医学影像学课件放射性核素显像精美医学课件

2、量少,灵敏度高,二、核素示踪,基本根据,放射性核素衰变时发射射线，利用高灵敏度放射性测量仪器可对其标记物质进行精确定性、定量及定位测量。,同一元素的同位素有相同化学性质，在生物体内生物化学变化过程完全相同，生物体不能区别同一元素的各个同位素，可用放射性核素来代替其同位素中的稳定性核素。,核素示踪技术的优越性,灵敏度高,测量方法简便,医学科学中应用广泛,射线直接体外测量,放射性示踪物质示踪量极少,不干扰机体正常生理生化过程,准确性高,放射性测量,10-14-10-18g,二、核素示踪,三、放射性制剂,放射性制剂(放射性药物),核医学诊断治疗,显影剂(imaging agent),RNI影像诊断,

3、NaI中的131I,氟l8F脱氧葡萄糖,仅有示踪和辐射粒子作用,性质由其标记物决定,第二节原子核的放射性,一、放射性衰变规律,二、放射性活度 (radioactivity),三、递次衰变,四、放射平衡,五、放射性核素发生器基本原理,六、放射性计数统计规律,一、放射性衰变规律,指数衰减规律,衰变常数,半衰期 (half life),描述放射性核素衰变快慢物理量,单位 s-1,特定能态放射核的数量自发核衰变减少到原来核数一半所需的时间,有效半衰期,平均寿命,人体内放射性核素总减少量,放射性核素平均存在时间,单位 s,则,一、放射性衰变规律,人体排泄作用使核素数量按指数规律减少对应一个衰变常数称

4、生物衰变常数,二、放射性活度 (radioactivity),单位时间内衰变的原子核数,放射性活度,单位,贝可(勒尔) Bq 1Bq=1s-1,居里（1Ci=3.71010Bq）,毫居里(mCi) 微居里(Ci),核素一定，一定，AN,在体外测得活度值正比于体内对应位置放射性核素数目,核素显像基本原理之一,两种核素N相同不同,短寿命核素的活度大,A一定,满足体外测量一定活度放射性核素寿命越短，所需数量越少,临床应用短寿命核素的原因,二、放射性活度 (radioactivity),三、递次衰变,第一代子核B衰变速率,递次衰变,第二代子核C稳定,第二代子核C不稳定,第i代子核衰变规律,三、递次衰

5、变,四、放射平衡,1.暂时平衡,子核数量按母核衰变规律变化两者数目保持与t无关的暂时固定的比例。,各代核的数量比与时间无关,放射平衡,且,子核B数目达到最大值,最大值,时刻,四、放射平衡,2.长期平衡且时间足够长t7T2,1N1=2N2 A1 =A2,四、放射平衡,对于多代的情况，只要母核半衰期远大于子核，则会出现这种长期平衡。整个系列达到长期平衡时，各代活度均相等。,母核半衰期比子核长得多，观察时间足够长，子核数目及活度达到饱和，其活度与母核相等。,四、放射平衡,3.不成平衡,母核半衰期远小于各代子核，经一定时间后，母核几乎全部转变为子核。其后，子核按自己的方式衰变。,四、放射平衡,五

6、、放射性核素发生器基本原理,1.核素发生器中的放射平衡,母子体核素达到暂时平衡,足够长时间,分离子核获得子核最大放射性活度,当t不是很大时,母子体系会达到长期平衡,五、放射性核素发生器基本原理,1.核素发生器中的放射平衡,2.子核提取,子体核素放射性最大时，对子核进行提取,暂时平衡时,长期平衡是时,子核提取后，母子核体系处于不平衡状态下一个或又可对子核提取,“母牛” “挤奶”,五、放射性核素发生器基本原理,六、放射性计数统计规律,计数测量对象、环境不变，多次计数测量数值大小在一个数值上下起伏的现象,1.放射性计数的统计涨落,2.放射性计数的统计规律,放射性计数是大量随机事件统计平均的一

7、种结果,计数较大趋向高斯分布,计数频数呈泊松分布,偶然误差的对称分布,第六节照相机和SPECT,变异系数CV,一次测量,计数N,标准差s,s和CV反映测量值离散程度,重复测量结果68出现在N-s到N+s之间,一次性计数表示,六、放射性计数统计规律,计数率,标准误差,相对标准误差,计数率可表示为,六、放射性计数统计规律,可信度68%,根据误差传递法则,实际测量存在本底计数,净计数率,总计数率本底计数率,计数率n出现在到之间的概率,六、放射性计数统计规律,第三节原子核反应,一、核反应的一般概念,二、中子及分类,三、中子核反应,四、医学放射性核素的来源,核反应,具有一定能量的粒子如氦核3H

8、e或4He() 氘核2H(d)、质子(p)、中子(n)、光子()等轰击原子核(靶核)，使之转变为另一原子核,重核裂变,重原子核经中子轰击分裂为质量大致相等两部分和到个中子，同时放出大量热量,中子轰击235U反应,一、核反应的一般概念,一、核反应的一般概念,按入射粒子种类分,中子核反应、质子核反应、光反应轻离子核反应、重离子核反应,按入射粒子能量分,按靶核的质量分,轻核反应(A30)、中核反应(3090),低能核反应(1GeV),2. 核反应的类型,3.电子对湮灭,衰变中产生的大约在1.5mm之内的范围内与电子发生湮灭。据能量守恒和动量守恒，电子对湮灭过程中，必然产生一对飞行方向相反、能量为0.

9、511MeV的光子即双光子。,所有核反应过程同核衰变一样严格遵守质量(能量)守恒、动量守恒、电荷数守恒等守恒定律,一、核反应的一般概念,二、中子及分类,不带电穿透强易衰变(T=12min),热中子(E1eV),中能中子(1eVE0.1MeV),快中子可由易裂变核素如233U、235U、239Pu 、 241Pu等产生。,快中子同含有一定量轻原子核(1H、2H、12C、9Be)的物质中的轻原子核碰撞，通过能量传递、速度减慢，直至与周围介质分子热运动达到平衡。,中子性质,分类,三、中子核反应,中子与原子核相互作用,中子核反应,首先获得中子源,自然界不存在自由中子,利用反应堆提供高通量中子流

10、照射靶材料生产放射性核素,四、医学放射性核素的来源,1.反应堆生产放射性核素,化学处理后生产出医用放射性核素,以235U和239Pu为核燃料的反应堆,(n,f)裂变反应,裂变过程中产生的中子(n)来轰击靶物,(n,)、(n,p)、 (n,)、(n,2n)等核反应,丰中子核素,第二节原子核的放射性,2.回旋加速器生产医用放射性核素,短和超短寿命贫中子核素,回旋加速器加速,带电粒子p、d、3 He,轰击靶物质,产生核素,化学分离,高纯度的放射性核素,衰变电子俘获,照相机、SPECT和PET显像,四、医学放射性核素的来源,3.放射性核素发生器生产医用放射性核素,以长半衰期母体核素和短半衰期

11、子体核素的“衰变生长”关系为基本原理,“母牛”装置,最常用,四、医学放射性核素的来源,第四节射线探测,一、射线能谱,二、闪烁计数器,三、脉冲幅度分析器,射线射在NaI(Tl)晶体上，产生光电子、康普顿散射电子等次级电子，这些电子在闪烁能谱仪中形成计数，得到脉冲高度分布曲线(脉冲高度谱),每一种放射性核素都有自己特有的辐射能谱,测出射线能谱鉴定和分析放射性同位素,射线能谱,闪烁体碘化钠(NaI(Tl)晶体,光电峰能量最大的峰,表示核素的特征,第二节原子核的放射性,一、射线能谱,99mTc的射线能谱,一、射线能谱,临床医学测量射线能谱主要意义,测定放射性同位素特定能量射线的计数率,检定

12、放射性同位素或放射性药物,提高诊断结果的准确性,避免康普顿散射射线及其他射线干扰,与标准比较,异常光电峰,混有杂质,一、射线能谱,二、闪烁计数器,射线晶体内产生荧光，光导和反射器组成的光收集器将光子投射到光电倍增管光阴极上，击出光电子，光电子在光电倍增管内倍增、加速在阳极上形成电流脉冲，电流脉冲高度与射线能量成正比，电流脉冲个数与辐射源入射晶体的光子数成正比，即与辐射源的活度成正比。,测量原理,闪烁体（NaI(Tl)晶体）,光电倍增管,闪烁计数器的组成,二、闪烁计数器,光学收集系统,反射层,光学耦合剂,光导,二、闪烁计数器,光电倍增管,三、脉冲幅度分析器,1.脉冲幅度甄别器,每一种放射性核

13、素都有自己特有的辐射能谱。闪烁计数器产生的电流脉冲幅度和辐射光子能量成正比，测出脉冲幅度与计数关系曲线就等于测出辐射能谱。,高于阈值的脉冲通过并计数,剔出低于阈值的脉冲，逐步改变甄别阈值大小可以得到计数率随甄别阈值的变化曲线。,第二节原子核的放射性,三、脉冲幅度分析器,脉冲幅度甄别器原理,2.单道脉冲幅度分析器,3.多道脉冲幅度分析器,直接测出幅度在VV+V之间脉冲计数,两个甄别器,差值V叫道宽。,下限甄别器甄别阈值V,上限甄别器阈值V+V,多个脉冲分析器,一次测量得出一个单道脉冲幅度分析器多次测量的结果,三、脉冲幅度分析器,第五节准直器,一、准直器的作用,二、准直器的技术参数,一、准直器

14、的作用,准直器(collimator),仅局限于某一空间单元的射线能进入闪烁计数器，其他区域射线不得进入，排除干扰成像的射线,建立放射性核素与图像的空间对应关系。,准直器(collimator),仅局限于某一空间单元的射线能进入闪烁计数器，其他区域射线不得进入，排除干扰成像的射线,建立放射性核素与图像的空间对应关系。,一、准直器的作用,一、准直器的作用,视野(FOV),射线在准直器的作用下直接射入晶体的区域,视野以外射线不能到达的区域,屏蔽区,视野(FOV),射线在准直器的作用下直接射入晶体的区域,视野以外射线不能到达的区域,屏蔽区,一、准直器的作用,1.灵敏度(sensitivity),射线

15、通过准直器的效率,准直器的探测效率,取决于准直器几何尺寸（孔径、长度、焦距）,2.空间分辨力,分辨两线源或点源的最小距离的倒数,定量评价,调制传递函数(MTF),两线源分辨距离R,半峰宽度(FWHM),二、准直器的技术参数,两线源分辨距离 R,两线源平行放置，用一带准直器探测器在垂直线源方向逐点探测计数，获得探测计数与探测位置的响应曲线。,线源相距较远,两个峰值,对应线源位置,线源距离恰可分辨,峰曲线叠加,一峰曲线最小值恰好落在另一峰曲线最大值位置上,二、准直器的技术参数,2.空间分辨力,2.空间分辨力,二、准直器的技术参数,半峰宽度(FWHM),带准直器探测器沿垂直线源方向逐点计数获得的响应曲线最大值一半处的曲线宽度,F 准直器焦距,d0 准直器孔径,L 准直器宽度,2.空间分辨力,系统将实物对比度MS转成图像对比度MI的传递效果,调制传递函数,系统将实物对比度MS转成图像对比度MI的传递效果,二、准直器的技术参数,2.空间分辨力,调制传递函数,空间频率较低,投影函数为周期变化的矩形波,

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