醫(yī)學影像儀器課件

1、核醫(yī)學成像設備（-） 張劍戈Z生物醫(yī)學工程講義內容提要概論物理基礎照相機概論利用射線作為探測手段，通過臟器內外或臟器內的正常與病變組織之間的放射性濃度差別揭示人體的代謝和功能信息。先讓人體接受某種放射性藥物，這些藥物聚集在人體某個臟器中或參與體內某種代謝過程對臟器組織中的放射性核素的濃度分布和代謝進行成像核醫(yī)學影像不僅能得到人體臟器的解剖圖像，還可得到生理、生化、病理過程等功能圖像。設備的歷史和分類核醫(yī)學的起源可以追溯到20世紀初，1948年Ansell和Rotblat研制出了逐點掃描的核醫(yī)學成像裝置，并用于甲狀腺的測量。Anger在50年代研制出了商業(yè)化的相機。70年代Kuhl等人完成了SP

2、ECT的商業(yè)化。PET的思想在1951年由Wrenn等人提出，60年代末期出現(xiàn)臨床應用的設備。核醫(yī)學成像設備的分類照相機亦稱閃爍照相機，是對體內臟器中的放射性核素分布進行一次成像，并可進行動態(tài)觀察的核醫(yī)學儀器。發(fā)射型計算機斷層(emission computed tomography, ECT) 是在體外從不同角度來采集體內某臟器放射性分布的二維影像，而后經(jīng)計算機數(shù)據(jù)處理重建，并顯示出三維圖像。可以分為SPECT和PETPET是目前成像最為精確的核醫(yī)學設備。核醫(yī)學成像的特點診斷依據(jù)是人體內的放射性強度分布 可以探測生理參數(shù)，進行癌癥的早期診斷 缺點是空間分辨率不夠，不能精確地確定病灶的解剖位置

3、物理基礎 核素是由一定數(shù)量的質子和中子構成的束縛態(tài)體系，對應于一定的原子核能態(tài)。 放射性核素的衰變方式有：衰變（射線）、衰變（正電子和電子）和衰變（射線）等。放射性現(xiàn)象是由原子核內部的變化引起的，與核外電子的狀態(tài)無關，對放射性核素加溫、加壓或者加磁場都不能抑制或明顯改變射線的發(fā)射。常用半衰期T1/2描述放射性核素的衰變 放射性藥物的生產(chǎn)核醫(yī)學成像過程中使用的放射性核素均為人工制造，加速器、核反應堆及核素產(chǎn)生器是常見的三種生產(chǎn)放射性核素的途徑。將穩(wěn)定核素的材料放置在核反應堆的堆芯附近照射。照射時間根據(jù)半衰期大小設定，取出照射后的材料，用化學分離的方法分出相關核素。用于生產(chǎn)出半衰期比較長的放射性核

4、素?；匦铀倨?利用磁場使運動中的帶電離子回轉，并利用電極間交錯變換的正負電場，使離子在回轉過程中不斷地獲得能量。用激發(fā)電離氣體的方式形成離子源離子經(jīng)一偏壓電壓吸引進入加速器內部的真空腔 帶電離子受到磁場的磁力作用，開始旋轉外加在加速腔上的交變電極間產(chǎn)生垂直于B，以頻率=/2變化的強電場 醫(yī)用回旋加速器把兩個呈字母D形的盒子相對放置，就可得到交變的加速電場。理想的放射性藥物應該低輻射劑量安全方便價格合理放射性藥物在人體內病灶的位置上吸附比例應大于正常組織。射線與物質的相互作用射線與物質原子中的束縛電子發(fā)生作用時, 把全部能量傳遞給某個束縛電子, 使其脫離原子發(fā)射出去而光子本身則消失, 這種作用

5、過程叫做光電效應，而發(fā)射出來的電子稱為光電子。入射光子與原子核外電子發(fā)生非彈性碰撞，光子的一部分能量轉移給電子，使其反沖出來，同時散射光子的能量和運動方向發(fā)生改變，該作用過程被稱為康普頓散射。光子在靶物質原子的原子核庫侖場作用下，光子轉化為一對正負電子。 這種作用過程叫做電子對產(chǎn)生。 射線通過物質時, 是強度逐漸減弱的過程，而能量保持不變，故射線無射程可言。 光電倍增管 光電倍增管由光陰極、倍增極和陽極組成，這些電極被封裝在真空的玻璃管中。閃爍光子作用在光陰極上時由于光電效應可產(chǎn)生出電子 電子倍增是通過一系列倍增極所構成的倍增系統(tǒng)完成 從陽極上得到的電子流與入射到光電倍增管光陰極上的閃爍光強度

6、成正比 照相機 照相機是記錄和顯示被拍照的物體中射線活度分布的一次成像照像系統(tǒng)。主要由四部分組成：閃爍探頭電子學線路顯示記錄裝置附加設備。 準直器 準直器的功能是將被拍物體中某一空間區(qū)域內，沿特定方向發(fā)射的射線投影到成像平面的相應面積元上，吸收其它方向的射線。準直器常用鎢鉛合金制作，包含圓形、方形或者六角形的小孔，覆蓋在整個NaI晶體表面。準直器可以分為低能（小于150KeV）、中能（150-300KeV）和高能（300-600KeV）三種，低能準直器孔徑最小，空間分辨率最高；中能次之；高能最差。 準直器的選擇 臨床應用中根據(jù)入射射線能量，被成像臟器的位置和大小，探頭的形狀和大小，選擇合適的準

7、直器。 平行孔準直器適用于比較大的臟器。針孔準直器可以對被測物體起到放大作用，常用于甲狀腺成像。為了擴大視野，可以采用扇形準直器。 準直器會影響照相機的空間分辨率、靈敏度，準直器孔壁的穿透效應對最終的成像質量也有影響 。 事件定位 根據(jù)光電倍增管讀出的信號，計算出該事件在閃爍晶體內的作用位置（x,y坐標），將該作用點的坐標再通過準直器還原到物體表面，最終得到物體中放射性核素的分布。問題：由于晶體面積大，光電倍增管數(shù)目多，熒光光子各向同性，某個事件在晶體上所激發(fā)的熒光會被全部的光電倍增管所采集。 電阻加權定位 光電倍增管給出位置信號和能量信號。位置信號經(jīng)過矩陣電阻鏈分別輸入到四個放大器，其輸出給出晶體中熒光產(chǎn)生點的重心位置；能量信號通過加和電路作為總能量信號，大小與熒光光量成正比。 照相機的質量控制 照相機性能的衡量指標包括