第5章 5-1核医学成像系统

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1、医学成像技术第5章 核医学成像系统医学技术与工程学院医学成像技术2. 核医学的相关学科放射诊断学（diagnostic radiology）是利用X射线诊断疾病的学科；放射治疗学（therapeutic radiology）是利用核射线（X、 、-和中子流等）对疾病进行辐射治疗的学科； 放射医学（radiation medicine）是研究和应用核射线对生物的辐射效应、放射损伤的诊断治疗和放射卫生防护的学科； 医学影像学（medical imaging）是专门研究医学图象处理的学科，包括二维和三维的图象重建等。1.核医学（Nuclear Medicine）是一门利用开放型放射性核素诊断和治疗疾

2、病的学科。医学成像技术 X射线成像设备是由外部向人体发射某 种形式的能量，根据能量的衰减情况来 成像。 核医学影像设备则是向人体注射放射性 核素示踪剂，使带有放射性核素的示踪 原子进入人体内要成像的脏器或组织， 使它们变成射线源，然后通过测量放射 性核素在人体内的分布来成像。 核医学成像系统医学成像技术 利用射线作为探测手段，通过脏器内外或脏 器内的正常与病变组织之间的放射性浓度差别 揭示人体的代谢和功能信息. 先让人体接受某种放射性药物，这些药物聚集 在人体某个脏器中或参与体内某种代谢过程. 对脏器组织中的放射性核素的浓度分布和代谢 进行成像. 核医学影像不仅能得到人体脏器的解剖图像， 还可

3、得到生理、生化、病理过程等功能图像.医学成像技术 概述 核医学成像的基本原理和技术 照相机 单光子发射型计算机体层设备 PET主要内容医学成像技术 一 概述1. 核医学成像的特点2. 核医学成像的发展3. 核医学成像设备的分类及应用医学成像技术1. 核医学成像的特点 诊断依据是人体内的放射性强度分布。检测放射性浓度差别 ，显示静态或动态图像。不仅反映了人体组织、脏器和病变 的位置、形态和大小，而且提供了包括整体或局部组织功能 、脏器功能的每个微小局部变化和差别。 多种动态成像方式，能提供多种功能参数以反映机体及组织 的血流功能、代谢和受体等方面的信息。进行癌症的早期诊 断。 具有形态学检查无法

4、实现的一些特殊功能：可显示不同组织 类型的肿瘤、各种神经受体、炎症、转移灶等组织器官的影 像。 缺点是空间分辨率不够，不能精确地确定病灶的解剖位置。医学成像技术为了克服核医学设备分辨率不高的缺点，研究 人员将SPECT、PET与CT结合在一起，解决核医学图像不清楚的缺陷。 由于放射性药物的特异性成像，借助核素标记 ， PET可以在分子水平的微观研究和宏观的整体研究中建立起一座桥梁，被称为分子影像 。 医学成像技术2. 核医学成像的发展 20世纪3040年代，利用131I、32P等最简单的无机 化合物对甲状腺功能和疾病进行研究。 1951年，Cassen制造了第一台自动闪烁扫描机。 1952年，

5、Mewell等设计出扫描机的聚焦型准直器， 随后又产生了多种不同的扫描机，实现了对心、肾 、肝、胆功能的测定和肝、脾、甲状腺的扫描。缺 点：逐点扫描，速度慢。 1958年，Hal O.Anger研制出第一台照相机， 1966年用于临床。 20世纪70年代，相机实现数字化。PET，SPECT研 制成功。 1999年，GE公司推出PET/CT,实现了解剖成像与功 能成像的融合。医学成像技术3. 核医学成像设备的分类及应用成像设备照相机发射型计算机 体层（ECT）：快速拍摄内脏器官图 片，能从一系列连续的 图像中了解器官的新陈 代谢功能。单光子发射型计算 机体层（SPECT）正电子发射计 算机断层（

6、PET ）检测单光子 放射性药物 分布的设备检测正电子 放射性药物 分布的设备混合型检测设备正电子检测功 能的SPECT 多模式成像功 能的PETXCT (X射线计算机断层)是属于透 射式计算机断层, ECT(放射性核素 计算机断层)属于发射型计算机断层 （emission computed tomography,简 称ECT）。医学成像技术 照相机（闪烁照相机）是对体内脏器中的放射性核素分布进行一次成 像，并可进行动态观察的核医学仪器。灵敏度高、有效视野大、成像速度快；可反映脏器内放射性核素动态分布，用来诊断 甲状腺、脑、肺、肝、肾等病变及其动态功能。 SPECT利用相机在体外从不同角度来采

7、集体内某脏 器放射性分布的二维影像，而后经计算机数据处 理重建，并显示出三维图像。诊断率较普通的照相机高，但图像较粗糙。 PET速度快、实时性强、检测效率高、均匀性好；可进行解剖与功能成像（成像与功能性因素（ 血流、功能、代谢和引流等）有关）。医学成像技术 二核医学成像的基本原理和技术医学成像技术1 物理基础 基本概念：同位素、稳定性核素、不稳定核素、核 衰变、放射性、放射性核素。 p放射性同位素核衰变：衰变(粒子）、衰变（粒子） 、衰变（正电子或射线）。质子相同中子不同原子核不受外力 时，核内成分及能 级不发生变化。原子核需通过核 内结构或能级调整 才能达到稳定。医学成像技术放射性衰变的规律

8、 放射性衰变与周围环境如温度、压力、湿度等 的变化毫无关系 有一定的规律：即指数衰减规律 每一种放射性核素都有自己的衰变常数 放射性核素的衰变规律通常用半衰期表示T1/2物理半衰期、生物半衰期。问：在核医学成像中，为什么检测射线而不是其 他射线？163医学成像技术放射性同位素发射出的、线.用作体外照射、 腔内照射或组织间照射，也可用口服或静脉注射 将放射性核素注入人体，进行内用同位素治疗。X射线治疗机和各类加速器产生的不同能量的X射 线.只能用于体外照射。 各类加速器产生的电子束、质子束、中子束、负 介子和重离子束等.只能用于体外照射。 放射治疗用的放射源医学成像技术刀用于立体定向放射治疗刀是

9、将多个放射源静止性照射到 一点上，使该点的剂量很大，从而到达 治疗的目的。1968年第一台刀在瑞典问世，用 179个钴60源；1974年第二代刀用 201个钴60源，照射直径达430mm；八 十年代发展了第三代刀，用多个等 剂量医学成像技术2 辐射检测技术 核医学成像的首要问题：检测被检部位的放射 性核素浓度的分布，即利用检测装置提取核辐 射的强度和能量。 辐射线分为两类：带电粒子，可以利用带电粒 子对物质的电离激发的效应进行检测；不带电 的射线，对射线与物质作用所产生的次级带电 粒子进行间接检测。 射线属于低能级范畴，对它的检测主要采用 将低能量的光子与高原子序数的物质相互作 用，由于光电效

10、应产生出具有一定能量的光电 子，核医学成像主要是通过检测光电子来间接 检测光子。光电子具有的能量是单一的，反 映了光子的能量。医学成像技术准直器射线 核辐射 检测器光子电信号 核辐射检测基本过程准直器：PET（电子准直器），其他（机械准直器）。检测器：收集电离电荷的检测器（多丝正比室和半导体检 测器）；收集荧光的检测器（闪烁检测器）医学成像技术 三种检测器比较闪烁检测闪烁检测 器半导导体多丝丝正比室原理检测射线照射到闪烁 体内产生的荧光效应 。既可检测射线强度 ，又可检测射线能量 。图7-1.利用半导体材料中 的空间电荷区对高 能粒子辐射响应的 物理特性进行检测 。图7-2.气体检测器， 利用

11、光子与 惰性混合气体 产生的光电效 应进行检测。 图7-4.类类型NaI(Tl); Bi4Ge3O12(BGO); CsF; 锂漂移检测器；高纯锗检测器；碲化镉检测器。特点检测效率高，可检测 射线的强度和能量 。能量分辨率高、线 性响应好、脉冲上 升时间短、结构简 便。只适用于检测 较低能量的射 线，大多只能 拍摄浅表器官 的图像。医学成像技术 三照相机医学成像技术概述快速成像设备，可以在无需移动检测器的情况下， 快速地拍摄感兴趣的器官和大面积的人体图像。 照相机的探头可使用闪烁检测器、半导体检测器 或多丝正比室等，目前主要为闪烁检测器。按照设计及临床需要不同， 照相机可以分为3类 ： 移动式

12、照相机； 模拟式照相机和数字式照相机； 全身成像照相机。医学成像技术1. 基本结构与工作原理医学成像技术1照相机的基本原理 照相机是一种放射性核素快速成像 设备，把人体脏器内的放射性核素的 三维分布变成一张二维分布的图像或 照片。它不仅能提供静态图像，而且 可提供动态图像，了解血流和代谢过 程，是诊断肿瘤和循环系统疾病的重 要设备。医学成像技术照相机信号流程图医学成像技术2. 准直器n作用空间定位，使局限于某一空间单元 的射线通过准直孔进入检测器，而其他 部分的射线被准直器屏蔽。在核医学成像中，利用准直器可使 被检测部分的放射点与检测介质中的射 线作用点建立位置上的对应关系，起到 限制检测的空

13、间视野、对被检测部分的 空间定位、提高检测灵敏度以及提高空 间分辨率的作用。医学成像技术准直 器类型平行多孔型准直器针孔型准直器：适用于较浅表的小脏器、小病变的显像 张角型准直器：多与直径不够大的闪烁器配套用于全身检查聚焦型准直器:与大视野闪烁晶体配合适合于检查颅脑深部病变医学成像技术n 准直器的性能参数空间分辨率：表征对两个邻近点源加以区别的能力 ，通常以准直器一个孔的线源响应曲线的半峰值 全宽度作为分辨率的指标。越小越好。 灵敏度：S=106feE，f为所测射线的丰度； e为光电峰检测效率；E为准直器几何效率。适用的能量范围：与孔间壁厚度有关。0.3mm适合 低能射线检测；1.5mm中能；

14、2.0mm高能。a：孔长（准直器的厚度）；b：被检测 物与准直器外口的距离；c：准直器内口 与晶体的平均距离；d：外孔直径。医学成像技术3. 闪烁晶体将高能光子转换成低能的可见光。使用的晶体一般为碘化钠NaI晶体，晶体 形状有方形、矩形、圆形和六角形；晶体 的主要规格是大小和厚度。薄晶体接受的能量低，厚晶体接受的能量 高，但薄晶体能提高照相机的固有分辨 率。目前常用晶体的厚度是6.3mm。医学成像技术探测原理 射线入射到晶体上，使晶体原子激发。 退激回到基态，发射荧光。 一个一个光子产生多个荧光光子。 光电倍增管接受这些荧光，并将之转换为 电信号。 经过定位电路确定出入射光子的位置 放大、甄别

15、后，记录。医学成像技术 4. 光电倍增管（Photomultiplier，PMT ）阵列z作用：将可见光信号转换成电信号，使之成2n 倍数增加（n为倍增管中倍增极的数目），最 后由输出端输出一个放大的电脉冲信号。 z原理：医学成像技术电路信号处理和图像显示医学成像技术5. 相机的电路位置计算电路能量信号电路利用数字电路实现的位置计算延迟线时间变换法电阻矩阵式位置计算电路前置放大和主放大器脉冲高度分析器定标器和计数率仪医学成像技术4. 信号处理和图像显示z现代的数字式相机后继信号采用计算机处理。将探头输出的电脉冲信号进行数据采集、 A/D转换，得到数字信号，计算机对相机信号实现全数字化处理。z图像平滑、图像强化、图像四则运算、图像显示、细化分析、局部动态曲线的制造和分析。医学成像技术小 结核医学成像的类型和特点。 核医学成像的基本原理和技术：核辐射检测 基本过程，几种常用的检测器。 照相机：类型，主要结构，准直器（作用 、类型、性能参数），闪烁晶体和光电倍增 管的作用。医学成像技术 Thanks a lot!