核醫(yī)學(xué)-2011物理師幻燈ppt課件

1、核醫(yī)學(xué)儀器核醫(yī)學(xué)儀器正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描 Positron Emission Tomography，) 利用正電子核素標(biāo)志或合成相應(yīng)的顯像劑，引入機(jī)體后定位靶器官。然后利用符合探測(cè)技術(shù)來(lái)探測(cè)正電子湮滅輻射光子，從而獲得機(jī)體正電子核素的斷層分布圖。 1953年Dr. Brownell和Dr. Sweet就已研制了用于腦正電子顯像的PET顯像儀 60年代末出現(xiàn)了第一代PET掃描儀，可進(jìn)展斷層面顯像.1976年由Dr. Phelps和Dr. Hoffman設(shè)計(jì)，由ORTEC公司組裝消費(fèi)了第一臺(tái)用于臨床的商品化的PET 90年代中期PET系統(tǒng)已日趨成熟，許多新技術(shù)用于PET

2、產(chǎn)品，如：采用了BGO和LSO晶體的探測(cè)器、援用了數(shù)字化正電子符合技術(shù)、切割晶體的探測(cè)器模塊等，使PET系統(tǒng)的分辨率大大提高。已成為重要的影像學(xué)診斷工具PET與傳統(tǒng)核醫(yī)學(xué)顯像的關(guān)系 屬于核醫(yī)學(xué)儀器，均采用了放射性示蹤的原理，采用了閃爍型探測(cè)器，其原理與其他核醫(yī)學(xué)顯像類(lèi)似。一樣不同1.運(yùn)用了正電子核素2.采用了符合探測(cè)的方式PET SPECT 照相機(jī)18Fb+ b-正電子的湮沒(méi)輻射11C、13N、15O、18F等通常正電子等通常正電子衰變都發(fā)生于人工放射性核素。正電子放射性衰變都發(fā)生于人工放射性核素。正電子放射性核素通常為富質(zhì)子的核素核素通常為富質(zhì)子的核素,它們衰變時(shí)會(huì)發(fā)射正它們衰變時(shí)會(huì)發(fā)射正電

3、子。原子核中的質(zhì)子釋放正電子和中微子并電子。原子核中的質(zhì)子釋放正電子和中微子并衰變?yōu)橹凶?。衰變?yōu)橹凶?。正電子湮沒(méi)前在人體組織內(nèi)行進(jìn)1-2mm，壽命只需10-20ns。與周?chē)镔|(zhì)中的電子相互作用，發(fā)生湮沒(méi)輻射，發(fā)射出方向相反、能量相等的兩個(gè)511keV光子t?計(jì)數(shù)能能窗窗能能窗窗放放大大放放大大511keV？511keV？計(jì)數(shù)符合窗符合事件的種類(lèi)單光子(singles)真符合(true coincidence)隨機(jī)符合(random coincidence)散射符合(scatter coincidence)教材P-29 圖2-10 5.打印設(shè)備打印設(shè)備 4.操作任務(wù)站及分析任務(wù)站操作任務(wù)站及分析

4、任務(wù)站 3.電子柜電子柜 2.掃描床掃描床1.機(jī)架機(jī)架探測(cè)器環(huán)探測(cè)器環(huán)棒源棒源pin source射線(xiàn)屏蔽安裝包括環(huán)外隔板和環(huán)間隔板射線(xiàn)屏蔽安裝包括環(huán)外隔板和環(huán)間隔板事件探測(cè)系統(tǒng)事件探測(cè)系統(tǒng)the event detection system符合線(xiàn)路符合線(xiàn)路the coincidence circuitry激光定位器等組成。激光定位器等組成。主要功能為數(shù)據(jù)采集。主要功能為數(shù)據(jù)采集。56 Cassettes Assembled to Form Detector Ring 碘化鈉晶體(NaI(Tl) 鍺酸鉍晶體(bismuth germinate, BGO) 硅酸镥(lutetium oxyort

5、hosillicate, LSO) 硅酸釓(gadolinium orthosillicate, GSO ) 硅酸釔(yttrium oxyorthosillicate, YSO高能正電子成像的閃爍晶體高能正電子成像的閃爍晶體晶體類(lèi)晶體類(lèi)型型密度密度g/cmg/cm3 3Z Zeffeff衰減距離衰減距離（mmmm）光電效應(yīng)光電效應(yīng)率（率（% %）光輸出量光輸出量ph/Mevph/Mev余暉時(shí)余暉時(shí)間（間（ns)ns)折射折射指數(shù)指數(shù)BGOBGO7.17.1757510.410.44040900090003003002.152.15LSOLSO7.47.4666611.411.43232300

6、003000040401.821.82GSOGSO6.76.7595914.114.125258000800060601.851.85NaI(Tl)NaI(Tl)3.673.67515129.129.1171741000410002302301.851.85PET常用各種晶體的性能目的教材 P-30 表2-1NaI晶體：優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢(qián)廉價(jià)，能量分辨率高。缺陷是密度小，不利于高能射線(xiàn)采集。BGO晶體：優(yōu)點(diǎn)晶體密度大、探測(cè)效率高、穩(wěn)定性好。缺陷是余暉時(shí)間長(zhǎng)，不利于3D采集。LSO或GSO余暉時(shí)間短，適宜3D采集，可明顯提高采集速度。 常用閃爍晶體的優(yōu)缺陷比較常用閃爍晶體的優(yōu)缺陷比較發(fā)射掃描(emiss

7、ion scan) 2D采集和3D采集: 靜態(tài)采集和動(dòng)態(tài)采集 門(mén)控采集 部分采集和全身采集透射掃描(transmission scan) 68Ge棒源掃描 CT掃描PETPET顯像的采集方式顯像的采集方式與3D采集相比較，2D采集由于隔柵的存在使隨機(jī)符合和散射符合的計(jì)數(shù)較小，圖像信噪比高，軸向視野的均勻度較好，這樣圖像校正和重建較為簡(jiǎn)單，定量準(zhǔn)確；但缺陷是靈敏度低，采集時(shí)間長(zhǎng)。2D2D采集和采集和3D3D采集采集空間分辨率2空間線(xiàn)性4均勻性3 1平面源靈敏度3 3SPECT的質(zhì)量控制和性能評(píng)價(jià)的質(zhì)量控制和性能評(píng)價(jià)最大計(jì)數(shù)率5固有能量分辨率7其他：斷層均勻性、空間分辨率、斷層厚度、斷層靈敏度等

8、9多窗空間位置重合性3 6旋轉(zhuǎn)中心3 8顯像系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)109 4.歸一化校準(zhǔn)歸一化校準(zhǔn)normalization calibration5.井型計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)井型計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)well counter calibration 3.光電倍增管增益調(diào)理光電倍增管增益調(diào)理PMT Single Update gain adjustment 2.符合計(jì)時(shí)校準(zhǔn)符合計(jì)時(shí)校準(zhǔn)coincidence Timing calibration 1.空掃空掃blank scan的質(zhì)量控制評(píng)價(jià)規(guī)范評(píng)價(jià)規(guī)范美國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)National Electric Manufacturers Association，NENA于199

9、4年制定了PET性能評(píng)價(jià)規(guī)范及測(cè)試方法NEMA NU 2-1994，2019年對(duì)其進(jìn)展了更新，更新后版本為NEMA NU 2-2019。國(guó)際電工委員會(huì)International Electronic Committee，IEC于2019年制定了IEC61675-1 PET性能評(píng)價(jià)規(guī)范，此外，日本、澳大利亞、新西蘭等國(guó)家也制定了相應(yīng)的規(guī)范。我國(guó)2019年公布了第一部分：正電子發(fā)射斷層成像安裝GB/T18988.1-2019/IEC61675-1：2019。 PET的性能評(píng)價(jià)需求運(yùn)用規(guī)范模型進(jìn)展測(cè)試，測(cè)定結(jié)果與運(yùn)用的模型有關(guān)，運(yùn)用的模型不同，結(jié)果也有差別。目前，國(guó)際上多采用NEMA規(guī)范。PET性能

10、參數(shù)測(cè)試主要包括空間分辨率、靈敏度、探測(cè)器效率、噪聲等效計(jì)數(shù)率、時(shí)間和能量分辨率等。PET的性能評(píng)價(jià)的性能評(píng)價(jià)PET/CTPET/CTCT數(shù)據(jù)可用于數(shù)據(jù)可用于PET圖像的透射衰減校正圖像的透射衰減校正顯像檢查時(shí)間大大減少。顯像檢查時(shí)間大大減少。同時(shí)獲得全身同時(shí)獲得全身PET、CT及及PET/CT圖像。圖像。實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了PET功能與功能與CT形狀圖形狀圖像同機(jī)交融像同機(jī)交融舉例：衛(wèi)星云圖與地圖舉例：衛(wèi)星云圖與地圖一一PET/CT的構(gòu)造及功能的構(gòu)造及功能 由PET和多排螺旋CT組合而成同一個(gè)機(jī)架內(nèi)有PET探測(cè)器、CT探測(cè)器和X線(xiàn)球管共用同一個(gè)掃描床、圖像采集和圖像處置任務(wù)站可以采用X線(xiàn)CT圖像對(duì)P

11、ET圖像進(jìn)展衰減校正PET/CT是一個(gè)全新的系統(tǒng)PET影像功能CT影像形狀一體化的機(jī)架系統(tǒng)一體化的機(jī)架系統(tǒng)一體化的檢查床一體化的檢查床一體化的操作任務(wù)站系統(tǒng)一體化的操作任務(wù)站系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單的不是簡(jiǎn)單的“PET+CTPET/CT圖CT掃描掃描&PET掃描掃描PET采集，發(fā)射掃描與前面所述的PET圖像采集一樣采用棒源進(jìn)展的透射掃描可由X線(xiàn)CT掃描替代CT掃描：通常先進(jìn)展掃描：通常先進(jìn)展CT掃描掃描CT掃描的目的：衰減校正、解剖定位、CT診斷僅用于衰減校正和解剖定位，可采用低毫安/秒設(shè)置， 減少病人輻射劑量用于CT診斷，建議采用規(guī)范毫安/秒設(shè)置，以?xún)?yōu)化CT 掃描的空間分辨率調(diào)理球管的電流將病人

12、遭到的輻射劑量最小化。二二PET/CT的圖像采集的圖像采集PET/CT包括PET和CT該當(dāng)分別對(duì)PET和CT進(jìn)展性能評(píng)價(jià)，再對(duì)PET/CT整體進(jìn)展性能評(píng)。PET的性能評(píng)價(jià)如前所述。CT性能測(cè)試按我國(guó)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)視局與國(guó)家衛(wèi)生部于2019年12月7 日公布的GB/ T17589-2019進(jìn)展。檢測(cè)工程共有9項(xiàng)，包括定位光精度、層厚偏 差、CT值、噪聲、均勻性、高對(duì)比分辨率、低對(duì)比分辨率、CT劑量指 數(shù)、診斷床定位精度。PET/CT整機(jī)的性能測(cè)試主要是采用PET圖像與CT圖像進(jìn)展交融精度 評(píng)價(jià)。目前，尚無(wú)權(quán)威機(jī)構(gòu)制定的規(guī)范測(cè)試方法。 三三PET/CT的性能評(píng)價(jià)的性能評(píng)價(jià)三、圖像交融技術(shù)三、圖像交

13、融技術(shù)將解剖形狀圖像和功能代謝圖像交融為一體圖像交融是將不同的醫(yī)學(xué)影像或同一類(lèi)型的醫(yī)學(xué)影像 采用不同方法獲得的圖像進(jìn)展空間匹配或迭合使兩個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)集交融到一幅圖像上PET/CT交融圖像PET圖像CT圖像一、半導(dǎo)體探測(cè)器與一、半導(dǎo)體探測(cè)器與SPECT一半導(dǎo)體探測(cè)器一半導(dǎo)體探測(cè)器碲鋅鎘碲鋅鎘Cadmium-Zinc-TellurideCadmium-Zinc-Telluride，CZTCZT: :最新研制的半導(dǎo)體探測(cè)器最新研制的半導(dǎo)體探測(cè)器探測(cè)效率高、能量分辨率好探測(cè)效率高、能量分辨率好CZTCZT探測(cè)器可以直接將探測(cè)器可以直接將 射線(xiàn)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)射線(xiàn)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)探測(cè)原理：探測(cè)原理：射線(xiàn)和射

14、線(xiàn)和CZTCZT晶體作用時(shí)晶體作用時(shí)晶體內(nèi)部產(chǎn)生帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的空穴對(duì)晶體內(nèi)部產(chǎn)生帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的空穴對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴對(duì)的數(shù)量和入射光子的量成正比產(chǎn)生的電子和空穴對(duì)的數(shù)量和入射光子的量成正比電子和空穴向不同的電極運(yùn)動(dòng)構(gòu)成電荷脈沖電子和空穴向不同的電極運(yùn)動(dòng)構(gòu)成電荷脈沖經(jīng)過(guò)前放大變成電壓脈沖經(jīng)過(guò)前放大變成電壓脈沖經(jīng)過(guò)再放大，由后續(xù)電子學(xué)線(xiàn)路處置進(jìn)展圖像重建經(jīng)過(guò)再放大，由后續(xù)電子學(xué)線(xiàn)路處置進(jìn)展圖像重建核醫(yī)學(xué)儀器研討進(jìn)展核醫(yī)學(xué)儀器研討進(jìn)展二心臟公用二心臟公用SPECTSPECT探頭是采用半環(huán)狀探頭是采用半環(huán)狀180180陳列的陳列的CZTCZT半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器心肌斷層顯像

15、時(shí)，探頭無(wú)需旋轉(zhuǎn)，防止了運(yùn)動(dòng)偽影，提高了儀器的性能心肌斷層顯像時(shí)，探頭無(wú)需旋轉(zhuǎn)，防止了運(yùn)動(dòng)偽影，提高了儀器的性能空間分辨率明顯提高：空間分辨率明顯提高： 固有空間分辨率由固有空間分辨率由4 48mm8mm提高到提高到2.46mm2.46mm； 能量分辨率由能量分辨率由9.59.51212提高到提高到6.26.2。心臟公用SPECTCZT半導(dǎo)體探測(cè)器的心臟公用SPECT/CT三心臟公用三心臟公用SPECT/CTSPECT/CT實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了SPECTSPECT功能代謝影像與功能代謝影像與CTCT解剖形狀學(xué)影像的同機(jī)交融解剖形狀學(xué)影像的同機(jī)交融是兩種醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的有機(jī)整合是兩種醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的有機(jī)整合

16、乳腺公用顯像儀四乳腺公用四乳腺公用顯像儀顯像儀探頭是采用兩個(gè)互成探頭是采用兩個(gè)互成180180的平板的平板CZTCZT半導(dǎo)體探測(cè)器構(gòu)成半導(dǎo)體探測(cè)器構(gòu)成采用采用99mTc-MIBI99mTc-MIBI等為顯像劑，對(duì)乳腺進(jìn)展顯像檢查等為顯像劑，對(duì)乳腺進(jìn)展顯像檢查1.PET探測(cè)器：探測(cè)器：NaI(Tl)，BGO ，LSO，GSO，半導(dǎo)體探測(cè)器等，半導(dǎo)體探測(cè)器等 2.飛行時(shí)間技術(shù)飛行時(shí)間技術(shù)time of flight，TOF3.晶體深度效應(yīng)校正技術(shù)晶體深度效應(yīng)校正技術(shù)4. CT：2排、4排、8排、16排、64排PET/CT二、二、PET/CT及及PET/MRI技術(shù)的進(jìn)展技術(shù)的進(jìn)展PET/MRI2.

17、PET/MRI一體機(jī)，真正意義上的一體機(jī)，真正意義上的PET/MRI。 PET/MRI一體機(jī)的研發(fā)需求設(shè)計(jì)一種既能在磁場(chǎng)一體機(jī)的研發(fā)需求設(shè)計(jì)一種既能在磁場(chǎng) 中正常任務(wù)，又不影響中正常任務(wù)，又不影響MR成像，還要能接受射頻成像，還要能接受射頻 場(chǎng)影響的場(chǎng)影響的PET探測(cè)模塊。探測(cè)模塊。1. PET和和MRI分開(kāi)置于兩邊，中間共分開(kāi)置于兩邊，中間共用一個(gè)掃描床，分別掃描用一個(gè)掃描床，分別掃描PET和和MRI后進(jìn)展圖像交融后進(jìn)展圖像交融PET和和MRI兩種組合方式兩種組合方式PET/MRI基于核醫(yī)學(xué)臨床診斷技術(shù)開(kāi)展起來(lái)的基于核醫(yī)學(xué)臨床診斷技術(shù)開(kāi)展起來(lái)的專(zhuān)門(mén)用于小動(dòng)物的斷層顯像安裝專(zhuān)門(mén)用于小動(dòng)物的斷層顯像安裝小動(dòng)物小動(dòng)物PETPETMicro-PETMicro-PET 小動(dòng)物小動(dòng)物SPECTSPECTMicro-SPECTMicro-SPECT雙功能顯像儀器：雙功能顯像儀器： Micro