什么是γ相機？課件

伽瑪相機成像實驗核醫(yī)學簡介核醫(yī)學（nuclearmedicine）采用放射性同位素來進行疾病的診斷、治療及研究，它是核技術與醫(yī)學相結合的產(chǎn)物。

它可以定量無損地研究人體組織器官（心、腦、肺、腎、胃、甲狀腺等）的功能情況，以及代謝物質(zhì)或藥物在人體內(nèi)的分布和變化。

診斷核醫(yī)學可劃分為兩類：1體外診斷，將放射性核素放在試管中（invitro）進行放射性免疫測量或活化分析；2體內(nèi)診斷，把放射性核素引入活體內(nèi)（invivo），進行臟器功能測量或顯像。后者為當代核醫(yī)學最主要的工作領域。臨床使用的放射性核素

半衰期合適。常選用半衰期為幾小時的到幾天的核素?，F(xiàn)在半衰期為幾分鐘的放射性核素也開始在臨床上使用。射線的種類和能力恰當。臨床使用的γ射線能量一般在50～500KeV之間。

產(chǎn)生的射線種類及能量單一，以減少散射和其它效應形成的測量本底。

影像核醫(yī)學的特點

①高靈敏度，目前已經(jīng)可測量300種以上的活體，可探測到10－15～10－9克的示蹤同位素；②無創(chuàng)傷性；③反映體內(nèi)的生化和生理過程；④同時反映組織或臟器的形態(tài)與功能；⑤動態(tài)觀察。它在臨床診斷和基礎醫(yī)學的研究方面都具有重要意義，因而獲得了廣泛的應用。影像核醫(yī)學在臨床上的應用在臨床診斷上，影像核醫(yī)學能夠應用于內(nèi)分泌系統(tǒng)（如甲狀腺、甲亢、甲狀腺結節(jié)功能判斷、異位甲狀腺等），心血管系統(tǒng)（如冠心病的早期診斷，心肌梗塞等），神經(jīng)系統(tǒng)（如腦腫瘤、癲癇、腦功能等），骨關節(jié)系統(tǒng)（如骨原發(fā)及轉(zhuǎn)移性腫瘤的早期診斷），消化系統(tǒng)（如肝癌及肝血管瘤的鑒別診斷、消化道出血），泌尿系統(tǒng)（如腎功能測定），全身腫瘤的良、惡性鑒別診斷、分期等各個方面。其中骨顯像應用最為廣泛，是核醫(yī)學檢查最多的項目，主要應用于惡性腫瘤的骨轉(zhuǎn)移、骨骨頭壞死、骨質(zhì)疏松等。其次是心臟顯像，核素心肌灌注顯像、99mTc標記化合物的廣泛應用和單光子斷層技術與圖像處理系統(tǒng)的發(fā)展，已經(jīng)使心肌灌注顯像診斷心肌缺血的準確性提高了一大步，目前已經(jīng)成為評價冠心病最重要的無創(chuàng)傷性技術之一。

影像核醫(yī)學的探測系統(tǒng)的改進與完善影像核醫(yī)學的探測系統(tǒng)一直在不斷改進與完善中，但距臨床要求仍有一定的距離，主要問題是采集的信息量低和空間分辨率較差，需要提高靈敏度和和分辨率，以盡量少的放射性示蹤原子得到盡量高質(zhì)量的圖像，從而減少病人所受放射性劑量基礎上提高分辨。

目前研究的重點集中在開發(fā)新的探測材料與技術，如新的晶體與光電倍增管等，以及高速度數(shù)字化的電子線路。

目前使用的幾種核醫(yī)學儀器設備X光機成像。它是利用X射線的物理性能和生物效應，來對人體器官進行檢查的。當X射線穿透人體后，因為強度的衰減與人體的各器官組織及骨骼的組成和密度相關，從而在顯像屏上或照像底板上呈現(xiàn)不同對比度的影像，它反映了人體的內(nèi)部構造。通過對影像的分析可以達到診斷的目的。X－CT。由于X光機只能把人體內(nèi)部形態(tài)投影在二維平面上，因此會引起成像器官的前后重疊，造成影像模糊。為了克服這一缺點，有人把計算機技術應用進來，建立了X射線計算機斷層圖像重建技術（XComputalTomography簡稱X－CT）。X－CT是利用圍繞人體的臟器掃描時得到的大量X射線吸收數(shù)據(jù)來重建人體的臟器的斷層圖像的。X－CT除廣泛應用于臨床診斷外，在工業(yè)方面也有重要應用，如無損檢測工業(yè)CT。E－CT。除了X－CT外，還有一種稱為E－CT的發(fā)射性計算機斷層成像方法。它與X－CT的不同之處是X－CT的射線源在成像體的外部，而E－CT的射線源在成像體的內(nèi)部。E－CT成像是先讓人體接受某種放射性藥物，這些藥物聚集在人體某個器官種或參與體內(nèi)某種代謝過程，再對臟器組織中的放射性核素的濃度分布進行成像。因此，利用E－CT不僅可得到人體的解剖圖像，還可得到生理，生化，病理過程及功能圖像。目前的E－CT包括三種成像裝置：γ照相機，SPECT和PET。γ照相機(Anger型)多數(shù)采用一塊大直徑的Na(TI)晶體和數(shù)十只按一定形狀（例如，正六角形）排列分布的光電倍增管相耦合的方法。人體接受某種放射性藥物后，臟器中的放射性核素發(fā)出的γ射線通過準直孔射入晶體產(chǎn)生熒光，光電倍增管輸出電脈沖的幅度與接受到的閃爍光強度成正比。對應于每個入射的γ光子，光電倍增管分別輸出兩種信號，即位置信號和能量信號。每個管子的位置信號經(jīng)過矩陣電阻鏈分別輸入到四個放大器，其輸出信號給出晶體中熒光產(chǎn)生點的重心位置，它即為入射的γ光子擊中晶體的位置；同時，所有光電倍增管的能量信號通過加和電路，其輸出作為總的能量信號，它的大小與熒光光量成正比，從而在圖像顯示上呈現(xiàn)內(nèi)臟器官投影面的圖像。采用位置靈敏光電倍增管和晶體相耦合，可進一步提高γ照相機位置分辨。SPECT。SPECT（SinglePhotonEmissionComputerizedTomography）是單光子發(fā)射計算機斷層照相的簡稱，它以γ發(fā)射體為成像對象，其探測光子的原理和γ照相機相同。它是在γ照相機的基礎上發(fā)展起來的。目前大多采用橫向斷層掃描，即斷層面與人體軸垂直，將一個或兩個γ照相機探頭繞人體軸連續(xù)或分度旋轉(zhuǎn)一周，將探頭從多角度上得到的連續(xù)的二維投影數(shù)據(jù)重建后即可得到橫斷面的圖像。

PET。正電子發(fā)射計算機斷層掃描（PositronEmissionComputerizedTomography,簡稱PECT或PET）是目前最先進的醫(yī)療診斷設備。當人體內(nèi)含有發(fā)射正電子的核素時，正電子在人體中很短的路程內(nèi)（小于幾mm）即可和周圍的負電子發(fā)生湮滅而產(chǎn)生一對γ光子，這兩個γ光子的運動方向相反，能量均為0.511MeV，因此，用兩個位置相對的探測器分別探測這兩個γ光子，并進行符合測量即可對人體的臟器成像。

國內(nèi)核醫(yī)學還存在以下問題:1.地區(qū)發(fā)展不平衡

2.人才素質(zhì)尚不高,基礎與臨床研究以

仿造跟蹤為主，缺乏創(chuàng)新性

3.核醫(yī)學儀器國產(chǎn)化不足(如SPECT

國內(nèi)350臺全部進口)。

γ相機的一般組成γ照相機是記錄和顯示成像物體中射線活度分布的一個照像系統(tǒng)，它包括：（1）含有某種特定的示蹤的放射性核素的被成像的物體。（我們用的是模擬臟器和點源）（2）類似于普通相機透鏡的準直器系統(tǒng)。準直器系統(tǒng)由對有強吸收的材料（例如鉛，鎢等）做成。3）成像記錄系統(tǒng)。它類同于普通照相機的感光膠片。我們用的γ相機的示意圖從源發(fā)出的經(jīng)過準直孔的γ射線投射到成像記錄系統(tǒng)相應的區(qū)間,射線被在該區(qū)間內(nèi)的閃爍晶體吸收，并轉(zhuǎn)換成與能量沉積成比例的熒光光子數(shù)，光子在閃爍體上傳播，最后投射到位置靈敏光電倍增管上。將光電倍增管讀出的信號通過在線數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，計算出該事件在閃爍晶體內(nèi)的作用位置（x,y坐標），然后將該像點的坐標再通過準直器還原到物面上的射線發(fā)射點所在的區(qū)間的坐標，因此成像記錄系統(tǒng)呈現(xiàn)的正是物體的射線發(fā)射區(qū)間的分布。柵網(wǎng)型位置靈敏光電倍增管倍增極的電極構造及電子軌跡圖

十字型絲狀陽極及電荷分配法讀出線路和前置放大器圖它的陽極絲數(shù)為16(X)×16(Y)，從末極倍增極發(fā)射的電子群打到、兩個方向的絲狀陽極上，沿X1、X2、Y1、Y2

方向分流。陽極用電阻回路連接起來，以電子到達十字型絲狀陽極相應位置分流。再通過加、減和除運算電路，經(jīng)模/數(shù)（A/D）變換后，得到相應的X、Y信號和能量信號E：

X=(X1-X2)/(X1+X2)

Y=(Y1-Y2)/(Y1+Y2)

E=X1+X2+Y1+Y2

壓縮效應的成因所以在把一幅圖像記錄進文件時，必須同時記錄下各像素在矩形點陣中的位置及該像素的灰度值。但是實際上我們可以利用各像素在文件中的記錄位置了暗示其在圖像點陣中的位置，這樣就可以省去記錄像素位置坐標的數(shù)據(jù)量，而各像素的數(shù)據(jù)只用來記錄其灰度值。但是文件中的數(shù)據(jù)只能以一維方式記錄，而圖像點陣是二維的。為了用一維形式記錄二維圖像，通常采用的辦法是將各行像素的首尾相連。例如，在一個存儲一幅n×m圖像的數(shù)據(jù)文件中，它的n×m個像素數(shù)據(jù)是這樣排列的：最初的n個數(shù)據(jù)分別對應于圖像第一行從左到右n個像素；第n+1到第2n個數(shù)據(jù)分別對應于圖像第二行從左到右n個像素，等等。如此類推，最后的n個數(shù)據(jù)分別對應圖像第m行從左到右n個像素。

實驗目的和要求(1)掌握射線與物質(zhì)相互作用的基本理論。學會利用本實驗提供的計算機軟件系統(tǒng)。(2)學會在相機實驗臺上，對相機成像性能進行實驗研究。（3）理解影響相機性能的關鍵因素，及掌握如何控制這些關鍵因素。(特別是壓縮效應的理解和研究)γ相機實驗儀器和設備(a)射線源：作為相機要拍照的參照物，放射源有Am-241類點源和I-131臟器模擬源。(b)準直器:是由圓柱狀的鉛體加工而成的小孔陣列，其參數(shù)是a=21mm，d=2mm，t=3mm，其焦距h=5mm。(c)閃爍晶體：碘化鈉晶體[NaI(Tl)]。(d)位置靈敏光電倍增管R2486-05及其供電電源。(e)數(shù)據(jù)獲取及實時處理系統(tǒng)。實驗內(nèi)容（1）用Am-241線束沿著相機的像平面測9個像點，像點之間的距離是6mm，標定該γ相機。觀察其能譜和所成的像點。（2）研究空間分辨和非線性效應。（3）對模擬臟器源進行成像，得出兩源之間的距離。實驗步驟1檢查高低電源線路是否接好。將負低壓（12V）開關打開，高壓調(diào)至910V。2檢查計算機數(shù)據(jù)接口是否連上。3開計算機，點“快捷camera”，進入數(shù)據(jù)獲取及實時處理系統(tǒng)。4點“能量測量”，出現(xiàn)“能量譜”窗口。移動紅黃二線調(diào)節(jié)上下閾位置，一般取峰左右半高寬處。5保存能譜數(shù)據(jù)。6點“靜態(tài)測量”，出現(xiàn)128×128靜態(tài)圖像窗。進行圖像“采集”。7數(shù)據(jù)采集完畢后，保存圖像數(shù)據(jù)。8換臟器模擬源后重復以上過程。9實驗完畢后，先退高壓，在退低壓，最后關電源。進入處理系統(tǒng)選定上下閾采集靜態(tài)圖像γ射線成像圖形顯示實驗數(shù)據(jù)處理和分析1計算出能量分辨率2作出位置響應曲線3求出空間分辨率4算出模擬臟器源之間的距離一個典型的能譜及其高斯擬合一個典型入射點的空間響應能量分辨率的計算對能譜光電峰用一維高斯分布函數(shù)進行擬合，最后得到此單管γ