醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)第8章核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備

醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)第八章核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備

重點(diǎn)難點(diǎn)核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的基本部件準(zhǔn)直器、晶體的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)SPECT的基本結(jié)構(gòu)及工作原理PET的基本結(jié)構(gòu)及工作原理雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備第一節(jié)概述目錄一、發(fā)展簡史二、分類及應(yīng)用特點(diǎn)核醫(yī)學(xué)是醫(yī)學(xué)與核物理學(xué)、核電子學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物。03也是和平利用原子能的重要方面。04核醫(yī)學(xué)是研究核技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用及理論的學(xué)科。01應(yīng)用放射性核素或核射線診斷疾病、治療疾病或進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究的學(xué)科。02核醫(yī)學(xué)定義第一節(jié)概述是一種以臟器內(nèi)外正常組織與病變組織之間的放射性濃度差別為基礎(chǔ)的臟器或病變的顯像方法。010203將放射性核素或其標(biāo)記化合物引入體內(nèi)，利用核醫(yī)學(xué)成像儀器在體外探測體內(nèi)放射性藥物的分布并成像。亦稱為功能成像或代謝成像，這是其他技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。核醫(yī)學(xué)成像第一節(jié)概述第一節(jié)概述1976197919501951一、發(fā)展簡史井型晶體閃爍計(jì)數(shù)器閃爍掃描儀目錄一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理二、探測器三、機(jī)架四、檢查床五、控制臺和計(jì)算機(jī)六、外圍設(shè)備第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理（一）基本結(jié)構(gòu)探測器（探頭）、旋轉(zhuǎn)機(jī)架、檢查床、圖像采集控制臺和圖像處理的計(jì)算機(jī)工作站以及外圍輔助設(shè)備。（二）工作原理

多探頭型（亦稱掃描機(jī)型）和γ照相機(jī)型。單探頭雙探頭三探頭探測器探測原理由準(zhǔn)直器、NaI（Tl）閃爍晶體、光電倍增管（PMT）、前置放大器和計(jì)算電路等組成。傳統(tǒng)SPECT實(shí)際上與γ相機(jī)的探測器相同。12第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀二、探測器（二）技術(shù)進(jìn)展采用新型準(zhǔn)直器（PMT）。優(yōu)勢：降低探頭和SPECT機(jī)架整體的重量；提高了SPECT系統(tǒng)分辨率和圖像的信噪比；在SPECT探測器整體性能提高的基礎(chǔ)上，大幅提高分辨率：

如配置LEHR準(zhǔn)直器后SPECT系統(tǒng)分辨率可達(dá)到7.5mm（使用NEMA推薦的重建方法）。第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀二、探測器（二）技術(shù)進(jìn)展采用碲鋅鎘（CdZnTe，CZT）半導(dǎo)體探測器。原理：當(dāng)具有電離能力的射線和CZT晶體作用時(shí)，晶體內(nèi)部產(chǎn)生電子和空穴對，并且數(shù)量和入射光子的數(shù)量成正比。帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴朝不同的電極運(yùn)動，形成的電荷脈沖經(jīng)過前置放大變成電壓脈沖，其強(qiáng)度與入射光子的能量呈正比。前置放大輸出的信號經(jīng)過后續(xù)電路處理，然后進(jìn)行圖像重建。第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀二、探測器（二）技術(shù)進(jìn)展

CZT半導(dǎo)體探測器的優(yōu)勢：對γ射線探測具有極高的系統(tǒng)靈敏度。可以直接將γ射線轉(zhuǎn)化成電信號，具有更高的探測效率和能量分辨率（10keV～6MeV）。采用較厚的CZT晶體陣列（至少6mm）和小尺寸像素面元電極設(shè)計(jì)的面元陣列探測器，能同時(shí)得到好的能譜特性和高的空間分辨率，提高系統(tǒng)靈敏度從而減少放射性示蹤劑的用量，縮短掃描時(shí)間，提高圖像信噪比。高度集成化后可減輕整個SPECT設(shè)備探頭的重量。第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀二、探測器（二）技術(shù)進(jìn)展采用碲鋅鎘（CdZnTe，CZT）半導(dǎo)體探測器。物理量傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（晶體+PMT）CZT半導(dǎo)體探測器有效原子數(shù)5049（平均）晶體密度/（g/cm3）3.675.78能量分辨率/（140keV）9%~12%5%~6%分辨率4~8mm2mm靈敏度高于傳統(tǒng)技術(shù)8~10倍

基于CZT探測器SPECT的性能第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀心臟專用SPECT心臟專用SPECT探頭是采用半環(huán)狀（180°）排列的CZT半導(dǎo)體

探測器；心肌斷層顯像時(shí)，探頭無需旋轉(zhuǎn)，避免了運(yùn)動

偽影，提高了儀器的性能；空間分辨率明顯提高：固有空間分辨率由4～8mm提高到2.46mm；能量分辨率由9.5～12％提高到

6.2％。第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀乳腺專用顯像儀探頭是采用兩個互成180°的平板CZT半導(dǎo)體探測器構(gòu)成；采用99mTc-MIBI等為顯像劑，對乳腺進(jìn)行顯像檢查。乳腺專用顯像儀由機(jī)械運(yùn)動組件、機(jī)架運(yùn)動控制電路、電源保障系統(tǒng)、機(jī)架手控盒及其運(yùn)動狀態(tài)顯示器、實(shí)時(shí)監(jiān)視器等組成。機(jī)架圓環(huán)型機(jī)架SPECT旋轉(zhuǎn)機(jī)架的主要形式。懸臂形機(jī)架。懸吊式機(jī)架。龍門型機(jī)架。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀三、機(jī)架（二）運(yùn)動形式1.運(yùn)動方式：探頭及其懸臂以機(jī)架機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸為中心，作順時(shí)針或逆時(shí)針的圓周或橢圓或人體輪廓的運(yùn)動，檢查床與導(dǎo)軌垂直，主要適用于斷層采集；探頭及其懸臂沿圓周運(yùn)動，半徑方向作向心或離心直線運(yùn)動，可以使探頭在采集數(shù)據(jù)時(shí)盡可能貼近病人，縮短旋轉(zhuǎn)半徑，提高空間分辨率，也稱身體輪廓紅外探測掃描；探頭沿自身中軸作順時(shí)針和逆時(shí)針傾斜或直立運(yùn)動，主要適用于雙探頭呈90o方式進(jìn)行180o心肌血流灌注斷層顯像或兼顧雙探頭時(shí)的質(zhì)量控制的數(shù)據(jù)采集中。2.控制方式：手動和自動?！拜喞櫦夹g(shù)”第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀三、機(jī)架（三）功能根據(jù)操作控制命令，完成不同采集條件所需要的機(jī)架的各種運(yùn)動；把心電R波觸發(fā)信號以及探頭的位置信號、角度信號等通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog-digitalconverter，ADC)傳輸給計(jì)算機(jī)，并接受計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行各種動作；保障整個系統(tǒng)(探頭、機(jī)架、檢查床、采集計(jì)算機(jī)及其輔助設(shè)備等)的供電，提供穩(wěn)定的各種規(guī)格的高低壓電源。機(jī)架運(yùn)動的精確度和穩(wěn)定性是SPECT質(zhì)量控制的關(guān)鍵之一第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀三、機(jī)架（四）控制系統(tǒng)

受機(jī)架內(nèi)定位控制系統(tǒng)的控制。驅(qū)動馬達(dá)控制電路；位置信息存儲器；定位處理器：實(shí)際上是一個微型計(jì)算機(jī)，是控制探頭及機(jī)架轉(zhuǎn)動的角度、移動的距離及識別位置。其受主計(jì)算機(jī)的控制，并將各種定位數(shù)據(jù)傳輸給主計(jì)算機(jī)。第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀四、檢查床（一）普通功能床升降可以手動或自動完成，但前進(jìn)和后退必須手動完成。（二）多功能床（目前SPECT/CT多采用）可以一次進(jìn)行多床位的數(shù)據(jù)采集，而無需人工干預(yù)。為適應(yīng)旋轉(zhuǎn)斷層的需要，檢查床的床板多由碳纖維或鋁質(zhì)材料制成，具有重量輕、硬度大，韌性高，對γ射線的衰減少等特點(diǎn)（要求對γ射線的衰減<5%），可承擔(dān)200kg以上的重量。

第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀五、控制臺和計(jì)算機(jī)（一）采集工作站基本信息的錄入：數(shù)據(jù)采集：采集模式：①靜態(tài)模式采集（staticmodeacquisition）；②動態(tài)模式采集（dynamicmodeacquisition）；③門控模式采集（gatedmodeacquisition）；④斷層模式采集（tomographymodeacquisition）；⑤門控?cái)鄬幽Ｊ讲杉╣atedtomographymodeacquisition）；⑥全身采集（wholebodyacquisition）。采集數(shù)據(jù)管理：SPECT的質(zhì)量控制和各種校正：能量、線性、均勻性和旋轉(zhuǎn)中心校正圖實(shí)時(shí)校正采集數(shù)據(jù)。

第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀空間分辨率2空間線性4均勻性31平面源靈敏度33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9多窗空間位置重合性36旋轉(zhuǎn)中心38顯像系統(tǒng)的綜合評價(jià)10SPECT的質(zhì)量控制和性能評價(jià)第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀五、控制臺和計(jì)算機(jī)（二）處理工作站手工處理規(guī)程：感興趣區(qū)（regionofinterest，ROI）的勾畫等。臨床處理規(guī)程：心肌血流灌注斷層、肺通氣灌注、全身骨、腎動態(tài)顯像的常規(guī)處理軟件等。數(shù)據(jù)庫維護(hù)：數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出、查詢等。

在核醫(yī)學(xué)影像診斷中具有重要作用。第三節(jié)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀六、外圍設(shè)備（一）ECG觸發(fā)器（二）多功能運(yùn)動踏車功量儀（三）肺通氣專用霧化器（四）打印機(jī)（五）各種質(zhì)量控制模型

線性模型、四象限鉛柵模型、SLIT鉛柵模型、系統(tǒng)靈敏度測試面源以及PECT/PET斷層模型等。SPECT-PET斷層模型（Model76-823）四象限鉛柵模型第四節(jié)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀目錄01.基本結(jié)構(gòu)與工作原理02.探測器03.機(jī)架04.計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)第四節(jié)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀正電子發(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－）發(fā)生碰撞而發(fā)生湮沒輻射，即在二者湮沒的同時(shí)，產(chǎn)生兩個方向相反的能量皆為511keV的γ光子。兩個相對的γ閃爍探頭加符合電路組成湮沒符合探測裝置。上述兩個方向相反的γ光子可以同時(shí)分別進(jìn)入這兩個探頭，通過符合電路形成一個Z信號，而被探測到。湮沒符合探測nb+b-~1-3mm511KeV511KeV第四節(jié)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀RPMTPMTCOINCIDENCEPROCESSINGDETECTORRING符合探測裝置示意圖

ProcessingElectronics

ProcessingElectronicsCoincidenceProcessorDataSorting,HistogramImageReconComputerImages第四節(jié)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀PET與γ照相機(jī)和SPECT相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：不需要準(zhǔn)直器檢測靈敏度高本底小，分辨率好易于吸收校正可正確定量探測器是PET設(shè)備的核心部分，它由閃爍晶體、光電倍增管和高壓電源組成。探測器的性能優(yōu)劣直接影響PET的整體性能好壞。目前有鍺酸鉍（BGO）及硅酸镥（LSO）等晶體。探測器晶體是組成探測器的關(guān)鍵部件之一，其主要作用是能量轉(zhuǎn)換，即將高能γ光子轉(zhuǎn)換為可見光子，再由光電倍增管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)一系列電子線路系統(tǒng)完成記錄。第四節(jié)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀性能優(yōu)良的探測器需滿足以下幾點(diǎn)要求：高探測效率高的空間分辨率高可靠性和穩(wěn)定性短分辨時(shí)間第四節(jié)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀第四節(jié)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀三、機(jī)架機(jī)架主要用來固定探測器及讓探測器在其上以某種方式運(yùn)動，根據(jù)探測器在機(jī)架上排列的陣列形狀，機(jī)架的中心孔可以是六角形或圓形的。按探測器在機(jī)架上的排列形狀和運(yùn)動方式，PET可分：固定型旋轉(zhuǎn)型旋轉(zhuǎn)—平移型擺動—旋轉(zhuǎn)型第四節(jié)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀四、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)是PET的重要組件，它控制所有的硬件設(shè)備，采集和組織數(shù)據(jù)，執(zhí)行各種誤差校正，重建斷層圖像，對圖像進(jìn)行處理和分析，顯示圖像和有關(guān)信息。PET的核心軟件還包括數(shù)據(jù)庫管理及操作、圖像顯示、圖像硬拷貝及文件存檔、文件格式轉(zhuǎn)換及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?。第五?jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備目錄一、SPECT/CT設(shè)備二、PET/CT設(shè)備三、PET/MRI設(shè)備多模式融合影像技術(shù)早期發(fā)現(xiàn)病變生物特征可視化協(xié)助治療決策評估療效與轉(zhuǎn)歸提供在體分子診斷疾病相關(guān)蛋白細(xì)胞結(jié)構(gòu)DNA,RNA,酶2CH1VLVHCkCH3HC受體，轉(zhuǎn)運(yùn)體，抗體SPECT/CTPET/CTPET/MRSPECT/CT設(shè)備第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備01SPECT/CT的基本結(jié)構(gòu)02SPECT/CT的優(yōu)勢第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備（一）SPECT/CT的基本結(jié)構(gòu)機(jī)架：SPECT/CT是將SPECT和CT兩種設(shè)備安裝在

同一個機(jī)架衰減校正：CT圖像提供的解剖結(jié)構(gòu)信息可以用于對SPECT圖像進(jìn)行衰減校正兩種融合方式：一個是配置低劑量CT的SPECT/CT另一個發(fā)展方向是配置具有診斷價(jià)值CT的SPECT/DCT第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備（二）SPECT/CT的優(yōu)勢提高了影像診斷的準(zhǔn)確性可以進(jìn)行半定量分析實(shí)現(xiàn)了個性化的診斷CT掃描，提升醫(yī)學(xué)影像檢查的效價(jià)比PET/CT設(shè)備第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備PET/CT的基本結(jié)構(gòu)01PET/CT優(yōu)勢02探測器：PET/CT探頭還是由分離的PET探頭和CT探頭組成，CT探頭在前，PET探頭在后。01掃描系統(tǒng)：將PET和螺旋CT整合在一臺機(jī)器中，通過一個較長的檢查床將兩個相對獨(dú)立的、共軸的設(shè)備單元相連接，兩個設(shè)備單元將保持一個合理的距離，以避免電磁干擾。02兩套系統(tǒng)可各自獨(dú)立使用或聯(lián)合使用，一次掃描可獲得PET、CT及PET與CT的融合圖像，達(dá)到了取長補(bǔ)短、信息互補(bǔ)的目的。03PET/CT的基本結(jié)構(gòu)第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勢融合：一次掃描過程中，實(shí)現(xiàn)功能與結(jié)構(gòu)圖像的同機(jī)融合?？梢燥@示病變部位的病理生理變化及形態(tài)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了1+1>2的效果，明顯提高了診斷的準(zhǔn)確性。PET/CT的優(yōu)勢第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備圖像融合+PETCTPET/CT第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備PET/MRI設(shè)備第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備PET/MRI臨床應(yīng)用貳PET/MRI的基本結(jié)構(gòu)壹PET/MRI優(yōu)勢叁第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備（一）PET/MRI的基本結(jié)構(gòu)1.

PET/MRI的四種模式分離式結(jié)構(gòu)：PET和MRI并列放置于兩房間，MR和PET之間使用一個公共轉(zhuǎn)運(yùn)床“穿梭系統(tǒng)”轉(zhuǎn)運(yùn)患者，將獲得的圖像進(jìn)行軟件融合。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)：PET與MRI按一定順序排列放置，類似于PET/CT中的串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，采用分步采集數(shù)據(jù)的方法。插入式結(jié)構(gòu)：PET探測器置于MRI設(shè)備內(nèi)。全身一體化PET/MR：將PET和MR有機(jī)組合在同一個機(jī)架內(nèi)，一次掃描即可同時(shí)完成全身PET和MR檢查。PET/MR的四種模式和發(fā)展歷程19972004200620092010+Imagefusion分離的PET+MR分體的PET+MR一體化PET/MR（小晶體）一體化PET/MR（大晶體）第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備（一）PET/MRI的基本結(jié)構(gòu)

2.PET光電倍增管(Photomultipliertube,PMT)傳統(tǒng)PET光電倍增管：MRI磁場可改變電子運(yùn)行軌跡進(jìn)而造成探測電子損失，因此PMT無法在磁場中正常運(yùn)行雪崩光電倍增管(Avalanchephoto-multiplier,APD)對磁場敏感度低，可以確保MR和PET之間互不干擾，PET的定量準(zhǔn)確度不受PET探測器的物理性能和發(fā)熱的影響，更能發(fā)揮PET/MR多參數(shù)的