第十章：核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備課件

1、第十章第十章核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備醫(yī)技學(xué)院影像教研室醫(yī)技學(xué)院影像教研室 王志濤王志濤第一節(jié)第一節(jié) 概述概述分類分類核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備大致可分為兩類：照相機(jī)以及ECT。ECT全稱放射性核素計(jì)算機(jī)體層成像（RCT），按放射源不同又可分為SPECT和PET。歷史歷史1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾在研究鈾礦時(shí)發(fā)現(xiàn)，鈾礦能使包在黑紙內(nèi)的感光膠片感光，這是人類第一次認(rèn)識(shí)到放射現(xiàn)象，也是后來(lái)人們建立放射自顯影的基礎(chǔ)。1898年，馬麗居里與她的丈夫皮埃爾居里共同發(fā)現(xiàn)了鐳，此后又發(fā)現(xiàn)了钚和釷等許多天然放射性元素。1923年，物理化學(xué)家Hevesy應(yīng)用天然的放射性同位素鉛-212研究植物不同部分的鉛含量，后來(lái)

2、又應(yīng)用磷-32研究磷在活體的代謝途徑等，并首先提出了“示蹤技術(shù)”的概念。1 9 2 6 年 ， 美 國(guó) 波 士 頓 內(nèi) 科 醫(yī) 師 布 盧 姆 加 特（Blumgart）等首先應(yīng)用放射性氡研究人體動(dòng)、靜脈血管床之間的循環(huán)時(shí)間，在人體內(nèi)第一次應(yīng)用了示蹤技術(shù)。1951年，美國(guó)加州大學(xué)的卡森（Cassen）研制出第一臺(tái)掃描機(jī)，通過(guò)逐點(diǎn)打印獲得器官的放射性分布圖像，促進(jìn)了顯像的發(fā)展。1957年，安格（Hal O. Anger）研制出第一臺(tái)照相機(jī)，稱安格照相機(jī)，使得核醫(yī)學(xué)的顯像由單純的靜態(tài)步入動(dòng)態(tài)階段，并于60年代初應(yīng)用于臨床。1959年，他又研制了雙探頭的掃描機(jī)進(jìn)行斷層掃描，并首先提出了發(fā)射式斷層的技

3、術(shù)，從而為日后發(fā)射式計(jì)算機(jī)斷層掃描機(jī)ECT的研制奠定了基礎(chǔ)。1972年，庫(kù)赫博士應(yīng)用三維顯示法和18F-脫氧葡萄糖（18F-FDG）測(cè)定了腦局部葡萄糖的利用率，打開(kāi)了18F-FDG檢查的大門(mén)。他的發(fā)明成為了正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像（PET）和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像（SPECT）的基礎(chǔ)，人們稱庫(kù)赫博士為“發(fā)射斷層之父”。放射性核素與放射性藥物放射性核素與放射性藥物ECT用放射性核素必須通過(guò)注射，口服，吸入等方式引入人體，所以ECT臨床所用放射性藥物有如下要求：1.應(yīng)能產(chǎn)生中等能量射線，并盡量不產(chǎn)生或少產(chǎn)生其它射線。2.具有合適的物理半衰期3.具有合適的化學(xué)價(jià)態(tài)和較強(qiáng)的化學(xué)活性。4.對(duì)人體無(wú)毒無(wú)

4、害核醫(yī)學(xué)顯像的特點(diǎn)核醫(yī)學(xué)顯像的特點(diǎn)1.圖像信息多元化集臟器解剖、形態(tài)、功能、代謝等信息為一體的功能代謝顯像。2.早期診斷價(jià)值能在器官僅僅只是功能異常改變階段就能反映出來(lái)。3.定位、定性、定量和定期診斷4.細(xì)胞和分子水平顯示能夠觀察和分析腦、心肌、腫瘤等組織功能代謝；在活體內(nèi)以特定分子或生物大分子為靶目標(biāo)完成分子成像。5.無(wú)創(chuàng)性檢查方法 以臟器內(nèi)外或臟器內(nèi)各部分之間的放射性核素濃以臟器內(nèi)外或臟器內(nèi)各部分之間的放射性核素濃度差別為基礎(chǔ)，顯示靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖像度差別為基礎(chǔ)，顯示靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖像 多種動(dòng)態(tài)成像方式多種動(dòng)態(tài)成像方式 放射性核素具有向臟器或病變組織的特異性聚集放射性核素具有向臟器或病變組織的特異

5、性聚集總之，既可以進(jìn)行解剖成像，又可以提供有關(guān)臟器總之，既可以進(jìn)行解剖成像，又可以提供有關(guān)臟器與病變的功能和分子水平的信息與病變的功能和分子水平的信息第二節(jié)第二節(jié) 照相照相機(jī)機(jī)照相機(jī)也稱為閃爍照相機(jī)，是診斷腫瘤及循環(huán)系統(tǒng)疾病的重要設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：可進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究檢查時(shí)間短，適合兒童和危重病患顯像迅速，便于多體位，多部位觀察對(duì)圖像處理，獲得有助于診斷的數(shù)據(jù)和參數(shù)基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)探測(cè)器信號(hào)通道顯示記錄裝置機(jī)械支架床探測(cè)器結(jié)構(gòu)探測(cè)器結(jié)構(gòu)1.準(zhǔn)直器：讓一定視野范圍內(nèi)及一定角度方向上的射線通過(guò)準(zhǔn)直器小孔進(jìn)入閃爍晶體，視野外的射線屏蔽。2.主要性能參數(shù)（1）空間分辨力：對(duì)兩個(gè)臨近點(diǎn)源加以區(qū)別的能力。通常為準(zhǔn)直器一

6、個(gè)孔的半高寬度（2）靈敏度：配該準(zhǔn)直器的探測(cè)器實(shí)測(cè)單位活度的計(jì)算率（3）使用能量范圍：與孔間壁有關(guān)，厚度0.3mm為低能（150keV）；1.5mm為中能（150-350keV）；2.0mm為高能（350keV）3.類型按結(jié)構(gòu)形態(tài)可分為：?jiǎn)吾樋仔?、多針孔型、多孔聚焦型、多孔發(fā)散型、平行孔型、平行斜孔型等（1）平行孔型準(zhǔn)直器空間分辨力隨距離增加而變差靈敏度隨距離增加變化不太圖像大小與靶器官和準(zhǔn)直器之間的距離無(wú)關(guān)分為低能通用型、低能高分辨率、低能高靈敏度（2）發(fā)散型準(zhǔn)直器擴(kuò)大了有效視野10%-20%靈敏度和分辨率較平行孔差，隨放射源與準(zhǔn)直器距離的增加而變壞易產(chǎn)生圖像畸變（3）聚集型準(zhǔn)直器提高靈敏度

7、和分辨率易出現(xiàn)圖像畸變適用于總計(jì)數(shù)時(shí)間受限的動(dòng)態(tài)研究（4）針孔型準(zhǔn)直器與小孔成像原理一樣，像與實(shí)物的方向相反成像大小與距離成反比，距離越近，成像越大閃爍晶體閃爍晶體閃爍晶體是能在高能粒子或光子作用下發(fā)射短暫熒光的物體。 光子進(jìn)入閃爍晶體與其相互作用產(chǎn)生的次級(jí)電子使閃爍晶體的原子或分子電離或激發(fā)，它們復(fù)合或退激時(shí)即發(fā)射熒光，故又稱為熒光體。閃爍晶體一般為無(wú)機(jī)晶體，常用的除碘化鈉外，還有鍺酸鉍（Bi4Ge3O12，BGO)、镥-氧-正硅酸鹽(LSO）和氟化銫（CsF)等。NaI是無(wú)色透明晶體，滲入少量（0.1%0.5%)激活物質(zhì)鉈后其發(fā)光效率提高近1倍。它廣泛用于測(cè)量射線。緊靠準(zhǔn)直器，將射線轉(zhuǎn)化為

8、熒光晶體為碘化鈉晶體NaI(T1)，晶體在探頭中起波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的作用普通放射性核素產(chǎn)生的伽瑪射線為高能量，短波長(zhǎng)的光子，它不能直接被晶體后面的光電倍增管(PMT)接受，必須把它轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)與可見(jiàn)光一樣的光子才能被PMT接受（10-19nm 400nm左右)。晶體的形狀可以是方形、矩形和圓形， 圓形用得最多。晶體的主要規(guī)格是它的大小和厚度。 矩形和方形晶體則以邊長(zhǎng)表示。目前大面積的晶體面積可達(dá)600400mm2。晶體厚度用毫米表示(傳統(tǒng)用英寸)。光導(dǎo)光導(dǎo)位于閃爍晶體和光電倍增管陣列之間的薄層郵寄玻璃片或光學(xué)玻璃片把光電倍增管通過(guò)光耦合計(jì)與閃爍晶體耦合把閃爍晶體受射線照射后產(chǎn)生的閃爍光有效地傳送至光電

9、倍增管得光電陰極上光電倍增管光電倍增管呈蜂窩狀排列成陣列狀 圓形探測(cè)器PMT數(shù)量為37-91個(gè)，方形或矩形探測(cè)器PMT一般為55-96個(gè)。PMT有圓形和六角形，六角形優(yōu)點(diǎn)：去除光導(dǎo)，直接與晶體緊密相貼，消除探測(cè)間隙，提高靈敏度和空間分辨力主要電路主要電路主要由位置信號(hào)通道和能量信號(hào)通道。能量信號(hào)通道：脈沖總和電路、脈沖高度分析器、自動(dòng)曝光電路，生理標(biāo)記電路等（一）位置計(jì)算電路由定位電路和位置信號(hào)通道完成定位電路作用：將光電倍增輸出的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成為確定晶體閃爍點(diǎn)位置的X、Y信號(hào)和確定入射射線強(qiáng)度的信號(hào)兩種類型一加權(quán)電阻矩陣網(wǎng)絡(luò)型（Anger型）延遲線時(shí)間轉(zhuǎn)換型（二）能量信號(hào)電路通過(guò)前置放大器

10、和主線性放大器把電信號(hào)整形和放大1.前置放大器：對(duì)探測(cè)器信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大2.主線性放大器：將前置放大器輸出的電脈沖信號(hào)成比例地進(jìn)行放大并濾波整形（三）脈沖幅度分析器有選擇性地記錄從晶體和光電倍增管輸送來(lái)的電脈沖信號(hào)。 排除本底及其他干擾信號(hào)。單道脈沖高度分析器：選擇具有一定能量范圍的射線進(jìn)行測(cè)量，測(cè)定射線能量分布（能譜）多道脈沖高度分析器：測(cè)定能譜方面，效率和精度比單道要高特殊類型的特殊類型的 照相機(jī)照相機(jī)全身顯像照相機(jī)便攜式照相機(jī)第三節(jié)第三節(jié) 單光子發(fā)射型計(jì)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層設(shè)備算機(jī)體層設(shè)備成像原理成像原理是一臺(tái)高性能的照相機(jī)的基礎(chǔ)上增加了支架旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部分、斷層床和圖像重建軟件，使探頭能

11、圍繞軀體旋轉(zhuǎn)360o或180o，從多角度、多方位采集一系列平面投影像。通過(guò)圖像重建和處理，可獲得橫斷面、冠狀面和矢狀面及其它斜斷面的斷層影像。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)由探測(cè)器、機(jī)架、床、控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)和外周裝置組成。探測(cè)器探測(cè)器SPECT探測(cè)器與照相機(jī)探測(cè)器相同機(jī)架和床機(jī)架和床機(jī)械運(yùn)動(dòng)組件機(jī)架運(yùn)動(dòng)控制電路電源保障系統(tǒng)機(jī)架操縱器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯示器功能：1.根據(jù)指令，完成不同采集條件所需的各種運(yùn)動(dòng)功能；2.把探測(cè)器輸出的位置信號(hào)、角度信號(hào)等通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳給計(jì)算機(jī)，并接受計(jì)算機(jī)指令進(jìn)行各種動(dòng)作；3.保障整個(gè)系統(tǒng)的供電。運(yùn)動(dòng)形式1.整體機(jī)架直線運(yùn)動(dòng)：適用于全身掃描2.探測(cè)器、懸臂以支架機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸為圓心做順時(shí)針或逆時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng)。適用于體層采集。3.探測(cè)器及其懸臂沿圓周運(yùn)動(dòng)半徑做向心或離心運(yùn)動(dòng)。4.探測(cè)器沿自身中軸做順時(shí)針或逆時(shí)針傾斜或直立運(yùn)動(dòng)。適用于靜態(tài)或動(dòng)態(tài)顯像時(shí)特殊體位的數(shù)據(jù)采集。機(jī)架控制方式手動(dòng)控制：1.數(shù)據(jù)采集前，探測(cè)器定位2.掃描前，探測(cè)器數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)自動(dòng)運(yùn)行：計(jì)算機(jī)及外圍裝置計(jì)算機(jī)及外圍裝置計(jì)算機(jī)：微型機(jī)、小型機(jī)、單功能多處理器等外圍裝置：磁帶機(jī)、可讀寫(xiě)光盤(pán)、高精度的黑白或彩色顯示器、生理信號(hào)檢測(cè)輸出設(shè)備SPECTSPE