原子核的变核的变化引起化引起的的 是通过在人体内注入可以发射是通过在人体内注入可以发射射线的放射性射线的放射性同位素同位素(核电荷数

3、同核电荷数同)来实现的。来实现的。核医学成像与核医学成像与MRI方法不同方法不同基本工作原理基本工作原理 是脏器内外或脏器与病变之间放射性浓度差别为基础的是脏器内外或脏器与病变之间放射性浓度差别为基础的脏器或病变显像法脏器或病变显像法1、具有能够选择性聚集在或流径特定脏器或病变的、具有能够选择性聚集在或流径特定脏器或病变的放射性核素或其标记化合物放射性核素或其标记化合物,使该脏器或病变与邻近使该脏器或病变与邻近组织之间放射性浓度差别达到一定程度组织之间放射性浓度差别达到一定程度.放射性核素或标记化合物称显像剂放射性核素或标记化合物称显像剂2、利用核医学成像仪器、利用核医学成像仪器(照相机照相机

4、、SPECT、PET)探探测到这种浓渡差测到这种浓渡差，并根据需要按一定方式将它们显示并根据需要按一定方式将它们显示成像成像，即显示脏器或病变组织的影像即显示脏器或病变组织的影像。显像剂显像剂探测探测放射性浓度差别放射性浓度差别 照相机照相机、SPECT、PET是探测放射性核素或标记是探测放射性核素或标记化合物在脏器化合物在脏器、组织的摄取组织的摄取、分布分布、代谢等特点达代谢等特点达到成像的目的到成像的目的与其他影像主要区别与其他影像主要区别成像取决于脏器、组织的血流、细胞成像取决于脏器、组织的血流、细胞功能、细胞数量、代谢活性和排泄引功能、细胞数量、代谢活性和排泄引流情况等因素流情况等因素

5、不是不是组织组织密度密度功能显像功能显像CT、MRI、超声是解剖形态学、超声是解剖形态学,无需显像剂无需显像剂. 核医学成像核医学成像放射性同位素成像放射性同位素成像正常组织正常组织病变之间病变之间与与的浓度差别为基础的的浓度差别为基础的脏器或病变显像方法脏器或病变显像方法放射性药物放射性药物放射性药物的空间分布是时间的函数放射性药物的空间分布是时间的函数放射性同位素的使用要有一个重要的时间维放射性同位素的使用要有一个重要的时间维通过这种测量通过这种测量取值范围在毫秒到分钟取值范围在毫秒到分钟用以评估具体用以评估具体器官基本功能器官基本功能,这项技术被称这项技术被称做动态平面闪做动态平面闪烁成

6、像法烁成像法 根据所用的放射性核素的不同，放射性衰变会产生根据所用的放射性核素的不同，放射性衰变会产生、和和X射线射线 、和、和粒子非常小粒子非常小不能从体中射出形成图像不能从体中射出形成图像X、 射线在穿过身体的各种组织的时候并不会遇到很多困难射线在穿过身体的各种组织的时候并不会遇到很多困难 一般来说，核医学成像系统只检测能量大干一般来说，核医学成像系统只检测能量大干50kev的光子的光子（射线）。射线）。 可了解其生物学功能或者确定某些疾病所在位置可了解其生物学功能或者确定某些疾病所在位置 这种信息之所以重要是因为它无法由其他的成像技术提供这种信息之所以重要是因为它无法由其他的成像技术提供

7、有关的生理和生化信息有关的生理和生化信息用放用放射性射性同位同位素成素成像像获得一些和相关病理变化的前兆获得一些和相关病理变化的前兆有效的放射性化学药物拥有的特性大致上分为三种：有效的放射性化学药物拥有的特性大致上分为三种：药物屑性、物理属性和化学属性药物屑性、物理属性和化学属性 核医学成像的基本条件：核医学成像的基本条件：放射性药物（标记化和物）核医学成像设备核医学影像设备核医学影像设备是指探测并显示放射性核素药是指探测并显示放射性核素药物物(俗称同位素药物俗称同位素药物) 体内分布图像的设备。体内分布图像的设备。 （二）放射性成像的基本过程 1.放射性或标记化合物的制备 以放射性示踪法为基

8、础，针对不同的靶器官或靶细胞、不同的部位和不同的检查目的，制备相应的放射性示踪剂。 2.将放射性示踪剂引入体内 通过注射、口服等方法将示踪剂引入体内，示踪剂在体内根据其化学及生物学的行为特性，经生理生化、生理、病理、排泄等因素积聚浓缩于特定的靶器官和组织，形成体内的随空间和时间而分布不同的图像。 3.体外测定射线 靶器官或组织放射性释放穿透组织的射线 ，使用灵敏的放射性探测器可以很容易地在人体外表探测到它们分布的所在位置，并定量地测定其大小并转换成电信号。 4.数据处理 对采集到的基本图像信息送入电子计算机系统中，进行一系列的校正，再经处理或重建成为图像数据。 5.图像显示与储存 由计算机重建

9、而成的基本图像，再以灰阶、彩色、动态、三维层面、表面三维立体、电影、双减影成像等方式将体层面的辐射分布重现为一个精确的核医学图像，即可以获得反映放射性在脏器和组织中浓度分布及其随时间变化的图像，显示出脏器和组织的形态、位置、大小及其功能结构的变化。 核医学影像检查核医学影像检查ECT与与CT、MRI等相比，等相比，能够更早地发现和诊断某些疾病。能够更早地发现和诊断某些疾病。 核医学显像属于功能性的显像，即放射性核医学显像属于功能性的显像，即放射性核素显像。核素显像。 核医学仪器伴随着核医学这门学科的飞快核医学仪器伴随着核医学这门学科的飞快的速度向前发展。的速度向前发展。 核医学仪器与核医学本身

10、是共生的核医学仪器与核医学本身是共生的, 它渗它渗透在整个核医学治疗的过程中透在整个核医学治疗的过程中, 无论是过无论是过去单功能的测量仪还是现在综合大型检测去单功能的测量仪还是现在综合大型检测仪仪, 以及最新发展起来的各种治疗仪都推以及最新发展起来的各种治疗仪都推动核医学的发展。动核医学的发展。 一、发展简史、发展简史 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Heve

11、sy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。 1926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

12、断层扫描，并首先提出了发射式断层的技术，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”。 照相机对早期核医学发展起到过重要作用，但随着SPECT、SPECT/CT的出现，已经退 史舞台。随着计算机在核医学中应用，使核医学仪器趋向于“智能化”。现代核医学仪器的结构如按计算 匹配方式可分为两种： 一是将计算机“嵌人”在核医学仪器中

13、，控制整个仪器的运行； 另一种是将核S 器连接在一个完整的计算机系统上，按照计算机的相应程序，获得信息和分析结果。从计算机的角 核医学仪器中的有关部件是它的输入设备，即所测到的电信号必须经过接口数字化,按照计算机能接受的接受的格式组成数据才能输入计算机。 平面显像是重叠成像，存在的固有缺点: 微小的病变、深在的病变或放射性浓度改变 较小的病变，常可被其前后的放射性掩盖而难以清晰显示; 不便于对放射性分布进行精确的定量计算。 体层显像克服了这些缺点。 二、分类及应用特点二、分类及应用特点1.相机相机相机是核医学影像设备中最基本、最实用，而相机是核医学影像设备中最基本、最实用，而且最重要的一种。且

14、最重要的一种。相机，又称闪烁照相机相机，又称闪烁照相机（Scintillation Camera），是一种能对脏器中），是一种能对脏器中的放射性核素分布进行一次成像和连续动态观的放射性核素分布进行一次成像和连续动态观察的仪器。该仪器主要由四部分组成，即察的仪器。该仪器主要由四部分组成，即闪烁闪烁探头探头、电子学线路电子学线路、显示记录装置显示记录装置以及以及附加设附加设备备。 探头是探头是照相照相机的核心，其性机的核心，其性能的好坏决定了能的好坏决定了整台机器性能机整台机器性能机图像性能的好坏图像性能的好坏 准直器 针孔型 平行孔型 发散孔型 聚焦孔型 碘化钠（铊）闪烁晶体 光电倍增管（按一定

15、距阵排列的，个数按晶体的大小而定）闪烁探头包括闪烁探头包括 放大器（前置放大器和主 放大器） 单脉冲幅度高度分析器、 对信号进行存放和分批输人下一步电路的“取样保持线路” 均匀性校正线路电子线路包括电子线路包括 示波器 一步法照相机(Polaroid camera)、 35 mm定时照相机 实体放大器显示记录装置包括显示记录装置包括 随各生产厂家和型号的不同而多寡不一，使用者可根据工作开展的需要选购配置如数字记录器全身照相装置门电路装置等。 随着照相机的改进，某些原属附件的装置已纳入主 机,扩大了照相机的性能和功能。照相机的附加设备照相机的附加设备 照相机作为一种无创伤性的诊断手段，其优点主要

16、是:通过连续显像，追踪和记录放射性药物通 过某脏器的形态和功能进行动态研究;由于检查时间相对较短，方便简单,特别适合儿童和危重患者检 查;由于显像迅速，便于多体位、多部位观察;通过对图像相应的处理,可获得有助于诊断的数据或参数。 2. ECT发射式计算机断层（发射式计算机断层（Emission Computed tomography，ECT）是利用仪器探测人）是利用仪器探测人体内同位素动态分布成像，并通过计算机体内同位素动态分布成像，并通过计算机进行数据处理和断层重建，来获得脏器或进行数据处理和断层重建，来获得脏器或组织的横断面、矢状面以及冠状面的三维组织的横断面、矢状面以及冠状面的三维图像的

17、。它可以做功能、代谢方面的影像图像的。它可以做功能、代谢方面的影像观察，是由电子计算机断层（观察，是由电子计算机断层（CT）与核医）与核医学示踪原理相结合的高科技技术。学示踪原理相结合的高科技技术。 可做断层显像，定位准确; 可用来分析脏器组织的生理、代 谢变化，做脏器的功能检查。ECT的主要特点是: ECT分为两大类，一类是以发射单光子的分为两大类，一类是以发射单光子的核素为示踪剂的，即单光子发射计算机断核素为示踪剂的，即单光子发射计算机断层显像仪（层显像仪（single photon emission computed tomography，SPECT）；而）；而另一类是以发射正电子的核素

18、为示踪剂的，另一类是以发射正电子的核素为示踪剂的，即正电子发射计算机断层显像仪即正电子发射计算机断层显像仪（positron emission tomography，PET）。）。 （1）SPECT SPECT实际上就是一个探头可以围绕病人某一脏器进行实际上就是一个探头可以围绕病人某一脏器进行360旋转的旋转的相机，在旋转时每隔一定角度（通常是相机，在旋转时每隔一定角度（通常是5. 6或或6）采集一帧图片，然后经电子计算机自动处理，）采集一帧图片，然后经电子计算机自动处理，将图像叠加，并重建为该脏器的横断面、冠状面、矢状面将图像叠加，并重建为该脏器的横断面、冠状面、矢状面或任何需要的不同方位的

19、断层、切面图像。或任何需要的不同方位的断层、切面图像。 近年来为提高诊断的灵敏度、分辨率和正确性，同时缩短近年来为提高诊断的灵敏度、分辨率和正确性，同时缩短采集时间，双探头的采集时间，双探头的SPECT也相继应用于临床中。也相继应用于临床中。SPECT同时也具有一般同时也具有一般相机的功能，可以进行脏器的平相机的功能，可以进行脏器的平面和动态（功能）显像。面和动态（功能）显像。 GE公司生产的SPECT设备及结构 （1）使用的示踪剂适应面广，特异性高，放）使用的示踪剂适应面广，特异性高，放射性小，不干扰人体内环境的稳定。射性小，不干扰人体内环境的稳定。（2）时域解像精度不到千分之一秒。）时域解

20、像精度不到千分之一秒。（3）保留了）保留了照相机全部平面显像的性能照相机全部平面显像的性能（4）分层脏器功能可以观察到脏器功能动态）分层脏器功能可以观察到脏器功能动态变化，化学物质在脏器内代谢分布、血管变化，化学物质在脏器内代谢分布、血管量的变化、肿瘤免疫及受体定位等信息。量的变化、肿瘤免疫及受体定位等信息。SPECT设备的特点设备的特点 SPECT能显示脏器或病变的血流、功能和代谢的改能显示脏器或病变的血流、功能和代谢的改变，有利于疾病的早期诊断及特异性诊断，在临变，有利于疾病的早期诊断及特异性诊断，在临床当中的应用十分广泛。床当中的应用十分广泛。SPECT诊断的应用范围：诊断的应用范围：（

21、1）骨骼显像）骨骼显像 （2）心脏灌注断层显像）心脏灌注断层显像（3）甲状腺显像）甲状腺显像（4）局部脑血流断层显像）局部脑血流断层显像 （5）肾动态显像及肾图检查）肾动态显像及肾图检查（6）其它）其它SPECT显像的主要临床应用显像的主要临床应用 SPECT有两种类型： 多探头型（亦称扫描机型）多探头型SPECT的探头由多个小型的 闪烁探测器组成，排列在圆周上，检查时探头做平动和转动两种运动，适用于快速动态研究。 照相机型。照相机型 的SPECT是由高性能、大视野、多功能的7照相机和支架旋转装置、图像重建软件等组成，可进行多角度、 多方位的采集数据，每采集一幅图像后，探头旋转一个角度继续采集

22、下一幅图像，采集总角度为360。或 180,如心脏图像采集一般为180,图像采集完毕存入硬盘以备图像重建。 图像采集是保证体层图像质 量的基础，为了使图像采集精确可靠，应做好以下工作: 采集前应仔细摆好病人位置，使被检查的体层脏 器在任何方位都置于探头的视野内，最好位于视野中心; 注意采集时间:为了提高统计精度，在病人耐受 的情况下采集时间适当加长，平均总的采集时间为30分钟左右，例如脑血流体层时共采集60帧,每帧采 集时间为30秒，则总采集时间为30分钟; 还应注意对准直器的选择:一般用平行孔准直器，但由于图像数据采集时病人体表与探头之间有一定的距离，空间分辨率有一定的损失，为了补偿空间分辨

23、率损失，以 采用低能高分辨率准直器为宜。如厂家提供的技术资料中，有不同脏器体层推荐采用的准直器类型，则可 据此选用。 （2）PET PET是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先进的医是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先进的医学影像技术，它的学影像技术，它的空间分辨率明显优于空间分辨率明显优于SPECT。 PET的基本原理是利用加速器生产的的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素超短半衰期同位素，如氟如氟-18、氮、氮-13、氧、氧-15、碳、碳-17等作为示踪剂注入人体，等作为示踪剂注入人体，参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期

24、同位素是组成人体的主要元素，利用它们组成人体的主要元素，利用它们发射的正电子与体内的负发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子电子结合释放出一对伽玛光子，被探头的晶体所探测，得，被探头的晶体所探测，得到高分辨率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心到高分辨率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心脏、全身其它器官以及肿瘤组织的生理和病理的功能及代脏、全身其它器官以及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。谢情况。 PET在临床医学的应用主要集中于在临床医学的应用主要集中于神经系统、心血管系统、神经系统、心血管系统、肿瘤三肿瘤三大领域。大领域。 与SPECT比较，其特点是:所用发射正电子

25、的放射性核素 如nC、13N、150等都是人体组织的基本元素，易于标记各种生命必需的化合物及其代谢产物或类似物而不 改变它们的生物活性，且可参与人体的生理、生化代谢过程;加以这些核素的半衰期都比较短，检查时可给 予较大的剂量，从而提高图像的对比度和空间分辨率。获得反映人体生理、生化或病理及功能的图像，比 SPECT的图像更清晰、更真实。PET的图像不仅在临床上可用来反映病变组织的病理生理、异常代谢的变 化，对疾病的早期诊断、确定治疗方案、疗效监测和判断有很大的实用价值，且对探讨功能性疾病的机制和 研究生命现象具有理论上的意义。 虽然PET与SPECT的基本结构相同，都是由数据采集、数据处理、图

26、 像显示以及检查床等附件组成，但是由于采用的是发射正电子的放射性核素,电子在物质中射程短并只能 瞬间存在，不足以穿透较厚的脏器或组织,故测定正电子的基本方法是测量湮没辐射产生的光子;湮没 辐射产生的7光子与单光子有不同的特点，因而PET的探头结构与SPECT的探头结构也不完全一样。 在推广应用方面受到以下两点的制约: 由于发射正电子的放射性核素半衰期皆短，且都是由 回旋加速器生产的，故使用PET的单位附近,应有生产这些短半衰期放射性核素的医用回旋加速器; 应 有快速制备这些短半衰期核素标记放射性药物的设备和实验室。 第二节第二节 核医学成像的基本部件核医学成像的基本部件由准直器、闪烁晶体、光电

27、倍增管、由准直器、闪烁晶体、光电倍增管、前置放大器、定位电路、显示记录装前置放大器、定位电路、显示记录装置、机械支架和床组成。置、机械支架和床组成。病人体内发出的病人体内发出的射线射线准直器Na(T1)晶体光电倍增管射线射线闪烁荧光闪烁荧光光电流光电流前置放大定位电路图像处理电路显示器照相机其中将准直器、闪烁晶体、光电倍增管、前置放大器和电子矩阵电路等固定在一个支架上 ，组成探测器（探头）一、基本结构与工作原理一、基本结构与工作原理 线通过铅准直器孔道投线通过铅准直器孔道投射到晶体上，晶体产生的射到晶体上，晶体产生的闪烁荧光可以同时经光导闪烁荧光可以同时经光导传输到所有的光电倍传输到所有的光电

28、倍 增增管上，最靠近突光点的光管上，最靠近突光点的光电倍增管接收到的光子最电倍增管接收到的光子最多，输出的电脉冲幅度最多，输出的电脉冲幅度最大，离得较远者则因接收大，离得较远者则因接收的的 光子数较少，输出的光子数较少，输出的电脉冲幅度较小（如图电脉冲幅度较小（如图) )。因此晶体中发生一个闪烁因此晶体中发生一个闪烁事件就会使排列有序的光事件就会使排列有序的光电倍增管阳极输出众多的电倍增管阳极输出众多的幅度不等的电脉冲信号，幅度不等的电脉冲信号，对这些信号经过权重处理，对这些信号经过权重处理，就可以得到这一闪烁事件就可以得到这一闪烁事件的位置信号的位置信号P P 定位电路定位电路就是在每个光电

29、倍增管的输出端就是在每个光电倍增管的输出端加一个与位置有关的权重电阻或权重延迟加一个与位置有关的权重电阻或权重延迟线，将每个管输出的信号进行位置权重，线，将每个管输出的信号进行位置权重，再利用加法电路和减法电路将所有经过的再利用加法电路和减法电路将所有经过的位置权重的信号总和，利用比分电路得出位置权重的信号总和，利用比分电路得出这一事件将有的位置信号这一事件将有的位置信号P。 图为由各个光电倍增管的图为由各个光电倍增管的位置权重电阻组成的矩阵位置权重电阻组成的矩阵示意图。每一个光电倍增示意图。每一个光电倍增管都与管都与4个电阻相个电阻相 连接，连接，各电阻的阻值根据管的位各电阻的阻值根据管的位

30、置不同而异。置不同而异。以下举两个简化了的例子以下举两个简化了的例子来说明闪烁事件的位置信来说明闪烁事件的位置信号是如号是如 何形成的。一个闪何形成的。一个闪烁事件发生在晶体中心烁事件发生在晶体中心（X、Y坐标原点），对位坐标原点），对位于第于第10号光电倍增管，其号光电倍增管，其输出信号输出信号S10经过前置放大经过前置放大输入的输入的4个电阻，阻值相个电阻，阻值相同，设为同，设为20；由；由4个电阻个电阻输出的信号分别为输出的信号分别为X+、X -、Y +和和Y -,经过经过 加法、减法加法、减法和比分电路乃得到和比分电路乃得到3个新个新的信号：的信号：X = (X+ -X-)/ZY =

31、(Y+ - Y-)/ZZ=X+ +X- +Y+ +Y- X和和Y为该事件的位置信号，在为该事件的位置信号，在此例中此例中x x值和值和Y Y值皆为零值皆为零, ,据此乃据此乃可以确认事件发生在可以确认事件发生在X X、Y Y坐标原坐标原 点。点。Z Z为能量信号，等于为能量信号，等于S S10 10 x80,x80,再假设一个闪烁事件发生在晶体再假设一个闪烁事件发生在晶体x x轴最左侧，对位于第轴最左侧，对位于第8 8号光电倍号光电倍增增 管，其输出的信号管，其输出的信号S S8 8输人输人4 4个个电阻电阻,X,X轴左方电阻（轴左方电阻（X X- -) )的阻值的阻值为为40,40,右方（右

32、方（X X + + ) )为为0,Y0,Y+ +和和X X- -的的阻值皆阻值皆 为为20,20,则其位置信号和能则其位置信号和能量信号皆可求出：量信号皆可求出：Z = S8 (0 + 40 + 20 + 20) = S8 x 80X =S8(0-40)/S8 x80 = -40/80= -0.5Y =S8(20 -20)/S8 x80=0 以此类推，可知任何闪烁事件发生在晶体的某个部位，相对应的光电倍增管通过位置权重电阻矩阵就 会输出特有的位置信号和能量信号。当然实际情况要复杂得多，即每一个闪烁事件可作用于很多个光电 倍增管，每一个管都输出经过位置权重的X+、X-、Y +和Y-值，最后需由加

33、法电路将各管的输出值按X+、X-、Y +和Y-分别总和起来而给出此事件的X、Y、Z信号。这种位置权重矩阵电路被称为高精度坐标计 算装置。 探头输出的位置信号和能量信号随后进入各种电探头输出的位置信号和能量信号随后进入各种电子线路，包括：子线路，包括： 信号线性放大器信号线性放大器; 多道脉冲高度分析器多道脉冲高度分析器:选择所需要的能量信号选择所需要的能量信号; 定标电路定标电路:用以预置成像计数量用以预置成像计数量; 定时电路定时电路:预置一次或连续多帧成预置一次或连续多帧成 像时间像时间; 门电路门电路:用以生理信号触发采集和停止采集用以生理信号触发采集和停止采集; 定方位电路定方位电路:

34、不论患者体位如何，使影像总是保不论患者体位如何，使影像总是保 持正像持正像; 电源电路电源电路; 探头运动和制动电路。探头运动和制动电路。 位置信号X、Y分别传输给显示器的水平(X)和垂直（Y)偏转板，使同时输入的能量信号定位触发阴 极射线管起辉。阴极射线管逐个积累光点达一定量即形成一帧闪烁影像。 余辉显示器能够实时观察影像，但较为粗糙，常安置在探头支架上方用于患者体位监测和粗略的影像 观察。高分辨率显示器用于实时或重放时的精细观察和照相。 为永久保存影像并对影像进行复制，常用为永久保存影像并对影像进行复制，常用的仪器有：的仪器有：多幅照相机多幅照相机;Poland照相机照相机;针式打印机；针

35、式打印机； 影印机等。影印机等。 二、准直器二、准直器准直器的功能是将被拍物体中某一空间区域内，沿特定方向发射的射线投影到成像平面的相应面积元上，吸收其它方向的射线。 准直器常用钨铅合金制作，包含圆形、方形或者六角形的小孔，覆盖在整个NaI晶体表面。 准直器可以分为低能（小于150KeV）、中能（150-300KeV）和高能（300-600KeV）三种，低能准直器孔径最小，空间分辨率最高；中能次之；高能最差 准直器的作用 准直器位于探头的最前端它是由铅或铅钨合金铸成的机械装置，它的作用是把人体内四面八方分散的伽玛射线定向准直到闪烁晶体的一定部位上。这种采用准直器的方法称作机械准直，以确别于电子

36、准直。 准直器的结构 准直器是在有一定厚度的重金属屏板上制作出不同形状和数目的小孔而成的。在实际应用中大多采用铅，有时为增强其屏蔽能力，在关键部分用钨合金铸成。 (一）准直器的主要性能参数一）准直器的主要性能参数 准直器的主要参数有孔数、孔径、孔长准直器的主要参数有孔数、孔径、孔长（或称孔深）及间壁厚度，由它们决定准（或称孔深）及间壁厚度，由它们决定准直器的空间分辨率、灵直器的空间分辨率、灵 敏度和适用能量范敏度和适用能量范围等性能参数。围等性能参数。 1.准直器的空间分辨率准直器的空间分辨率 空间分辨率表征对两个邻近点源加以区别空间分辨率表征对两个邻近点源加以区别的能力，通常以准直器一个孔的

37、的能力，通常以准直器一个孔的 线源响应线源响应曲线的半峰全宽度（曲线的半峰全宽度（FWHM,简称半高宽度）简称半高宽度）作为分辨率（作为分辨率（R）的指标，越小表示空间分）的指标，越小表示空间分辨率越辨率越 好。可根据准直器及其有关的几何好。可根据准直器及其有关的几何参数求得：参数求得：dacbaRa为孔长（即准直器的厚度）；为孔长（即准直器的厚度）；b为被测物与准直器外口的距离，为被测物与准直器外口的距离，c为准直器内口与晶体的平均距离为准直器内口与晶体的平均距离d为外口直径为外口直径 dacbaR 2准直器的灵敏度准直器的灵敏度 灵敏度灵敏度(S)为配置该准直为配置该准直 器的探头实测单位

38、活度器的探头实测单位活度（如（如1 MBq)的计数率（计数的计数率（计数/S)式中式中k为所测为所测射线的丰度射线的丰度e为光电子峰探测效率为光电子峰探测效率E为准直器几何效率为准直器几何效率此公式中未考虑射线在被检物此公式中未考虑射线在被检物 体内的衰减。体内的衰减。EefS610 对平行针孔准直器而对平行针孔准直器而言：言：22)(tdakdE式中k为随孔的形态而异的常数d为外孔直径a为准直器的厚度t为孔间壁厚度可见准直孔越大，灵敏度越高;准直器越厚,灵敏度越低;孔间壁越厚，灵敏度越低。 3.适用能量范围适用能量范围 主要与孔间壁有关，厚度主要与孔间壁有关，厚度0.3 mm左右者适左右者适

39、用于低能（用于低能（350 keV)。 (1)(1)、针孔形、针孔形(2)(2)、平行孔形、平行孔形(3)(3)、扩散型、扩散型(4)(4)、会聚型、会聚型按几何形状分类 各种准直器的特点 （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）扩散型准直器 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）会聚型准直器 提高灵敏度和分辨率 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

40、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 2.按适用的按适用的射线能量共分三类射线能量共分三类: 低能低能 准直器准直器; 中能准直器中能准直器; 高能准直器。高能准直器。 3.按灵敏度和分辨率共分三类按灵敏度和分辨率共分三类: 高灵敏型高灵敏型; 高分辨型高分辨型; 通用型，即兼顾灵敏度和分辨率的一类通用型，即兼顾灵敏度和分辨率的一类 准直器。准直器。 第三节 单光子发射型计算机体层设备（SPECT） SPECT单光子发射计算机断层成像术(Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT) SPECT通常由探测器、机架、

41、床、控制台、计算机和外围设备组成影像的重建和处理是控制台和计算机的主要任务之一。显像的主要临床应用显像的主要临床应用 、骨骼显像。 、心脏灌注断层显像 、甲状腺显像 、局部脑血流断层显像 、肾动态显像及肾图检查。 一、SPECT的成像原理及类型 （一）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（reconstruction）软件，使探头能围绕躯体旋转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（transverse section）、冠状面（coronal section）和矢状面（sagittal secti

42、on）及其它斜断面的断层影像。 SPECT的基本本成像原理照相机探头的每个灵敏点探测沿一条投影线(Ray)进来的光子，其测量值代表人体在该投影线上的放射性之和。在同一条直线上的灵敏点可探测人体一个断层上的放射性药物，它们的输出称作该断层的一维投影(Projection)。图中各条投影线都垂直于探测器并互相平行，故称之为平行束，探测器的法线与X轴的交角称为观测角(View)。照相机是二维探测器，安装了平行孔准直器后，可以同时获取多个断层的平行束投影，这就是平片。平片表现不出投影线上各点的前后关系。要想知道人体在纵深方向上的结构，就需要从不同角度进行观测。 （二）类型 1.扫描机型SPECT 检查

43、时探头须知平动和旋转两种运动，探测器沿病人某一截面在不同方向上作直线扫描，将每一条线上的体内示踪剂 放出的射线总和记录下来，形成一个投影。这些直线投影的集会形成一个投影截面。每做完一次直线扫描，探测器旋转一定角度， 再扫描一次，取得另一个投影截面，如此反复，直到整个扫描结束。由计算机对取样数据进行处理并重建为体层像。这类SPECT体层速度快，适用于快速动态研究，但因价格较高，不能同时兼用于平面显像和全身显像，故在实际应用中扫描型SPECT仅占5%，趋于淘汰。 2. 相机型SPECT 相机型的SPECT是由高性能、大视野、多功能的照相机和支架旋转装置、图像重建软件等组成，可进行多角度、多方位的采

44、集数据。图像采集完毕存入硬盘以备图像重建。 相机型SPECT 有两种具体实施方法。 （1）固定型：固定型是采用结构固定式探测器。它由互成90度的4台相机组成。用多针孔准直器或旋转斜孔准直器采集不同角度的投影而进行图像重建，90度内的扫描通过旋转病订来实现。 （2）旋转型：旋转型是目前常用的方法，是用1台或2台闪烁相机，将整个探测器装在可旋转360度的框架上。 应用大视野闪烁晶体、多个光电管的相机探头围绕身体旋转360度或180度进行完全角度或有限角度取样，可以重建各种切面的符合临床要求的体层像。旋转相机型SPECT既可获取平面投影像，又可获取人体横断层面像和全身显像。一次旋转即得到多个层面的重

45、建数据，灵敏度高，速度快。近几年为了提高灵敏度和空间分辨力，加快采集速度，已有双探头和三探头的旋转相机型问世。 二、SPECT的基本组成 由探测器、机架、床、控制台、计算机和外周装置组成。 1.探测器 SPECT探测器与照相机探测器相同 2.机架 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 3.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 三、SPECT的性能特点 1.体层图像 2.衰减校正 3.空间分辨率较低 4.灵敏度比较低 5.价格便宜 第四节 正电子发射型计算机体层

46、设备（PET） 正电子发射型计算机断层扫描仪正电子发射型计算机断层扫描仪正电子发射型计算机断层显像（Positron Emission Computed Tomography），是核医学领域比较先进的临床检查影像技术。 PET是目前惟一可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型是目前惟一可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术，影像技术，现已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、现已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面。脏器功能研究和新药开发等方面。 （1）灵敏度高。）灵敏度高。 （2）特异性高。）特异

47、性高。 （3）全身显像。）全身显像。 （4）安全性好。）安全性好。 PET检查仪的原理检查仪的原理一些短寿命的物质，在衰变过程中释放出一个正电子，在一些短寿命的物质，在衰变过程中释放出一个正电子，在行进行进1到到3厘米后遇到一个电子后发生湮灭，从而产生方向基本厘米后遇到一个电子后发生湮灭，从而产生方向基本相反的一对相反的一对511KeV的能量。这些信息，通过高度灵敏的照相机的能量。这些信息，通过高度灵敏的照相机捕捉，并经计算机进行散射和随机信息的校正后，我们可以得捕捉，并经计算机进行散射和随机信息的校正后，我们可以得到在生物体内聚集情况的三维图像。到在生物体内聚集情况的三维图像。 一、正电子放

48、射性核素 正电子又称+粒子，是放射性核素在衰变过程中发射出来的带正电荷的电子，其质量与带负电荷的电子相同。发射正电子的放射性核素几乎都是人工生产的放射性核素，自然界中的天然放射性核素一般不会发射正电子。正电子在物质中经过极短距离的运行后，与临近的负电子结合而消失，从而转化成一对方向相反、能量各为0. 511MeV的y光子，通常将这一过程称为湮没辐射，这也是当今进行PET成像的基础。 目前医用正电子核素主要是由回旋加速器生产。用加速的质子或zH轰击相应的稳定性原子而获得，如应用稳定的元素18O可以制备目前常用的正电子放射性核素18F，其物理半衰期为109min，应用18F标记的脱氧葡萄糖(18F

49、 - FDG)又是用PET诊断肿瘤最常用的显像药物或显像剂。 除了18F外，回旋加速器生产的PET显像用正电子核素还有13N，11C和150等，这些核素的物理半衰期都非常矩，其中150仅122s，13N为lOmin，11C为20. 3min。由于这些核素的半衰期太短，不便于长途运输，故一般都在医院内生产。其他目前应用比较少的正电子核素还有62 Cu，64CL1，68 Ga，124I等，有些可通过发生器生产制备。 二、PET探测原理 PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素，如氟-18、氮-13、氧-15、碳-17等作为示踪剂注入人体，参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是

50、组成人体的主要元素， 利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子，被探头的晶体所探测，得到高分辨率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心脏、全身其它器官以及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。 1.符合电路 仅有电子准直还不能确定闪烁事件的空间位置。少林湮没辐射的两个光子是空间某点上同时产生的闪烁事件，必须把它们同时测定下来才能确定事件发生的空间位置。探测同时发生的信号采用符合探测技术。符合线路与单道分析器中应用的符合线路相反，前者是两个闪烁事件同时进入则被探测，不同时进入的闪烁事件则被剔出，后者则刚好把同时进入的闪烁事件剔出于门外。 2.随机符合 除真实符合外，短于分辨时间