第八章 核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備

第八章核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備本章的重點(diǎn)：掌握各種核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)組成、基本原理及其應(yīng)用。學(xué)習(xí)要點(diǎn)：設(shè)備特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)組成、應(yīng)用原理1核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備伽瑪照相機(jī)人體骨骼的全身γ成像NuclearMedicalInstrument核醫(yī)學(xué)又稱核子醫(yī)學(xué)或原子醫(yī)學(xué)，舊稱“同位素”，在我國(guó)屬于一門獨(dú)立醫(yī)學(xué)學(xué)科。核素顯像是影像醫(yī)學(xué)的一部分。核醫(yī)學(xué)就是利用放射性核素診斷、治療疾病和進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究的學(xué)科。核醫(yī)學(xué)成像的物理基礎(chǔ)穩(wěn)定性核素和不穩(wěn)定性核素：若原子核在不受外力的作用時(shí)，核內(nèi)的成分及能級(jí)不發(fā)生變化，為穩(wěn)定性核素若原子核需要通過核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能級(jí)調(diào)整才能趨于穩(wěn)定，這種核素被稱為不穩(wěn)定核素核衰變(nucleardecay)和放射性：核內(nèi)能級(jí)和結(jié)構(gòu)的調(diào)整過程稱為核衰變。核衰變的同時(shí)，將釋放出一種或一種以上的射線，這種性質(zhì)叫做放射性核素的物理半衰期：任何放射性原子核數(shù)衰減到原來的一半所需要的時(shí)間，稱為該核素的物理半衰期核素的生物半衰期：當(dāng)核素進(jìn)入人體后，放射性藥物由于排泄、分泌使其在體內(nèi)的含量減少到原來的一半所用的時(shí)間，稱為生物半衰期。放射性核素與放射性藥物核素基本要求產(chǎn)生中等能量的γ射線，不產(chǎn)生或少產(chǎn)生其他射線，100-400KeV(千電子伏特)合適的物理半衰期，數(shù)10分鐘-數(shù)天適合的化學(xué)價(jià)態(tài)和較強(qiáng)的化學(xué)活性對(duì)人體應(yīng)無毒無害放射性藥物通過一些物理的、化學(xué)的活生物學(xué)的方法，將放射性核素的原子“引入”特定的化合物的分子結(jié)構(gòu)中，稱為標(biāo)記，放射性核素標(biāo)記化合物稱為放射性藥物核醫(yī)學(xué)成像的原理：將一定量的放射性核素引入人體，它將參與人體的新陳代謝，或者在特定的臟器或組織中產(chǎn)生特異性濃聚，同時(shí)不斷衰變而產(chǎn)生放射線在體外測(cè)量這些放射性核素活度分布的放射線，以圖像形式顯示核醫(yī)學(xué)成像的基本條件：放射性藥物（標(biāo)記化和物）核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備核醫(yī)學(xué)成像的特點(diǎn)：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锝（Tc）有21個(gè)同位素,質(zhì)量數(shù)從90～110，99mTc是比較理想的顯像用放射性核素純?chǔ)冒l(fā)射核素；γ射線能量141Kev；物理半衰期6.02h；能標(biāo)記多種化合物，比較穩(wěn)定并且可以很方便地從“鉬-锝核素發(fā)生器”中獲得99Mo-99mTc發(fā)生器

99Mo（T1/2=2.7d）

99mTc(T1/2=6h)

99Tc

母體核素子體核素放射性核素99mTc是顯像檢查中最常用的放射性核素，99mTc絡(luò)合物是目前臨床應(yīng)用最廣泛的放射性藥物，占SPEC顯影劑的90%以上廣泛用于心、腦、腎、骨、肺、甲狀腺等多種臟器疾患的檢查，并且大多已有配套藥盒供應(yīng)核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備分類

γ相機(jī)發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層設(shè)備（ECT）：SPECT、PET單光子成像設(shè)備，有γ相機(jī)，SPECT正電子成像設(shè)備，有PET重疊成像，有γ相機(jī)計(jì)算機(jī)斷層成像，有SPECT，PET正電子所謂正電子，是負(fù)電子的反物質(zhì)，當(dāng)其能量為零時(shí)，將與一個(gè)負(fù)電子結(jié)合，變成兩個(gè)能量均為0.511Mev且飛行方向相反的X光子，此即電子對(duì)的湮滅。是基本粒子的一種，帶正電荷，質(zhì)量和電子相等，是電子的反粒子。也叫陽電子。正電子，其質(zhì)量為m=9.1×10-31千克，電量為g=+1.6×10-19庫侖，自旋與電子相同。γ射線—光子15一、核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備發(fā)展史核醫(yī)學(xué)成像是一種以正常組織與病變之間的放射性藥物的濃度差別為基礎(chǔ)的臟器或病變的顯像方法，是核醫(yī)學(xué)的主要內(nèi)容（P404畫）。核醫(yī)學(xué)成像的基本條件是：①引入具有能夠選擇性聚集在特定臟器或病變的放射性核素或其化合物，使該臟器或病變與鄰近組織之間的放射性藥物濃度達(dá)到一定程度；②利用核醫(yī)學(xué)成像儀器探測(cè)到這種放射性藥物的濃度差別，并根據(jù)需要以一定的方式將它們顯示成像，即臟器或病變的影像。16從1957年由Hal-Anger成功研制出第一臺(tái)γ照相機(jī)至20世紀(jì)80年代前，γ照相機(jī)一直是最主要的核醫(yī)學(xué)成像儀器，它不僅可作靜態(tài)顯像，還能夠進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)顯像，成為臟器的動(dòng)態(tài)功能研究不可缺少的設(shè)備。1979年第一臺(tái)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層（SPECT）研制成功，正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層（PET）也相繼研制成功，進(jìn)入了放射性核素體層顯像的新時(shí)代。SPECT成為心、腦顯像，尤其是腦血流和功能顯像不可缺少的重要設(shè)備；PET成為當(dāng)今在分子水平上利用核醫(yī)學(xué)影像技術(shù)研究人體心、腦代謝和受體功能的唯一設(shè)備。17二、設(shè)備的分類及應(yīng)用特點(diǎn)（一）γ照相機(jī)γ照相機(jī)又稱閃爍照相機(jī)，是對(duì)引入體內(nèi)的放射性核素在組織和病變中濃度分布進(jìn)行成像并可進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察的核醫(yī)學(xué)儀器。主要組成：閃爍探頭：準(zhǔn)直器、碘化鈉（鉈）閃爍晶體、按一定矩陣排列的光電倍增管。電子線路：放大器、單脈沖幅度分析器、對(duì)信號(hào)進(jìn)行存放和分批輸入下一步電路的“取樣保持線路”、均勻性校正線路等。顯示記錄裝置：示波器、一步法照相機(jī)、35mm定時(shí)照相機(jī)和實(shí)體放大器等。附加設(shè)備：數(shù)字記錄器、照相裝置、門電路控制裝置等。18γ照相機(jī)是對(duì)體內(nèi)臟器中的放射性核素分布進(jìn)行一次成像、并可進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察的核醫(yī)學(xué)儀器。圖22

γ照相機(jī)γ照相機(jī)19射線的探測(cè)技術(shù)

用于探測(cè)射線的探測(cè)器包括有固體、氣體和液體探測(cè)器，最常用的是固體閃爍探測(cè)器。入射的光子在閃爍晶體中發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓散射或電子對(duì)效應(yīng)，把能量傳給電子電子通過電離或激發(fā)作用將能量沉積在晶格中晶體發(fā)生退激，釋放出被沉積的能量，一部分以可見光的形式釋放出來用光電倍增管將閃爍體發(fā)出的微弱光轉(zhuǎn)變成電子，進(jìn)行記錄20（二）發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層ECT基本原理：在體外從不同角度采集體內(nèi)某臟器放射性藥物濃度分布的二維影像，經(jīng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理重建，顯示出三維圖像，并可獲得臟器任意斷面影像。不但圖像的質(zhì)量大大提高，而且還為定量分析提供相關(guān)數(shù)據(jù)。ECT是依賴于臟器組織對(duì)注入體內(nèi)的放射性藥物吸收濃聚的多少及其發(fā)射γ射線的量構(gòu)成影像，也就是說ECT的影像不是反映組織密度的差異而是顯示臟器組織或正常組織與病變組織功能的變化差異。21發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層ECT的特點(diǎn)是：①可做體層顯像，定位準(zhǔn)確；②可用來分析臟器組織的生理、代謝變化、做功能檢查等。22發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層目前ECT分為兩類①以發(fā)射γ射線的核素作為發(fā)射體，即SPECT。②以發(fā)射正電子的放射性核素作為發(fā)射體，即PET。23SPECTSPECT有兩種類型：多探頭型（掃描機(jī)型）：其探頭由多個(gè)小型的閃爍探測(cè)器組成，排列在一個(gè)圓周上，檢查時(shí)多探頭做平行移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，適用于快速動(dòng)態(tài)研究。γ照相機(jī)型：由高性能、大視野、多功能的γ照相機(jī)和支架旋轉(zhuǎn)裝置、圖像重建軟件組成，可進(jìn)行多角度、多方位的數(shù)據(jù)采集。每采集一幅圖像數(shù)據(jù)后，探頭旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度繼續(xù)采集下一幅圖像數(shù)據(jù)，采集總角度為360°或180°，圖像采集完畢存入計(jì)算機(jī)硬盤以備圖像重建。2425PET成像過程人體內(nèi)含有發(fā)射正電子的核素,如18F、13N、15O、11C等會(huì)發(fā)射的正電子正電子在周圍的物質(zhì)中俘獲一個(gè)電子，并發(fā)生湮滅而產(chǎn)生一對(duì)γ光子，這兩個(gè)γ光子的運(yùn)動(dòng)方向相反，能量均為511Kev用兩個(gè)位置相對(duì)的γ閃爍探頭加符合電路組成湮沒符合探測(cè)裝置加以檢測(cè)26PET成像過程27PETPET是現(xiàn)代核素顯像技術(shù)中一種新的設(shè)備。所獲得的圖像是反映人體生理、生化或病理及功能的圖像，被稱為“生化體層”或“生命體層”，比SPECT的圖像更清晰，更真實(shí)。PET圖像對(duì)探討功能性疾病的機(jī)制和研究生命現(xiàn)象也具有理論上的意義。目前最先進(jìn)的是多探頭、多環(huán)形的PET，它的探測(cè)效率高、探測(cè)速度快，一次體層可獲得多個(gè)層面的影像，大大縮短了整個(gè)體層檢查的時(shí)間。反映了PET的先進(jìn)性和臨床價(jià)值。2829第二節(jié)γ照相機(jī)一、γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理γ照相機(jī)由準(zhǔn)直器、閃爍晶體、光電倍增管、前置放大電路、定位電路、圖像處理電路、顯示、記錄裝置、機(jī)械支架和床組成。下圖是其結(jié)構(gòu)方框圖。將準(zhǔn)直器、閃爍晶體、光電倍增管、前置放大電路和電子矩陣電路等固定在一個(gè)支架上，組成探測(cè)器。30γ照相機(jī)探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖3132γ照相機(jī)探頭結(jié)構(gòu)準(zhǔn)直器閃爍晶體光電倍增管數(shù)模轉(zhuǎn)換器

數(shù)字信號(hào)處理器33γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理人體組織吸收放射性藥物后放出的γ射線，經(jīng)過準(zhǔn)直器入射到閃爍晶體，由閃爍晶體接收并轉(zhuǎn)換成光子，發(fā)出閃爍熒光。閃爍晶體發(fā)出的熒光通過光導(dǎo)纖維傳輸?shù)焦怆姳对龉艿妮斎肫辽?，光電倍增管將接收到的閃爍熒光按照一定的比例關(guān)系轉(zhuǎn)換成電流，經(jīng)過前置放大器放大后，輸送到定位電路。34γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理探頭內(nèi)有數(shù)十只按一定的規(guī)律排列的光電倍增管，最靠近熒光點(diǎn)的光電倍增管接收到的光子多，輸出的電脈沖大，離熒光點(diǎn)較遠(yuǎn)的光電倍增管接收到的光子較少，輸出的電脈沖小，因此晶體中發(fā)生一個(gè)閃爍熒光就會(huì)使排列有序的光電倍增管陽極輸出較多不同的電脈沖信號(hào)，對(duì)這些信號(hào)經(jīng)過權(quán)重處理，就可以得到閃爍熒光的位置信號(hào)P。如P408圖15-3所示，P1～P19為按一定規(guī)律排列的光電倍增管。3536γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理右圖每一個(gè)光電倍增管都與4個(gè)電阻連接，各電阻的阻值根據(jù)光電倍增管的位置不同而異。37γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理例如：一個(gè)閃爍熒光發(fā)生在X、Y坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的第10號(hào)光電倍增管，其輸出信號(hào)S10經(jīng)過前置放大器輸入到4個(gè)阻值相同均為20Ω的電阻由4個(gè)電阻輸出的信號(hào)分別為X+、X-

、Y+和Y-，經(jīng)過加法，減法和比分電路得到3個(gè)新的信號(hào)：X=(X+-X-)/Z（位置信號(hào)）Y=(Y+-Y-)/Z（位置信號(hào)）Z=X++X-+Y++Y-（能量信號(hào)）38γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理X、Y為該閃爍熒光的位置信號(hào)，其X值和Y值都為零，因此可以確認(rèn)閃爍熒光發(fā)生在X、Y坐標(biāo)原點(diǎn)。Z為能量信號(hào)，等于S10×80。39γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

又如一個(gè)閃爍熒光發(fā)生在晶體X軸最左側(cè)，對(duì)應(yīng)于8號(hào)光電倍增管，其輸出信號(hào)S8輸入4個(gè)電阻，X軸左方電阻（X-）的阻值為40，右方X+為0，Y-和Y+的阻值皆為20，其位置信號(hào)和能量信號(hào)皆可求出：Z=S8(0+40+20+20)=S8×80X=S8(0-40)/S8×80=-40/80=-0.5Y=S8(20-20)/S8×80=040γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理探頭輸出的信號(hào)和能量信號(hào)隨后進(jìn)入各種電子電路：①將信號(hào)放大的放大電路②獲得能量信號(hào)的多通道脈沖分析器③用來預(yù)置成像計(jì)數(shù)量的定標(biāo)電路④預(yù)置一次或連續(xù)多幀成像時(shí)間的定時(shí)電路41γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理⑤用于生理信號(hào)的觸發(fā)采集和停止采集的門電路⑥不論病人體位如何，總是使影像保持正像的位置確定電路⑦電源電路⑧探頭運(yùn)動(dòng)和制動(dòng)電路。42γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理位置信號(hào)XY分別傳輸給顯示器的水平（X）偏轉(zhuǎn)板和垂直（Y）偏轉(zhuǎn)板，使同時(shí)輸入的能量信號(hào)定位觸發(fā)陰極射線管。陰極射線管逐個(gè)積累光點(diǎn)，達(dá)到一定量即形成一幀閃爍影像。余輝顯示器能夠?qū)崟r(shí)觀察影像，但較為粗糙，常安置在探頭支架上方用于病人體位檢測(cè)和粗略的影像觀察。43γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理44γ照相機(jī)工作原理人體組織吸收放射性藥物后放出的γ射線，經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直，到達(dá)閃爍晶體，產(chǎn)生的閃爍熒光，經(jīng)光導(dǎo)纖維耦合給光電倍增管；光電倍增管將熒光轉(zhuǎn)換成電流，經(jīng)前置放大器和定位電路后形成四路電脈沖信號(hào)，經(jīng)位置信號(hào)通道和能量信號(hào)通道處理，輸出X、Y位置信號(hào)和能量信號(hào)；位置信號(hào)確定了閃爍事件發(fā)生位置，能量信號(hào)確定那些閃爍事件啟輝，那些閃爍事件不啟輝；經(jīng)過上述處理的信號(hào)成為一個(gè)計(jì)數(shù)被記錄，形成一幅人體放射性濃度分布圖像，即為一幅γ相機(jī)圖像。二、準(zhǔn)直器

準(zhǔn)直器是安置在閃爍晶體前方的一種特制屏蔽，使規(guī)定范圍和規(guī)定方向的γ射線入射到晶體，其余范圍和方向的γ射線不能入射到晶體，起到定位采集信息的作用。準(zhǔn)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(gè)NaI晶體表面。準(zhǔn)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(zhǔn)直器孔徑最小，空間分辨率最高；中能次之；高能最差。

47圖15-6準(zhǔn)直器類型（1）針孔型（2）平行孔型（3）擴(kuò)散型（4）會(huì)聚型48空間分辨率與靈敏度是一個(gè)矛盾關(guān)系準(zhǔn)直孔越小，準(zhǔn)直器越厚，探頭距病人距離越近分辨率越高，獲得的圖像質(zhì)量越好準(zhǔn)直孔越大，準(zhǔn)直器越薄，靈敏度越高，孔間壁越厚，靈敏度越低準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)是選擇兩者最佳的折中匹配準(zhǔn)直器的選擇

臨床應(yīng)用中根據(jù)入射γ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(zhǔn)直器。平行孔準(zhǔn)直器適用于比較大的臟器。針孔準(zhǔn)直器可以對(duì)被測(cè)物體起到放大作用，常用于甲狀腺成像。為了擴(kuò)大視野，可以采用扇形準(zhǔn)直器。

準(zhǔn)直器會(huì)影響γ照相機(jī)的空間分辨率、靈敏度，準(zhǔn)直器孔壁的穿透效應(yīng)對(duì)最終的成像質(zhì)量也有影響。50三、閃爍晶體閃爍晶體是能將γ射線或X射線轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獾奈镔|(zhì)。在γ照相機(jī)中，γ射線射入閃爍晶體與NaI-碘化鈉（TI鉈）晶體發(fā)生光電效應(yīng)和康普頓散射，這時(shí)γ射線失去能量，發(fā)出近似紫色的閃爍光。NaI（TI）閃爍晶體是在NaI中摻入微量的TI而形成的晶體，最大發(fā)光波長(zhǎng)為400nm，衰減時(shí)間為0.25μs。51閃爍晶體NaI（TI）閃爍晶體原子系數(shù)大，對(duì)γ射線的吸收效率高，可做成直徑20~55cm、厚度0.6~1.0cm的平板狀，用于檢查心臟、腦和甲狀腺等器官的裝置采用的閃爍晶體尺寸較??；臟器專用的和移動(dòng)式照相機(jī)的閃爍晶體尺寸也比較?。粯?biāo)準(zhǔn)型的能夠一次往還全身攝影的矩陣式探測(cè)器所采用的閃爍晶體則較大。52閃爍晶體NaI(Tl)是一種性能優(yōu)良的閃爍晶體，它有很高的發(fā)光效率，并且在發(fā)光波段沒有明顯的自吸收，對(duì)Χ射線和γ射線均有良好的分辨能力。在閃爍晶體材料中，它是應(yīng)用最廣泛的一種，可用于石油地質(zhì)勘探、核醫(yī)學(xué)、高能物理、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。53閃爍晶體NaI(Tl)單晶是以NaI為基質(zhì)材料摻以適當(dāng)濃度的Tl生長(zhǎng)而成的閃爍晶體材料。相對(duì)于CsI和BGO晶體，NaI(Ti)在高溫時(shí)具有更高的發(fā)光強(qiáng)度，這使其在環(huán)境溫度較高的場(chǎng)合有更強(qiáng)的適應(yīng)性，54四、光電倍增管光電倍增管主要用于檢測(cè)紫外光、可見光和近紅外光區(qū)的輻射能量。它具有靈敏度高、噪聲小、線性好、工作頻率范圍寬、放大倍數(shù)高、光譜響應(yīng)范圍寬、穩(wěn)定性好和工作電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。在γ照相機(jī)中，光電倍增管在性能不斷提高，其形狀有圓形、六角形和四角形，并附有保持靈敏度和均勻性的修正電路裝置。55光電倍增管光電倍增管由光電陰極、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(shí)由于光電效應(yīng)可產(chǎn)生出電子電子倍增是通過一系列倍增極所構(gòu)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(qiáng)度成正比56第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層設(shè)備一、SPECT的基本結(jié)構(gòu)與工作原理P412圖15-7是SPECT的基本工作原理方框圖。探測(cè)器沿病人某一層面在不同方向上做直線掃描，將每一條線上的體內(nèi)示蹤核素放出的射線進(jìn)行記錄，形成一個(gè)投影。每做完一次直線掃描，探測(cè)器旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，其旋轉(zhuǎn)角的大小根據(jù)所需圖像分辨率來確定，再掃描一次，取得另一個(gè)投影截面，如此反復(fù)，這些直線投影的集合形成一個(gè)“投影截面”。將采集到的“投影截面”的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過“預(yù)處理”電路及吸收校正后，由圖像重建系統(tǒng)重建出SPECT圖像。57單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層儀由探測(cè)器、機(jī)架、床、控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)和外周裝置組成雙探頭SPECT人體發(fā)射的γ光子橫向斷層掃描檢測(cè)投影數(shù)據(jù)采集預(yù)處理電路吸收校正圖像重建和顯示探測(cè)器圍繞身體180或360旋轉(zhuǎn)，從多角度、多方位采集一系列平面投影像。通過圖像重建和處理，可獲得橫斷面、冠狀面、矢狀面及其它斜斷面的斷層影像SPECT的基本工作原理圖SPECT的基本結(jié)構(gòu)與工作原理P412圖15-8是SPECT結(jié)構(gòu)方框圖60二、探測(cè)器SPECT的探測(cè)器包括準(zhǔn)直器、閃爍晶體、光電倍增管、綜合電路和探測(cè)器外殼。其作用是探測(cè)參與體內(nèi)各種生理、代謝活動(dòng)的放射性核素不斷向外放射的γ射線。方向不規(guī)則的γ射線被準(zhǔn)直器準(zhǔn)直，只有方向與準(zhǔn)直器孔長(zhǎng)軸平行的γ射線才可到達(dá)閃爍晶體。在閃爍晶體中轉(zhuǎn)換成光子，經(jīng)光電倍增管和綜合坐標(biāo)電路形成帶有組織信息的電脈沖，輸送到計(jì)算機(jī)處理計(jì)算圖像。61

三、機(jī)架SPECT的機(jī)架主要用來支撐探測(cè)器并能夠讓探測(cè)器在機(jī)架上運(yùn)動(dòng)。根據(jù)探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)方式可分為：①旋轉(zhuǎn)型，②固定型（環(huán)型）；根據(jù)在診斷上的應(yīng)用分為：①通用型，②專用型。

SPECT的基本結(jié)構(gòu)與工作原理62圖15-9單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層裝置的類型（1）一探測(cè)器旋轉(zhuǎn)型（2）三探測(cè)器型（3）四探測(cè)器型（4）環(huán)型63旋轉(zhuǎn)機(jī)架SPECT的基本結(jié)構(gòu)與工作原理四、控制臺(tái)控制臺(tái)的作用是利用計(jì)算機(jī)控制成像的條件和對(duì)從探測(cè)器送來的信號(hào)進(jìn)行分析、處理。64SPECT的基本結(jié)構(gòu)與工作原理五、計(jì)算機(jī)SPECT的所有數(shù)據(jù)都由計(jì)算機(jī)控制和管理。SPECT所采用的計(jì)算機(jī)中的高速緩存器、陣列處理機(jī)等為計(jì)算機(jī)提供了高速運(yùn)算的硬件，也為提高圖像重建的速度提供了條件。另外SPECT還要求A/D轉(zhuǎn)換器速度高。線性好、有生理信號(hào)的輸入接口。在軟件方面，應(yīng)具備各種圖像處理軟件、各種修正軟件、臨床應(yīng)用軟件和后處理軟件。65SPECT的基本結(jié)構(gòu)與工作原理六、附屬設(shè)備附屬設(shè)備包括磁帶機(jī)、可讀寫光盤、高精度的黑白或彩色顯示器、打印機(jī)和多幅照相機(jī)、檢查床、準(zhǔn)直器、生理信號(hào)檢測(cè)輸出設(shè)備、用于儀器調(diào)整和質(zhì)量控制的專用器材和模型等裝置，以完成SPECT的檢查、顯示和存儲(chǔ)。66SPECT的主要技術(shù)指標(biāo)1.空間非線性（P414）：γ照相機(jī)的空間非線性主要由探測(cè)器和電子線路造成，引起圖像的枕形失真或桶形失真。2.非均勻性：由探頭的非均勻性引起，通常使用非均勻性補(bǔ)償或校正技術(shù)來減少失真。3.空間分辨率：表現(xiàn)物體細(xì)節(jié)的能力或較低模糊的程度。探頭的空間分辨率主要由準(zhǔn)直器的特性決定，其次由探測(cè)器和定位電子學(xué)電路決定，后者稱為內(nèi)在分辨率。注：90%以上的射線被準(zhǔn)直器阻擋，對(duì)射線的利用率很低，SPECT的空間分辨率要比X-CT差一些。

67SPECT的主要技術(shù)指標(biāo)4.死時(shí)間：NaI(T1)探測(cè)系統(tǒng)在高計(jì)數(shù)率下會(huì)發(fā)生計(jì)數(shù)丟失。因?yàn)椋簝蓚€(gè)緊跟的脈沖會(huì)堆積在一起，其疊合脈沖幅度可能會(huì)超出能窗范圍而被禁止掉；兩個(gè)低能量的康普頓散射脈沖疊合幅度也可能正好在能范圍內(nèi)而被接受而形成假事件。除堆積外，電子學(xué)系統(tǒng)處理每個(gè)事件都需要時(shí)間，此間出現(xiàn)的下一個(gè)事件被忽略掉，這個(gè)時(shí)間稱死時(shí)間。68單光子發(fā)射型CT的突出優(yōu)點(diǎn)比普通的照相機(jī)沒有增加設(shè)備成本的情況下，獲得了真正的人體斷面圖像?？梢宰鞫鄬用娴娜S成像，對(duì)腫瘤及其他的一些疾病的診斷很有用。統(tǒng)計(jì)噪聲：圖像中的背景噪聲稱為統(tǒng)計(jì)噪聲。為了減小圖像中的統(tǒng)計(jì)噪聲，可以對(duì)所記錄的圖像作平滑濾波等處理。影響SPECT系統(tǒng)性能的重要因素：γ射線在傳播過程中的衰減，系統(tǒng)很難確定體內(nèi)輻射源強(qiáng)度的絕對(duì)值大小。69ECT與X-CT的顯著不同點(diǎn)70重建圖像參數(shù)和診斷依據(jù)不同X-CT：X線在體內(nèi)衰減系數(shù)；組織的密度變化SPECT：核素的濃度變化；組織的代謝功能差異圖像構(gòu)成成分不同SPECT顯示濃聚放射性核素靶器官的三維圖形X-CT顯示某一層面所有器官或組織的二維圖像SPECT掃描層厚優(yōu)于X-CTSPECT受γ射線強(qiáng)度和衰減校正的制約，圖像空間分辨率較差，圖像質(zhì)量不如X-CTSPECT的臨床應(yīng)用SPECT能顯示臟器或病變的血流、功能和代謝的改變，有利于疾病的早期診斷及特異性診斷，在臨床當(dāng)中的應(yīng)用十分廣泛。

SPECT診斷的應(yīng)用范圍：（1）骨骼顯像（2）心臟灌注斷層顯像（3）甲狀腺顯像（4）局部腦血流斷層顯像（5）腎動(dòng)態(tài)顯像及腎圖檢查（6）其它SPECT顯像的主要臨床應(yīng)用71第四節(jié)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層設(shè)備一、PET的基本結(jié)構(gòu)與工作原理PET的基本結(jié)構(gòu)主要由探測(cè)器、機(jī)架、床、計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備組成。P415圖15-10為全身用PET示意圖。72PET的工作原理正電子衰變與淹沒輻射符合探測(cè)成像原理正電子放射性核素是易于標(biāo)記各種生命必需的化合物及其代謝產(chǎn)物，如：引入人體的放射性核素參與人體代謝，反映了人體組織器官的機(jī)能和代謝狀態(tài)。正電子與人體組織的電子相結(jié)合而湮滅，轉(zhuǎn)換成一對(duì)方向相反、能量為511Kev的γ光子。從各個(gè)角度收集γ光子，進(jìn)行圖像重建。PET的工作原理正電子各有其固有的射程，在人體內(nèi)為數(shù)厘米，然后與體內(nèi)的電子結(jié)合而消失。正電子發(fā)射體發(fā)射出的正電子（β+）在極短時(shí)間內(nèi)與其臨近的電子（β-）碰撞而發(fā)生湮滅輻射，即在湮滅輻射的同時(shí)，產(chǎn)生方向相反，能量均為511keV的兩束γ射線。兩個(gè)相對(duì)的γ閃爍探頭加復(fù)合電路組成湮滅復(fù)合探測(cè)裝置。上述方向相反的兩束γ射線可以同時(shí)分別進(jìn)入這兩個(gè)探頭，通過復(fù)合電路形成一個(gè)Z信號(hào)而被探測(cè)到。如P416圖15-11所示。75湮沒輻射示意圖

正電子放射性核素發(fā)射出的正電子，在組織中很快與負(fù)電子互相碰撞而發(fā)生湮沒輻射，同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)方向相反、能量相同(511kev)的γ光子。γ511keV511keV+e-γ76圖15-11湮沒符合探測(cè)裝置77PET的電子準(zhǔn)直湮滅γ光子對(duì)只有在兩個(gè)互成180度的探測(cè)器的立體角內(nèi)才能被探測(cè)。利用湮滅輻射的特點(diǎn)和兩個(gè)相對(duì)探測(cè)器的符合來確定閃爍事件位置和時(shí)間的方法稱電子準(zhǔn)直。符合探測(cè)原理PET79可達(dá)32環(huán)探測(cè)器，上萬個(gè)探測(cè)器 GANTRYRING80PET的工作原理湮滅輻射發(fā)生的位置限于這兩個(gè)探頭的有效視野內(nèi)，故探頭視野越小，Z信號(hào)的定位范圍越窄，精度（空間分辨率）越高。81PET的工作原理凡在此視野外或在此視野內(nèi)發(fā)生的湮滅輻射，所產(chǎn)生的γ射線不能同時(shí)入射兩個(gè)探頭者，皆不能形成復(fù)合信號(hào)，因而不能被記錄。可見這種位置探測(cè)不需要一般的屏蔽型準(zhǔn)直器，而是依靠?jī)墒蒙渚€的特殊方向和復(fù)合電路來實(shí)現(xiàn)的，故稱為“射線準(zhǔn)直”或“電子準(zhǔn)直”由于免去了一般的屏蔽型準(zhǔn)直器，因而極大地提高了探測(cè)靈敏度（一般準(zhǔn)直器擋去了90%以上的應(yīng)該入射視野的射線）82PET與γ照相機(jī)和SPECT相比具有以下優(yōu)點(diǎn)①不需要準(zhǔn)直器；②檢測(cè)靈敏度高；③本底小，分辨率高；④易于吸收校正；⑤可正確定量。83PET的工作原理正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層是專門為探測(cè)體內(nèi)湮沒輻射并進(jìn)行體層顯像的設(shè)備，最常用的探頭是由數(shù)百個(gè)成對(duì)分布的小型γ閃爍探測(cè)器組成的環(huán)形裝置。人體置于環(huán)形裝置中，體內(nèi)的湮沒輻射產(chǎn)生的方向相反的兩束γ射線可分別投影到相應(yīng)的探測(cè)器中，四周眾多探測(cè)器獲得的這些投影信息就可以重建體層圖像。見圖15-12。84PET的工作原理85PET的工作原理圖像重建的原理和方法與X射線計(jì)算機(jī)體層和單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體基本相同。為了在短時(shí)間內(nèi)獲得更多信息和縮短采集時(shí)間，常采取兩方面的措施以提高投影數(shù)：①用探頭微角轉(zhuǎn)動(dòng)偏心旋轉(zhuǎn)、二分法加半旋轉(zhuǎn)或簡(jiǎn)單步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)方式，增加掃描線。見圖15-13。86PET的工作原理②由單環(huán)增至多環(huán)，不僅可以增加一次采集的空間范圍，并且由于兩個(gè)臨近環(huán)的探測(cè)器還可以構(gòu)成交叉符合探測(cè)單元，形成交叉層面，故n環(huán)的準(zhǔn)直層面共有2n-1個(gè)體層面。如4環(huán)可同時(shí)獲得7層橫斷影像。87圖15-13正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層探頭的轉(zhuǎn)動(dòng)方式88PET探測(cè)原理PET89PET探測(cè)器晶體環(huán)PET90正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1、PET所用的放射性制劑中的核素是構(gòu)成人體生物分子的主要元素，在理論上可以顯示機(jī)體進(jìn)行的生理、生化過程。2、由于采用了貧中子核