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1、核医学仪器核医学仪器核医学仪器一般由两大部分组成核医学仪器一般由两大部分组成辐射探测器（辐射探测器（辐射探测器（辐射探测器（radiation detectorradiation detector）电子测量装置和电子测量装置和电子测量装置和电子测量装置和/ /或计算机装置或计算机装置或计算机装置或计算机装置最后以一定的方式进行显示。最后以一定的方式进行显示。 核探测仪器的基本原理n一.荧光现象n二.电离作用n三.感光作用放射性探测器的种类放射性探测器的种类n n( (一一一一) )闪烁型探测器闪烁型探测器闪烁型探测器闪烁型探测器-计数器计数器计数器计数器 相机相机相机相机（二）电离型探测器（二
2、）电离型探测器（二）电离型探测器（二）电离型探测器电离室（电离室（电离室（电离室（ionization chamberionization chamber），），），），正比计数器（正比计数器（正比计数器（正比计数器（proportional counterproportional counter）盖革计数器（盖革计数器（盖革计数器（盖革计数器（Geiger-Muller counterGeiger-Muller counter） （三）半导体探测器（三）半导体探测器（三）半导体探测器（三）半导体探测器碲锌镉（碲锌镉（碲锌镉（碲锌镉（Cadmium-Zinc-TellurideCadmium-
3、Zinc-Telluride，CZTCZT）（四）感光材料探测器（四）感光材料探测器（四）感光材料探测器（四）感光材料探测器感光材料感光材料感光材料感光材料n n一、一、闪烁探测器闪烁探测器n n闪烁探测器（scintillationdetector）实际上是一实际上是一种能量转换器，其作用是将探测到的射线能量转换成可种能量转换器，其作用是将探测到的射线能量转换成可以记录的电脉冲信号。主要部件由碘化钠（铊）以记录的电脉冲信号。主要部件由碘化钠（铊）NaINaI（TlTl）晶体、光电倍增管（）晶体、光电倍增管（PMTPMT）和前置放大）和前置放大器组成器组成核显像仪器核显像仪器n n核显像仪器经
4、历了四个发展阶段：线形扫描机、核显像仪器经历了四个发展阶段：线形扫描机、相机、相机、单光子发射计算机断层（单光子发射计算机断层（single photo emission single photo emission computed tomography, SPECTcomputed tomography, SPECT）、正电子发射计算机断）、正电子发射计算机断层仪层仪(positron emission computed tomography, PET) (positron emission computed tomography, PET) ；由逐点线形扫描到一次成像；静态成像到动态成像；
5、由逐点线形扫描到一次成像；静态成像到动态成像；局部成像到全身成像；平面成像到断层成像。局部成像到全身成像；平面成像到断层成像。n n二、核医学显像仪器二、核医学显像仪器n n（一）（一）扫描仪放射性核素扫描仪甲状腺扫描肝扫描肺扫描脑扫描部分脏器的扫描部分脏器的扫描 图象图象n n二、核医学显像仪器二、核医学显像仪器（二）照相机（camera）是核医学最基本的显像仪器，它由探头及支架、电子线路、计算机操作和显示系统组成相机相机n n结构：结构：n n1 1、探头：、探头：n n准直器准直器n n晶体晶体n n光电倍增管：光电倍增管：n n2 2、电子线路、电子线路n n放大器放大器n n脉冲幅度
6、分析器脉冲幅度分析器n n取样保持线路取样保持线路n n校正线路校正线路n n3 3、显示和照相、显示和照相n n通常显示在高分辨率的阴极示波器上或以通常显示在高分辨率的阴极示波器上或以X X光胶片光胶片或或n n彩色打印记录彩色打印记录光电倍增管屏蔽层晶体准直器探头可移动的可移动的照相机照相机脑脑r r照相照相肝胆系统肝胆系统r r照相照相肝脏肝脏r r照相照相肾脏肾脏r r照相照相甲状腺甲状腺r r照相照相部分脏部分脏 器的器的照照相图片相图片n n（三）单光子发射型计算机断层仪（SPECT）（singlephotonemissioncomputedtomography）是一台高性能的照相
7、机的基础上增加1.支架旋转的机械部分2.断层床3.图像重建（reconstruction）软件使探头能围绕躯体旋转360或180，从多角度、多方位采集一系列平面投影像，通过图像重建和处理，可获得横断面（transversesection）冠状面（coronalsection）矢状面（sagittalsection）平面显像断层显像动态显像动态显像SPECT成像原理成像原理1 1、单光子的产生、单光子的产生2 2、图像重建：、图像重建：11c1c2c3c487985c1+c2=5; c3+c4=11c1+c3=7; c2+c4=9c2+c3=8; c1+c4=8解方程组得：c1=2 c2=3C3
8、=5 c4=62356重建后图象如下：图像融合衰减校正衰减校正衰减校正衰减校正CTSPECT/PET同机同机同机同机图像融合图像融合图像融合图像融合 心脏专用SPECT/CT心脏专用SPECT正电子发射计算机断层仪（正电子发射计算机断层仪（positron emission computed tomography;PET） n nPETPET机不需利用铅准直器对射线的来源作定位，而是利机不需利用铅准直器对射线的来源作定位，而是利用两个相对应的探测器对湮没辐射的一对用两个相对应的探测器对湮没辐射的一对 光子作符合光子作符合测量。最常用的是排成一圈或多圈的多晶体探测器。每测量。最常用的是排成一圈或
9、多圈的多晶体探测器。每个晶体的视角包括环对面的多个晶体，根据一个晶体与个晶体的视角包括环对面的多个晶体，根据一个晶体与该晶体产生符合计数就可确定核素的该晶体产生符合计数就可确定核素的 投影投影 部位。这种部位。这种探测器由于免除了铅准直器的吸收和散射而具有较高的探测器由于免除了铅准直器的吸收和散射而具有较高的灵敏度和分辩率。此外，非符合的射线不被记录，从而灵敏度和分辩率。此外，非符合的射线不被记录，从而本底较低。许多晶体同时进行探测，亦即整个断层过程本底较低。许多晶体同时进行探测，亦即整个断层过程中每一晶体都多次收集射线。这些因素也使中每一晶体都多次收集射线。这些因素也使PETPET机的灵机的
10、灵敏度提高，每次断层的时间缩短敏度提高，每次断层的时间缩短1-21-2分钟甚至更快。分钟甚至更快。n n正电子湮灭正电子湮灭 n n两个光子沿着直线反方两个光子沿着直线反方两个光子沿着直线反方两个光子沿着直线反方向飞行向飞行向飞行向飞行n n几乎同时到达在这条直几乎同时到达在这条直几乎同时到达在这条直几乎同时到达在这条直线上的两个探测器线上的两个探测器线上的两个探测器线上的两个探测器n n符合探测符合探测 n n探测由电子对湮灭所产探测由电子对湮灭所产探测由电子对湮灭所产探测由电子对湮灭所产生的生的生的生的光子对来反映正光子对来反映正光子对来反映正光子对来反映正电子湮灭时的位置电子湮灭时的位置
11、电子湮灭时的位置电子湮灭时的位置n n符合事件符合事件(coincidence (coincidence event)event)：一个计数：一个计数n n在符合窗时间内探测到在符合窗时间内探测到在符合窗时间内探测到在符合窗时间内探测到的两个光子的两个光子的两个光子的两个光子PET/CTPET/CT是一个全新的系统是一个全新的系统是一个全新的系统是一个全新的系统PET影像（功能）CT影像（形态）一体化的机架系统一体化的机架系统一体化的检查床一体化的检查床一体化的操作工作站系统一体化的操作工作站系统不是简单的不是简单的“PET+CT”PET/MRImicro-PET/CTmicro-PET/SP
12、ECT/CT其它核医学仪器其它核医学仪器甲吸仪甲吸仪 肾图仪肾图仪 功能测定仪自动放免分析仪自动放免分析仪微粒子酶免疫放大发光分析技术：微粒子酶免疫放大发光分析技术：化学发光分析技术 时间分辨荧光分析技术：活度计液体闪烁计数器 探针探针表面污染检测仪放射卫生防护Radiation ProtectionRadiation Protection常用常用辐射剂量单位辐射剂量单位照射量(exposuredose)n n表示射线空间分布的辐射剂量，即在离放射源一定距离的物质受照射线的多少，以X射线或射线在空气中全部停留下来所产生的电荷量来表示。 n n国际单位为库仑库仑/ /千克千克(C/kg(C/kg
13、），简写为C（kg）-1。传统的单位是伦琴伦琴(roentgen,R)。吸收剂量（absorbeddose）n n单位质量的受照物质吸收射线的平均能量。n n国际单位是戈瑞戈瑞（gray，Gy），1 Gy表示1千克受射线照射物质吸收射线能量为1焦耳，简写为j(kg)-1。传统单位是拉德（rad）n n1 Gy100rad剂量当量剂量当量 （equivalentdoseequivalentdose）n n即使在吸收剂量相同的情况下，不同类型的辐射所产生的生物效应的即使在吸收剂量相同的情况下，不同类型的辐射所产生的生物效应的严重程度各部相同。用适当的修正因子对吸收剂量进行加权，使修正严重程度各部相
14、同。用适当的修正因子对吸收剂量进行加权，使修正后的吸收剂量更能反映辐射对机体的危害程度。后的吸收剂量更能反映辐射对机体的危害程度。H=D.Q.NH=D.Q.ND D为吸收剂量，为吸收剂量，QQ为品质因子，为品质因子，N N为其它修正因素的乘积为其它修正因素的乘积X,X,，电子，正电子，电子，正电子，Q=1Q=1 未知能量中子，质子，未知能量中子，质子，Q=10Q=10粒子、裂变碎片等，粒子、裂变碎片等，Q=20Q=20n n是衡量射线生物效应及危险度的辐射剂量，国际制单位是是衡量射线生物效应及危险度的辐射剂量，国际制单位是希沃特希沃特希沃特希沃特（sievertsievert，SvSv）。n
15、n旧制单位是雷姆旧制单位是雷姆（remrem），）， 1Sv=100rem1Sv=100rem。 n n原子核科学技术的迅速发展及其在各个领域的广泛应用，使得人类接触射线的机会日益增多。因此，放射防护的宗旨是为了保障放射性工作人员、公众及其后代的健康和安全，提高放射防护的效益，促进核技术的发展及放射工作的顺利进行。电离辐射来源电离辐射来源n n天然本底：天然本底：宇宙射线，地球辐射（环境中的天然放射性核素）。n n人工辐射源人工辐射源： 职业照射 医疗照射 环境的放射性污染。其它辐射n n在生活中人们也经常受到来自其它方面的照射，如佩戴夜光表、看电视，也会造成一定的剂量，但都不会对人体健康造成
16、危害。公众所受辐射照射比例（1993年）据联合国原子辐射效应科学委员会对正常地据联合国原子辐射效应科学委员会对正常地区天然本底的年平均吸收剂量估计区天然本底的年平均吸收剂量估计n n天然本底辐射天然本底辐射1mSv(100mrad)1mSv(100mrad)n n乘乘飞飞机机 0.11(0.11(乘乘超超音音速速飞飞机机往往返返太太平平洋洋的的吸吸收收剂剂量量为为20-30uGy)20-30uGy)n n使用磷肥使用磷肥 0.0110.011（含（含U-238,Ra-226U-238,Ra-226）n n燃煤火力发电燃煤火力发电0.0050.005（燃煤灰中（燃煤灰中226226Ra,Ra,2
17、38 238 U,U,228228 Th Th）n n核动力生产核动力生产 0.160.16n n核试验核试验 8.28.2n n医疗照射医疗照射 19.119.1n n带有辐射源的消废品带有辐射源的消废品 0.820.82合计：合计：合计：合计：128.406 128.406 128.406 128.406 uGyuGy 放射生物效应放射生物效应n n1.随机性效应n n2.确定性效应随机性效应随机性效应n n随机性效应发生几率随机性效应发生几率与剂量存在着线性、无阈的关系与剂量存在着线性、无阈的关系n n线性：发生几率与剂量成线性关系线性：发生几率与剂量成线性关系n n无阈：任何微小的剂量
18、都可能诱发无阈：任何微小的剂量都可能诱发随机效应随机效应n n随机性效应严重程度随机性效应严重程度与剂量无关与剂量无关主要表现形式为致畸和致癌。主要表现形式为致畸和致癌。主要表现形式为致畸和致癌。主要表现形式为致畸和致癌。确定性效应确定性效应n n确定性效应发生率：存在剂量阈值确定性效应发生率：存在剂量阈值n n阈值之内：确定不会发生阈值之内：确定不会发生n n超过阈值：确定会发生超过阈值：确定会发生n n严重程度严重程度n n超过阈值时超过阈值时n n剂量愈高则效应的严重程度愈大剂量愈高则效应的严重程度愈大n n主要表现形式为白内障、再障、不主要表现形式为白内障、再障、不主要表现形式为白内障
19、、再障、不主要表现形式为白内障、再障、不育等。育等。育等。育等。放射防护的目的n n防止一切有害的确定性效应防止一切有害的确定性效应。 是是基基于于任任何何照照射射都都将将产产生生一一定定的的危危害害，应应避避免一切不必要的照射的观点。免一切不必要的照射的观点。n n将将随随机机效效应应的的发发生生机机率率降降低低到到被被认认为为可可以以接受的水平接受的水平。放射防护的基本原则n n实践正当化实践正当化(justification) 核医学工作、核电站等n n放射防护最优化放射防护最优化 辐射剂量最低，利益最大n n个人剂量的限制个人剂量的限制 不超过国家规定的剂量限值。按按照照这这个个原原则
20、则就就可可以以使使放放射射工工作作的的危危险险度不高于其它行业。度不高于其它行业。放射卫生防护基本标准n n国家以法规形式颁布的标准国家标准。国家以法规形式颁布的标准国家标准。 国际放射防护委员会（ICRP）及国际原子能委员会(IAEA)发布有关放射防护标准，为各国制定标准的主要依据。基本限值n n放射工作人员的剂量限值放射工作人员的剂量限值n n剂量限值是经过长期累积或一次照射后，对机体损害最小和遗传效应的机率最低的剂量，放放射射工工作作人人员员可可以以接接受受的的上上限限，而而不不是是安安全全与与危危险险的的分分界界线线。剂量限值要考虑到随机效应与确定性效应。n n为防防止止有有害害的的确
21、确定定性性效效应应，任一器官或组织所受的年剂量当量不能超过下列限值： 26号及国家标准 ICRP第60号出版物职业照射剂量限值职业照射剂量限值1.连续5年平均有效剂量20mSv2.并且任何一个单一年份内不超过50mSv3.一年中眼晶体150 mSv，其它单个器官或组织500 mSvn n公众成员的剂量限值1.1.一年中为一年中为1mSv1mSv。2.2.特殊情况下，单一年份最大为特殊情况下，单一年份最大为5mSv5mSv，但连续，但连续5 5年年不超过不超过1mSv1mSv。3.3.一年中晶状体一年中晶状体15mSv15mSv。4.4.一年中四肢、皮肤一年中四肢、皮肤50mSv1.851012
22、 Bq （50 Ci）n n第二类 1.851011 Bq1.85x1012Bq (5-50 Ci)n n第三类 1.851011 Bq (1.85x10:1.85x1010 10 Bq(500mCi)Bq(500mCi)n n乙级乙级:1.85x10:1.85x107 7 BqBq1.85x101.85x1010 10 Bq(0.5-500mCi)Bq(0.5-500mCi)n n丙级丙级: :3.70x103.70x104 4BqBq1.85x101.85x107 7Bq(0.001-0.5mCi)Bq(0.001-0.5mCi)n n核医学科多为甲、乙级。核医学科多为甲、乙级。放射性工作
23、场所分区放射性工作场所分区n n控制区控制区n n在其中连续工作的人员一年内受到照射剂量可能超过年限值十分之三的区域在其中连续工作的人员一年内受到照射剂量可能超过年限值十分之三的区域。n n放射性核素或药物的贮存区、放射性废物贮存区，制备、分装放射性药物的操放射性核素或药物的贮存区、放射性废物贮存区，制备、分装放射性药物的操作室、给药室、治疗病人的床位区等作室、给药室、治疗病人的床位区等n n监督区监督区n n在其中连续工作的人员一年内受到照射剂量一般不超过年限值十分之三的区域。在其中连续工作的人员一年内受到照射剂量一般不超过年限值十分之三的区域。n n使用放射性核素的标记实验室、显像室、诊断
24、病人的床位区、使用放射性核素的标记实验室、显像室、诊断病人的床位区、非限制区非限制区n n在其中连续工作的人员一年内受到照射剂量一般不超过年限值十分之一的区域。在其中连续工作的人员一年内受到照射剂量一般不超过年限值十分之一的区域。n n办公休息单元的各房间、报告室、会议室等办公休息单元的各房间、报告室、会议室等外照射的防护措施n n时间、距离、屏蔽防护三原则。 受照剂量与放射活度、受照时间成正比，与照射距离的平方成反比。n n时间防护时间防护：尽可能缩短与放射源接触时间。尽可能缩短与放射源接触时间。n n距离防护距离防护：距离增加倍，剂量下降至距离增加倍，剂量下降至1/41/4。n n屏蔽防护
25、屏蔽防护：根据不同射线选择不同屏蔽物质根据不同射线选择不同屏蔽物质辐射防护的原则与措施辐射防护的原则与措施辐射防护的原则与措施辐射防护的原则与措施n n屏蔽屏蔽常见的辐射防护设备常见的辐射防护设备内照射防护内照射防护n n开放性放射源可能通过开放性放射源可能通过开放性放射源可能通过开放性放射源可能通过口、呼吸道、皮肤、伤口口、呼吸道、皮肤、伤口口、呼吸道、皮肤、伤口口、呼吸道、皮肤、伤口进入人体。进入人体。进入人体。进入人体。n n内照射防护的关键是重在内照射防护的关键是重在内照射防护的关键是重在内照射防护的关键是重在预防预防预防预防，尽一切可能防止放射性核，尽一切可能防止放射性核，尽一切可能
26、防止放射性核，尽一切可能防止放射性核素进入体内，把放射性核素的年摄入量控制在国家规定的素进入体内，把放射性核素的年摄入量控制在国家规定的素进入体内，把放射性核素的年摄入量控制在国家规定的素进入体内，把放射性核素的年摄入量控制在国家规定的限值以内。限值以内。限值以内。限值以内。 内照射防护预防性措施为主预防性措施为主n n开放性放射工作场所的选址与设计n n工作场所的合理布局：三区制（控制区、监督区、非限制区）n n围封n n保洁和去污n n个人防护n n环境监测 防护用具，工作场所（地面，操作台面）防护用具，工作场所（地面，操作台面）n n废物处理 n n安全操作技术安全操作技术 准备充分、操
27、作熟练、注意防护、避免污染。n n去污技术去污技术 原则：去污及时、防止扩散、合理选用去污技术和去污剂、去污时也要注意放射防护。放射性废物处理n n废水废水：废水贮存系统贮存衰变，低活度稀释排放；n n废物废物：放置衰变；n n废气废气：低活度可大气稀释。短T1/2（15天）一般放置个半衰期后可按非放射性废物处理。不同射线的防护原则不同射线的防护原则射线的屏蔽防护n n质量大，电离本领强，易被屏蔽物质吸收，在物质中射程短，穿透力弱，一旦进入体内将会造成明显的局部效应。n n5MeV的在空气中的射程为3.5cm 在纸中射程 0.004cm 生物组织 0.00043cm 皮肤角质层 0.007cm
28、射线的屏蔽防护n n主要通过电离或激发损失能量。主要通过电离或激发损失能量。主要通过电离或激发损失能量。主要通过电离或激发损失能量。n n能能能能量量量量较较较较高高高高时时时时，通通通通过过过过原原原原子子子子序序序序数数数数较较较较高高高高的的的的物物物物质质质质时时时时，轫轫轫轫致致致致辐射产生机率增大，辐射产生机率增大，辐射产生机率增大，辐射产生机率增大，n n射射射射线线线线在在在在穿穿穿穿透透透透一一一一定定定定厚厚厚厚度度度度的的的的物物物物质质质质时时时时，能能能能量量量量逐逐逐逐渐渐渐渐耗耗耗耗尽尽尽尽，最终将被物质吸收，这就是最终将被物质吸收，这就是最终将被物质吸收，这就是
29、最终将被物质吸收，这就是粒子的最大射程。粒子的最大射程。粒子的最大射程。粒子的最大射程。n n用低用低用低用低Z Z Z Z物质防护物质防护物质防护物质防护。如塑料、有机玻璃等如塑料、有机玻璃等如塑料、有机玻璃等如塑料、有机玻璃等。射线的屏蔽防护n n穿透力强，与物质相互作用时其强度随屏蔽材料厚度减弱并服从指数衰减规律屏蔽或X射线常用的材料n n高Z高密度的金属材料：铅、铁、钨等；n n通用的建筑材料：混凝土、砖、土等。核医学工作放射防护的特点除了外照射防护外，更要注意内照射防护；除了工作场所防护外，要邻近地区环境的保护，如三废的处理等；除了注意病人诊疗期间、动物试验期间的防护外，应考虑诊疗以后或实验工作的防护与处理。思考题思考题1：1.1.放射性探测器的基本探测原理？放射性探测器的基本探测原理？2.2.在下图中标出在下图中标出 相机或相机或ECTECT探头各主要部件的名称，并简述探头各主要部件的名称，并简述其作用。其作用。 C屏蔽层 B A探头思考题思考题2：1.1.辐射防护的基本原则是什么？辐射防护的基本原则是什么？2.2.放射工作人员和公众的放射剂量基本限值各是多少？放射工作人员和公众的放射剂量基本限值各是多少？3.3.外照射防护的主要措施有哪些？外照射防护的主要措施有哪些？
