1、核医学仪器,南方医院核医学科 黄凯 电话： E-mail：,核医学仪器发展简史,井型晶体闪烁计数器 闪烁扫描机,照相机,PET SPECT,PET/CT SPECT/CT,闪烁扫描机,核医学仪器的基本原理,核医学仪器概述 核医学仪器的基本原理 重点内容：闪烁探测的原理,核医学仪器的定义,核医学科用于探测记录放射性核素放出射线种类、数量、能量、时间变化和空间分布的一系列设备仪器的总称,核医学仪器的特点,探测记录放射性核素放出射线 不是一个发射射线的装置 而是一个接收探测射线的装置,核医学显像的特点,核医学显像仪器不同于X显像仪器：是将放射性核素引入体内，通过探测受检者体内发出的射线进行成像的,常
2、用核医学仪器,照相机（camera）,平面显像,SPECT单光子发射型计算机断层仪 (Single-Photon Emission Computed Tomography),PET-正电子发射型断层仪 Positron Emission Tomography,正电子显像,功能测定仪器,多功能测定仪,体外测定核医学仪器,样品测量体外放射免疫分析仪,放射性活度测量: 活度计,辐射防护仪器,核医学仪器的基本原理,放射性探测的依据,把不可见变为可见需要转换，探测射线的过程就是个能量转换的过程。 利用射线和物质的相互作用，射线与物质作用后会损失能量，而物质会获得能量进而产生各种效应，利用这些效应就可以探
3、测射线。,物质与射线的效应,仪器由两大部分组成,探测器的种类,闪烁型探测器（scintillation detecter) 电离型探测器 ( ionization detecter) 半导体探测器 (semiconductor detecter) 感光材料探测器(sensitive material detecter),闪烁探测探头的基本结构,闪烁体（scintillator）,闪烁体：能有效地吸收光子，并能在极短的时间内（小于10-6 s）发射出强度正比于所吸收射线能量的闪烁光子。 常用闪烁体： ray:碘化钠晶体NaI（Tl） + ray:碘化钠晶体NaI（Tl） 、锗酸铋（BGO）晶体、
4、硅酸镥（LSO）晶体等,荧光在光电倍增管光阴极经光电转换产生光电子 光电子在电场中加速并趋向阳极，经聚焦轰击多个倍增电极，直至将电子数可增加105108倍，并在阳极上形成一个瞬间负电压脉冲。,2. 光电倍增管（photomultiplier tube PMT）,核探测器的电子学线路,电子学线路包括放大器、脉冲高度分析器、计数定量、记录显示及供电线路等等放大器 （amplifier ） 脉冲高度分析器（Pulse Height Analyzer，PHA）,放大器 （amplifier ）,前置放大器 (preamplifier ） 提高信噪比，提高灵敏度等作用 主放大器(main amplifi
5、er ） 对放大、整形、倒相的电子学线路,脉冲高度分析器 (Pulse Height Analyzer，PHA）,脉冲高度分析器是一种电压比较器 高于阈值电压则输出恒定信号给后电路 输入脉冲的电压和射线能量成正比 间接地鉴别了射线能量的高低,Scattered in The patient“Scatter”,Scattered in The Crystal “Compton”,Fully Absorbed in The Crystal “Photo-Peak”,Scattered photon absorbed in Crystal “Full Deposition”,Cross Sectio
6、n for Full Energy Deposition,散射校正,设定能峰,脉冲高度分析器,脉冲高度分析器 (Pulse Height Analyzer，PHA）,单道脉冲高度分析器,功能测定仪器,甲状腺功能测定仪,甲状腺功能测定仪肾功能测定仪多功能测定仪探针,肾功能测定仪,多功能测定仪,探针,体外样本测量仪器,体外样本测量仪器,免疫计数器,液体闪烁计数器,活度计,辐射剂量监测仪是专门用于放射性工作场所的剂量监测装置，具有剂量率、累计剂量测量、超剂量声光报警、阈值记忆和多点扫描数据管理等功能。,辐射防护仪器,表面污染检测仪,便携式剂量仪,热释光个人剂量仪,核医学显像仪器与X线显像仪器的区别,
7、照相机,1957年，由Hal Anger研制成功，因此，也称为Anger型照相机(- Camera),照相机的组成： 准直器（collimator） 闪烁晶体 光电倍增管（PMT） 预放大器、放大器 X、Y位置电路 总和电路 脉冲高度分析器（PHA） 显示或记录器件等,一、准直器,4.准直器的类型,第三节 SPECT及SPECT/CT,一、SPECT,SPECT：Single Photon Emission Computed Tomography 单光子发射型电子计算机断层,照照相机与电子计算机技术相结合发展起来的一种核医学显像检查仪器，在照相机平面显像的基础上，应用电子计算机技术增加了断层显
8、像功能 主要提供组织器官的功能和代谢变化信息,组成：探测器（探头）、机架、检查床和图像采集处理工作站 探头是SPECT的核心部件，探头数通常为13个,（一） 单探头SPECT,（二） 双探头SPECT,（三）三探头SPECT,（四）双探头符合线路断层显像仪,二、SPECT/CT,（一）SPECT/CT,SPECT和CT两种成熟技术相结合形成的一种新的核医学显像仪器 实现了SPECT功能代谢影像与CT解剖形态学影像的同机融合 一次显像检查可分别获得SPECT图像、CT图像及SPECT/CT融合图像 可以采用X线CT图像对SPECT图像进行衰减校正,（二）SPECT与CT结合的两种方式,SPECT
9、和CT位于同一机架：在SPECT探头机架上安装一个X线球管，对侧安装探测器 SPECT与CT位于不同的机架：在SPECT机架后再并排安装一个高档螺旋CT,SPECT/CT,三、SPECT的图像采集,（一）采集方式,静态采集与动态采集 平面采集与断层采集 局部采集与全身采集 门控采集,（二）断层采集,SPECT探头绕患者旋转180360 每隔一定角度（36）采集1帧图像 获得靶器官各个方向的放射性分布信息 经过电子计算机重建断层图像。,SPECT的图像采集（1）,设定是单核素还是多核素采集方式：可设置13个能量窗 确定图像矩阵：矩阵越大，分辨率越高（但不能过大）；最佳像素大小等于1/2 FWHM
10、。,SPECT图像信号量小，它不能象CT一定设定很高的矩阵（512x512)，一般只能设定为128x128或64x64,SPECT的图像采集（2）,采集类型：1.静态采集2.动态采集3.门控采集4.全身扫描5.断层采集,SPECT图像静态采集,预置计数或预置时间采集，最后由存入众像素 中的总信息量组成一帧影像。,甲状腺静态采集,在机体内引入放射性显像剂后在特定的时间进行显像,肾动态显像,静脉注射放射性核素标记的显像剂后动态采集，显示显像剂在某个脏器或局部的动态变化过程,20s/帧,SPECT图像全身扫描采集,根据身体指定部位的计数率，自动确定床速或探头移动的速度，从头到脚或从脚到头的采集,SP
11、ECT图像断层采集,在计算机控制下探头围绕靶器官旋转180或360度，帧/36 ，采集64或128帧投影，进行图像重建，最后形成靶器官的三维断层图像。,SPECT的图像采集（3）,采集模式：溢出(overflow)概念：当像素中累积计数达到空间极限，称为饱和，此时不仅不能贮存记 录新信息，原计数值也将回到0字节模式（byte mode）：指每个像素的深度为1个字节.其储存空间为28256字模式（word mode)：指每个像素的深度为2个字节，其储存空间21665536,在探头的对侧设置放射源，利用放射源发射出的射线由患者体外穿透人体，在SPECT探头上成像。 在同一台SPECT上同时获得透射
12、(transmission)图像和发射(emission)图像，从透射图像求得被显像部位的三维衰减系数分布图，对发射型断层图像进行衰减校正。 目前，SPECT/CT可采用X线进行图像衰减校正。,显像用放射性核素射线的能量主要在80500keV之间 人体组织的衰减(Attenuation)对投影值有较大影响。 SPECT断层重建算法忽略了组织对射线的衰减作用，使图像定量不准，出现伪影。 图像衰减校正(Attenuation Correction，AC)是解决人体衰减的主要方法。,五、图像的衰减校正,重建方法：,四、SPECT的图像重建,反投影重建按照投影方向把投影数据反投向来的方向。,滤波反投影重建用滤波函数去除反投影重建图像伪影。,给待求断层图像赋予一个初始估计值 根据初始值计算出理论投影值 将它和实测投影值进行比较，计算出每个像素的修正量，对初始图像进行修正 然后再根据新的断层图像估计值计算理论投影值，与实测投影值比较，再次修正断层图像估计值。 接着是第三次循环、第四次循环。,SPECT/CT (Hawkeye),SPECT/CT：将SPECT和CT整合在一起实现功能和解剖影像的融合,（四）双探头符合线路断层显像仪,
