医学影像设备医学影像设备 ECT 主主 要要 内内 容容•ECTECT概论概论•放射性药物放射性药物•SPECTSPECT的基本结构及成像原理的基本结构及成像原理•SPECTSPECT采集、处理、显示技术采集、处理、显示技术•SPECTSPECT系统参数与质量控制系统参数与质量控制 •高能正电子显像技术高能正电子显像技术欢欢欢欢 迎迎迎迎 随随随随 时时时时 提提提提 问问问问 第一节第一节 E C T 概 论 (emission computed tomography outline) PE: 视, 触, 叩, 听Blood workX-ray pictureUSXCTMRI……诊断方法诊断方法 伽玛射线伽玛射线什么是核医学什么是核医学(Nuclear medicine)? 核医学是将放射性核素用于医学诊断和治疗的一门学科核医学是将放射性核素用于医学诊断和治疗的一门学科! ! 临床核医学临床核医学诊断核医学诊断核医学体内诊断核医学体内诊断核医学体外诊断核医学体外诊断核医学治疗核医学治疗核医学放射性核素显像放射性核素显像非影像检查法非影像检查法实验核医学实验核医学核医学核医学核医学的分类核医学的分类 放射性核素显像放射性核素显像SPECTPETSPECTSPECT(singe(singe photon emission computed tomography photon emission computed tomography) ) 单光子发射型计算机断层。
单光子发射型计算机断层PET(PET(positronpositron emission tomography emission tomography) ) 正电子发射型计算机断层正电子发射型计算机断层 PETPET/CTSPECTSPECT/CT图像融合型的设备已成为主流！图像融合型的设备已成为主流！ 一一 核物理基础核物理基础 基本概念基本概念–核素 (nuclide) ：凡核内具有相同的质子数（P）、中子数（N） 以及相同能量状态的原子为同一种核素–同位素 (isotope)：凡质子数（P）相同，而中子数（N）不同的核素，彼此互为同位素在元素周期表中， 同位素处于同一位置如 1H 2H 3H–同质异能素 (isomer) :质子数（P）相同、中子数（N）相同，而能量状态不同的核素，彼此互为同质异能素如 99mTc, 99Tc 基本概念基本概念•稳定性核素 ： 凡核素的半衰期大于1018年的核素，为稳定性核素 •放射性核素 ： 凡核的素半衰期小于1018年 的核素，为放射性核素 （（biological half life））（（physical half life））（（effective half life）） 基本概念-核衰变•核衰变规律：N=N0e-λt•衰变常数λ：单位时间核衰变的几率。
•放射性活度（radioactivity）： 单位时间内原子核的衰变数量•单位：贝克(Bq), 居里(Ci) 1Ci=3.7 x 1010Bq 1贝克：放射性核素在1秒钟内发生1次衰变 二、ECT与XCT 异同 •穿透型穿透型CT TCT(XCT) （（TRASMISSION））•发射型发射型CT ECT (EMISSION) 单光子单光子CT SPECT 正电子正电子CT PETC T ECT与XCT异同1、采用的射线不同； CT:CT:X射线，SPECTSPECT：：γ射线 2、成像原理不同；3、影像的重建参数和诊断依据不同 XCT 衰变系数 组织的物理密度变化 ECT 放射性浓度变化 组织的代谢功能差异4、影像构成成分不同；5、空间分辨率不同； XCT机:1－3mm ECT机:4－10mm6 、功能不同； XCT －－精细解剖结构 ECT－－功能显像＋解剖结构7 、电离辐射损伤不同；8 、探测技术都采用闪烁探测技术；9、影像重建技术都采用滤波反投影法。
探测器探测器 γ射线射线X 射线射线显像原理比较显像原理比较CT: :利利用用外外来来的的利利用用外外来来的的X射射线线作作为为放放射射源源穿穿透透人人体体，，由由于于正正常常和和病病变变组组织织的的物物理理密密度度不不同同，，病病变变组组织织的的物物理理密密度度不不同同，，构构成成一一副副反反应应人人体体组组织织密密度度构构成成一一副副反反应应人人体体组组织织密密度度差差异异的的解解剖剖图图像像差差异异的的解解剖剖图图像像SPECT：：利用注入体内的放利用注入体内的放利用注入体内的放利用注入体内的放射性药物发出的射性药物发出的射性药物发出的射性药物发出的γ光子成像；光子成像；放放放放射药物可选择性聚集在特定的组射药物可选择性聚集在特定的组射药物可选择性聚集在特定的组射药物可选择性聚集在特定的组织器官或病变部位中，使该脏器织器官或病变部位中，使该脏器织器官或病变部位中，使该脏器织器官或病变部位中，使该脏器或病变与邻近组织之间有放射性或病变与邻近组织之间有放射性或病变与邻近组织之间有放射性或病变与邻近组织之间有放射性浓度差，构成一副反应人体器官浓度差，构成一副反应人体器官浓度差，构成一副反应人体器官浓度差，构成一副反应人体器官组织功能的解剖图像。
组织功能的解剖图像组织功能的解剖图像组织功能的解剖图像 三、S P E C T 特特 点点 a、、同时显示脏器和病变的功能同时显示脏器和病变的功能 及解剖结构；及解剖结构； b、可进行活体的分子水平研究（分子核、可进行活体的分子水平研究（分子核 医学）；医学）； c、、定量计算脏器体积及功能；半定量分析定量计算脏器体积及功能；半定量分析 局部血流量；局部血流量； d、、疾病的早期诊断；疾病的早期诊断； E、细微结构的精确显示不足、细微结构的精确显示不足其他影像检查无其他影像检查无法替代！！！法替代！！！ 1895 X-Ray1892-2002年年110 年单一影像年单一影像解剖结构水平解剖结构水平时间时间诊断、指导治疗诊断、指导治疗 预防、诊断和治疗预防、诊断和治疗医医学学影影像像技技术术 今天今天功能分子影像功能分子影像组织、细胞水平组织、细胞水平4D U/SPETSPECT-PET/CTNano-TechGenetic Records 未来未来全新的影像模式全新的影像模式分子、基因水平分子、基因水平Handheld Laboratories 脑部不摄取放射性血流灌注显像剂是脑死亡的脑部不摄取放射性血流灌注显像剂是脑死亡的有力证据。
该项诊断具有法律效率有力证据该项诊断具有法律效率 疾病的发生发展时序及各种影像的诊断能力疾病的发生发展时序及各种影像的诊断能力分子影像分子影像功能影像功能影像 f - MRMR/CT灵敏度灵敏度 （（mol））解剖显像解剖显像 10－－3 功能解剖显像功能解剖显像 10－－5功能显像功能显像 10－－9分子显像分子显像 10－－13表达异常表达异常代谢异常代谢异常功能异常功能异常结构改变结构改变临床表现临床表现 四、四、SPECT的发展史的发展史•Scanner 1950年 Casson •-Camera 1956年 Anger•电子计算机+γ照相机 1970年•SPECT 1979年 Kuhl,etal•SPECT设备发展 1、单探头机发展至双或三探头机 2、 SPECT-XCT 3 、 SPECT-PET (XCT) SPECT应用发展应用发展美国：1989年耗资2.5亿购买800台， 普及县级医院。
中国：1983年首次从美国引进四台， 88年44台， 91年56台， 2002-11-18为423台， 2008-2为786台 P E T CBGO探测晶体探测晶体C2D+3D采集，重建采集，重建C单排螺旋单排螺旋CTC前后孔径不一致前后孔径不一致C融合后的图像不能进行再重建融合后的图像不能进行再重建C没有特殊设计的检查床没有特殊设计的检查床第一代第一代PET/CT = PET + CT 五五、、ECTECT发展障碍发展障碍1、光子通量限制 X-CT断层光子总数为ECT断层图的103～104倍2、衰减校正. 衰减因素：组织的成分、脏器的大小、形状、放 射性核素能量、时间等 现多用平均衰减校正，实验研究用模型校正 第第二二节节 放放 射射 性性 药药 物物radiopharmaceutical h能够探测脏器和病变中聚集能够探测脏器和病变中聚集的放射性并将之显示成像的的放射性并将之显示成像的核医学显像仪器（如：核医学显像仪器（如：ECTECT））h能够选择性聚集在特定脏器能够选择性聚集在特定脏器或病或病 变的各种放射性示踪剂变的各种放射性示踪剂ECTECT显像的基本条件显像的基本条件 一、放射性药物一、放射性药物1、放射性药物：能够安全用于诊断或治疗人体疾病的放射性核素及其标记化合物。
2 、放射性药物性质取决于两个基本成分：Ø 放射性核素(标记物): γ射线或ß射线Ø 药盒(被标记物):选择性聚集在特定的组织器官或病变部位的药物 (一)放射性核素(radionuclide)1、放射性核素适用于ECT显像的条件Ø能发射中等能量的γ射线； Ø合适的生物半衰期 几小时至数天；Ø合适的化学价态和较强的化学活性；Ø无毒无害 2 、常用放射性核素SPECTSPECT最常用的放射性核素目前为9999TcTcmm 其次为 131131I IPET PET 最常用的放射性核素目前为1818F F 其次为 11 11C C、、 1313N N 、、1515OO 3 3、医用放射性核素的生产方式、医用放射性核素的生产方式①反应堆 (Reactor): 131I②加速器 (Accelerator): 18F, 11C, 13N, 15O, 123I, 111In③放射性核素发生器 (Generator): 99Mo-99mTc 113Sn-113mIn Ø9999MoMo－－99m99mTcTc发生器发生器 1 1、裂变型：干牛、裂变型：干牛 Al2O3 2 2、凝胶型：湿牛、凝胶型：湿牛 钼酸锆酰（ZrOMoO4） 99m99mTcTc的产生——9999MoMo－－99m99mTcTc发生器发生器Ø是一种内含母体核素99Mo能产生子体素99Tcm的装置。
母体核素99Mo以99MoO4- 的形式吸附在Al2O3或钼酸锆酰（ZrOMoO4）柱上，利用母子体化学性质不同,可用 0.9％NaCl洗脱液将子体核素99Tcm以99TcmO4－的形式洗脱下来，而母体仍留在发生器内，子体核素随母体衰变而增长，同时又因它自身的衰变而减少 4、 99Tcm特性99Tcm为目前最理想和最常用的放射性核素 1、 99Tcm由99Mo－99mTc发生器产生 2、 99Tcm是纯γ光子发射体； 3、 能量为141keV，T1/2为6.02h： 4、 99Tcm化学性质和碘相似，非常活泼，能够 标记合成多种供临床使用的放射性药物， 几乎可以用于所有脏器的显像 SPECT检查使用的放射性核素90%是99Tcm 5、 99Mo－99mTc的衰变-生长关系-------------------------------------------------------------------------------------- 0h 3h 6h 12h 18h 23h 48h 66h 72h 132h----------------------------------------------------------------------------------------9999Mo Mo 3.70 3.58 3.48 3.26 3.06 2.91 2.23 1.85 1.74 0.933.70 3.58 3.48 3.26 3.06 2.91 2.23 1.85 1.74 0.93( (GBqGBq) )99m99mTc Tc 0 0.93 1.56 2.25 2.50 2.55 2.14 1.78 1.67 0.890 0.93 1.56 2.25 2.50 2.55 2.14 1.78 1.67 0.89( (GBqGBq) )99m99mTc/Tc/9999Mo Mo 0 26.0 45.0 68.9 81.9 87.7 95.9 96.2 96.1 96.20 26.0 45.0 68.9 81.9 87.7 95.9 96.2 96.1 96.2(%)(%)----------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------- 6、 99Tcm放射性药物的制备 9999TcTcmm从99Mo－99Tcm发生器获得，以Na99TcmO4形式存在于洗脱液中。
在此99Tcm以高氧化态(+7价)存在，不能用它直接制备供临床使用的标记药物，必须将高氧化态锝还原为低氧化态而在低氧化态99Tcm化学性质活泼，在一定pH条件下可以和许多含O、N、S等有机或无机物产生作用形成络合物 还原反应•还原剂——氯化亚锡(SnCl2.2H2O) 1、把99TcmO4-还原成低价态； 2、作为双金属鳌合物中的第二种金属离子 • 还原反应： 2 29999TcTcmmOO4 4- - + + 16H16H+ + + + 3Sn3Sn2 2+ + ==== 2 29999TcTcmm＋＋4 4 + + 3Sn3Sn＋＋4 4 ＋＋ 8H8H2 2OO•在其他物理化学条件下99Tcm还可能被还原 为+3价或+5价 （二）放射性药盒1 1、作用：、作用：使放射性核素选择性聚集在特定的组织器官或病变部位中，使该脏器或病变与邻近组织之间的放射性浓度差达到一定程度 2 2、常用放射性药盒、常用放射性药盒 放射性药盒 临床用途 MIBI 心肌灌注断层 ECD、HMPAO 脑血流断层 MDP 骨骼显像 DTPA 肾小球功能显像 EC 肾小管功能显像 PHY 肝脏显像 EHIDA 肝胆动态显像 DX105 淋巴显像 MAA 肺灌注显像 （三）（三）放射性药物放射性药物1、放射性标记放射性标记( (RadiolabelingRadiolabeling) )：：通过一些物理的、化学的或生物学的方法，将放射性核素的原子“引入”特定的化合物的分子结构中，这个过程称为标记。
由此制成的放射性核素标记化合物即为放射性药物 放放 射射 性性 药药 物物 放射性药品 临床用途 99TcmO－4 甲状腺、心血池、 99Tcm-MIBI 心肌灌注断层 99Tcm-ECD 脑血流断层 99Tcm-MDP 骨骼显像 99Tcm-DTPA 肾小球功能显像 99Tcm-EC 肾小管功能显像 99Tcm-PHY 肝脏显像 99Tcm-EHIDA 肝胆动态显像 99Tcm-DX105 淋巴显像 99Tcm-MAA 肺灌注显像、静脉血管造影 2 2、放射性药物适用、放射性药物适用ECTECT成像的条件成像的条件 （一）良好的显像性能（一）良好的显像性能 靶器官：非靶器官靶器官：非靶器官>5>5：：1 1 （二）合适生物体内存留时间（二）合适生物体内存留时间 a:a:保障采集剂量保障采集剂量 b:b:较短的生物半衰期较短的生物半衰期（三）制备过程简单、快速、不需复杂的（三）制备过程简单、快速、不需复杂的 设备和反应条件设备和反应条件 （四）具有良好的稳定性（四）具有良好的稳定性1、化学稳定性是指放射性药物具有确定的较为稳定的化学结构，不易发生分解氧化还原等化学变化。
2、 辐射稳定性是指药物对自身辐射作用的耐受能力 3、标记稳定性是指放射性核素的原子或基团与化合物结合的牢固程度，只有那些不易因时间、温度、介质等条件的影响而脱落的标记物，才适用于ECT的显像 4、体内稳定性是指当放射性药物引入机体后，不易发生分解、变性或标记核素的脱落 第四节第四节 SPECTSPECT的基本结构的基本结构 及成像原理及成像原理 SPECT系统构成系统构成1、探头（探测器） 2、机架3、计算机及辅助设备 一、探测器构成及工作原理 1、准直器（collimator） 2、晶体 （ Crystal ）3、光导 4、光电倍增管（PMT） 5、预放大器与线性放大器 6、模拟定位计算电路 (一一)准准 直直 器器(collimator)1 1、准直器：它安装在探头的最外层，是由具、准直器：它安装在探头的最外层，是由具 有单孔或多孔的铅或铅合金块构成，其孔的有单孔或多孔的铅或铅合金块构成，其孔的长度、孔的数量、孔径大小、孔与孔之间的长度、孔的数量、孔径大小、孔与孔之间的间隔厚度、孔与探头平面之间的角度等依准间隔厚度、孔与探头平面之间的角度等依准直器的功能不同而有所差异。
直器的功能不同而有所差异 2 2、准直器作用：是让一定视野范围内的一定、准直器作用：是让一定视野范围内的一定角度方向上的角度方向上的γγ射线通过准直器小孔进入晶射线通过准直器小孔进入晶体，而视野外的与准直器孔角不符的射线则体，而视野外的与准直器孔角不符的射线则被准直器所屏蔽，也就是限制被准直器所屏蔽，也就是限制γγ光子通过准光子通过准直器小孔进入晶体的方向角度，起到直器小孔进入晶体的方向角度，起到空间定空间定位选择器位选择器的作用 3 3、、准准 直直 器器 分分 类类（（1 1）平行孔准直器）平行孔准直器 、、针孔准直器针孔准直器 扩散孔准直器扩散孔准直器 、、聚焦孔准直聚焦孔准直器器（（2 2））低能低能≤≤150keV150keV）） 中能（中能（150150～～350keV350keV）） 高能（高能（≥≥350keV350keV））（（3 3））通用型通用型、、高分辨率高分辨率 超高分辨率超高分辨率、、高灵敏度高灵敏度 4、准直器的性能指标（（1 1）准直器灵敏度：指准直器接收来自放射）准直器灵敏度：指准直器接收来自放射源的放射性的能力。
源的放射性的能力2 2）准直器分辨率：指准直器探头鉴别两个）准直器分辨率：指准直器探头鉴别两个紧密相连的放射源的能力紧密相连的放射源的能力 灵敏度和分辨率呈相反的关系灵敏度和分辨率呈相反的关系3 3）间壁穿透率：反映准直器小孔之间的间）间壁穿透率：反映准直器小孔之间的间壁屏蔽视野外的与准直器孔角不符的射线壁屏蔽视野外的与准直器孔角不符的射线的能力；一般要求穿透率的能力；一般要求穿透率≤≤1010％；间壁太％；间壁太厚，探测几何效率将会降低；如果太薄，厚，探测几何效率将会降低；如果太薄，将使影像对比度降低将使影像对比度降低 （二）晶（二）晶 体体(Crystal)(Crystal) 1、晶体是将γ射线转化为 荧光光子γ射线射入 晶体后，使晶体原子、 分子电离和激发，受激 发的原子或分子在退激 时发出大量光子；这些 光子进入光电倍增管产 生光电子 2 2、、 晶体结构特点晶体结构特点①①NaI(TlNaI(Tl) )晶体是含有约晶体是含有约0.1%0.1%铊（激活机）的铊（激活机）的 碘化钠单晶体碘化钠单晶体②②对对γγ射线有较高的探测效率、透明度好、与射线有较高的探测效率、透明度好、与光电倍增管的光谱响应较好。
光电倍增管的光谱响应较好 ③③易潮解，必须在铝膜密封条件下保存和使用易潮解，必须在铝膜密封条件下保存和使用④④质脆，易碎裂，故使用时应避免大的震动和质脆，易碎裂，故使用时应避免大的震动和温度的较大变化，要求室内温度控制在温度的较大变化，要求室内温度控制在1515～～30℃30℃之间，每小时温差不超过之间，每小时温差不超过3℃3℃ 3 .晶体种类及特点Ø晶体分类：晶体分类： a. a.按形状分：圆形晶体、方形和矩形大视野晶体按形状分：圆形晶体、方形和矩形大视野晶体 b.b.按厚度分：按厚度分：3/83/8英寸晶体、英寸晶体、5/85/8英寸晶体、英寸晶体、1 1英寸英寸普通晶体及普通晶体及1 1英寸切割晶体英寸切割晶体Ø特点特点:1 :1、晶体厚度不仅影响、晶体厚度不仅影响SPECTSPECT机的灵敏度和空间机的灵敏度和空间分辨率，同时也限定了它所接受射线的能量范围分辨率，同时也限定了它所接受射线的能量范围一般薄晶体接受的能量偏低，而厚晶体接受的能量一般薄晶体接受的能量偏低，而厚晶体接受的能量则偏高 2 2、对于、对于9999TcTcmm低能放射性核素，大部分低能放射性核素，大部分γγ射线与射线与晶体的相互作用发生在晶体的入射面的晶体的相互作用发生在晶体的入射面的2 2～～5mm5mm内。
内如果应用厚晶体，不仅对灵敏度没有明显改善，而如果应用厚晶体，不仅对灵敏度没有明显改善，而且明显降低了空间分辨率且明显降低了空间分辨率 技术技术1 英寸厚碘化钠晶体特殊切割小槽 （三） 光导及光学耦合剂光导及光学耦合剂1、光导光导功能：把闪烁体中的光有效地传递给光阴级；2、光导光导要求：透射率高；3、光导光导常用材料：石英玻璃、聚苯乙烯、玻璃纤维光导；4、光学耦合剂作用光学耦合剂作用：充填光导与晶体及光电倍增管间的空气间隙，减少在三者之间交界面上发生的全反射，有效传递光至光阴剂；5、光学耦合剂：硅油、硅脂及甘油光学耦合剂：硅油、硅脂及甘油 （四）光 电 倍 增 管 1、光 电 倍 增 管：是一种光电转换器件，作用是将晶体产生微弱光信号转换成放大的电信号 2、构成：由光阴极、多级倍增极、电子收集极(阳极)组成，整个系统密封在抽成真空状态的玻璃壳内 3 3、光电倍增管原理、光电倍增管原理原理：射线在晶体中引起的闪烁光打在光阴极上，通过光电效应 产生光电子光电子受极间电场的加速射向第一打拿极，在打拿极上产生更多的次级电子，这些电子在以后打拿极上产生相同的过程，倍增后的电子收集到阳极上形成电流脉冲。
4 4 、光电倍增管特点、光电倍增管特点Ø圆探头的SPECT机光电倍增管一般为37～91个，方形或矩形探头的光电倍增管一般为55～96个Ø光电倍增管的形状有圆形、方形和六角形三种Ø整体光电倍增管的性能稳定性取决于 1、各个光电倍增管的性能参数是否一致； 2、各个光电倍增管的工作电压是否稳定； 3、是否有足够长的预热时间 性能稳定性直接影响着系统的均匀性、分辨率和线性度Ø对光电倍增管性能影响最大的是直流高压的稳定性 （ 五）预放大器与线性放大器 v预放大器:为减少外界干扰，紧靠光电倍增管的上方，对光电倍增管输出的脉冲作初步放大，通过线路送到线性放大器 .v线性放大器:进一步放大信号后，输送到X+,X-,Y+,Y-位置信号 ( (六六) )模拟定位计算电路模拟定位计算电路1、作用：是将光电倍增管输出的电脉冲信号转换为确定晶体闪烁点位置的 X、Y信号和确定入射γ射线的能量信号2、模拟定位计算电路分类: a、Anger型，即加权电阻矩阵网络型； b、延迟线时间转换型，Anger型的改进型 3 3、、AngerAnger型工作原理型工作原理v7 7只光电倍增管按六角形排列，只光电倍增管按六角形排列，每个光电倍增管通过加权电阻每个光电倍增管通过加权电阻与与X+X+、、X X－、－、Y+Y+、、Y Y－－4 4根输根输出导线连接。
出导线连接v当闪烁事件在晶体内发生时，当闪烁事件在晶体内发生时，闪烁光便从闪烁点位置向四周闪烁光便从闪烁点位置向四周发射最靠近闪烁点的光电倍发射最靠近闪烁点的光电倍增管接受的光量最多，距离越增管接受的光量最多，距离越远，接受的光量也就越少远，接受的光量也就越少v通过计算每个光电倍增管通过计算每个光电倍增管4 4个个输出脉冲信号的相对大小，便输出脉冲信号的相对大小，便可确定可确定γγ射线在晶体中相互作射线在晶体中相互作用的位置用的位置 将位置信号转换成显示矩阵 探测器工作原理 一定视野范围内一定方向上的γ光子通过准直器小孔进入晶体，使晶体原子、分子电离和激发，受激发的原子或分子在退激时发出大量光子；这些光子射到光电倍增管阴极，通过光电效应产生光电子，光电子受极间电场的加速射向第一打拿极，在打拿极上产生更多的次级电子，这种电子倍增过程依次在联级中发展下去，在到达阳极前要通过8～14个联级，电子数可增加106～109倍，倍增后的电子最后收集到阳极，形成电流脉冲；这电信号通 过位置网络处理，形成与γ射线能量成正比的Z脉冲和与位置有关的信号（X+,X-,Y+,Y-） （二）全数字化探测器v模拟化探测器的模式：脉冲幅度分析、 X+,X-,Y+,Y-位置形成等处理都在模拟状态下完成；v全数字化探测器:PMT输出的脉冲经过适当放大后直接进行ADC转换，其后处理均在数字状态下，由计算机采用软件处理来完成。
简化了硬件结构，提高了探测效率，计数率及稳定性 全数字化探头优点全数字化探头优点• 探头稳定性高探头稳定性高• 探头维修方便探头维修方便• 遥控诊断和检测功能遥控诊断和检测功能• 图象质量明显提高图象质量明显提高• 操作简单操作简单PMTsPositionDigitalOn-linecorrectionsEnergyLinearitySensitivityDecayDecayCORCOROff-linecorrectionsAttenuationSFIResolution recoveryCrystal&optical plateADCsDigital controlGE GE 数字化探头独特点数字化探头独特点: :1.1.全数字化反馈系统全数字化反馈系统2.2.五维校正系统五维校正系统 二、机架构成及工作原理二、机架构成及工作原理•机械运动组件•机架运动控制电路•电源保障系统•机架操纵器•运动状态监视器 （一）（一）机架定位控制系统机架定位控制系统1 1、、定位控制系统构成：定位控制系统构成： ① ①驱动马达控制电路；驱动马达控制电路； ② ②位置信息存储器；位置信息存储器； ③ ③定位处理器。
定位处理器 注注1 1：机架定位控制系统控制探头及机架的各种：机架定位控制系统控制探头及机架的各种运动方式和速度运动方式和速度 注注2 2：定位处理器实际上是一个微型计算机，它：定位处理器实际上是一个微型计算机，它的主要作用是控制探头及机架转动的角度、移动的的主要作用是控制探头及机架转动的角度、移动的距离及识别位置定位处理器受主计算机的控制，距离及识别位置定位处理器受主计算机的控制，并将各种定位数据传输给主计算机并将各种定位数据传输给主计算机 2、机架运动按其运动形式①①整体机架直线运动整体机架直线运动, , 适用于全身扫描；适用于全身扫描；②②探头及其悬臂以支架机械旋转轴为圆心，作探头及其悬臂以支架机械旋转轴为圆心，作顺时针或逆时针圆周运动，顺时针或逆时针圆周运动， 适用于断层采集；适用于断层采集；③③探头及其悬臂沿圆周运动半径作向心或离心探头及其悬臂沿圆周运动半径作向心或离心直线运动，直线运动， 主要作用是使探头在采集数据时主要作用是使探头在采集数据时尽可能贴近病人；尽可能贴近病人；④④探头沿自身中轴作顺时针和逆时针倾斜或直探头沿自身中轴作顺时针和逆时针倾斜或直立运动，立运动， 适用于静态或动态显像时特殊体位适用于静态或动态显像时特殊体位的数据采集。
的数据采集 三、输入计算机数据三、输入计算机数据 的数字化装置的数字化装置 计算机控制系统构成 (一)模拟/数字转换器 (analog-to-digital converter，ADC)1 1、功能：、功能： 将模拟信号转化为数字信号将模拟信号转化为数字信号2 2、衡量、衡量ADCADC转换效率的指标：转换效率的指标：转换精度转换精度和和转换转换时间 转换精度一般为转换精度一般为8Bit8Bit～～12Bit(212Bit(28 8～～2 21212) )，相，相应地有应地有256256～～40964096个标准值可供比较和转换个标准值可供比较和转换标准值越多，转换精度就越高标准值越多，转换精度就越高, ,图像越精细图像越精细, ,空空间分辨率约高间分辨率约高. . 转换时间转换时间最基本的要求是必须在第最基本的要求是必须在第2 2对信对信号到达之前，迅速完成前一对信号的转换，否号到达之前，迅速完成前一对信号的转换，否则第则第2 2对信号将会丢失，因此而产生了转换系对信号将会丢失，因此而产生了转换系统的死时间统的死时间。
死时间死时间•死时间死时间是指探测器能够分开2个闪烁光子的最短时间称为死时间，用τ表示；反映了对两个相邻闪烁事件在时间上的的分辨能力•SPECT机的死时间〈=5μs 3 3、、 ADC ADC转换法转换法最常用的快速转换法是逐次渐近法，最常用的快速转换法是逐次渐近法，也称为二进制检索算法也称为二进制检索算法( (abinaryabinary searchsearch algorithm)algorithm) 逐次渐近法•ADC的比较器电路是将输入的模拟信号（电压）与一个电阻网络所产生的一组标准电压进行比较• 规定：γ射线能量为0～400keV，脉冲幅度为0～10V， MCA的分析道有212 （4096 )道，道宽为0.0025V， 每道代表的γ射线的能量为0.1keV •典型的中间电压值是第2048个电压值，将第2048个电压值作为信号数字值的第1个近似值，如信号电压值小于第1次选择的电压值，则下一个新的估计电压值为第1024个电压值；这种渐近系列将重复8次，可选出的值更趋于模拟信号的真实电压值即将这个值作为此模拟信号的数字化转换值，并以此数字量作为存储器的地址码去打开相应的存储单元，在该单元加1。
（二）数字式多道脉冲幅度分析仪（二）数字式多道脉冲幅度分析仪(MCA)(MCA)1.γ1.γ能谱能谱是γ射线的计数按射线能量的分布 峰A称为全能峰，脉冲幅度直接反映了γ射线的能量，是由于光电效应使γ光子在闪烁体中损失全部能量的结果 平台状曲线B称为康普顿平台，是由于康-吴散射效应使γ光子在闪烁体中仅有部分能量被吸收的结果 2 2、脉冲幅度分析仪、脉冲幅度分析仪•脉冲幅度分析器有上下两个电压测定阈脉冲幅度分析器有上下两个电压测定阈值值,宽度称为道宽或窗宽宽度称为道宽或窗宽.只有输入脉冲的只有输入脉冲的幅度在窗的范围内时幅度在窗的范围内时,脉冲幅度分析器才脉冲幅度分析器才能输出恒定的脉冲给后极电路能输出恒定的脉冲给后极电路 3.MCA3.MCA的基本性能的基本性能ØMCA的作用是选择有用脉冲而剔除噪声脉冲 选择一定幅度范围(对应一定的能量范围)进行计数，能够抑制本底和剔除散射，提高系统的空间分辨率和影像的对比度Ø经验推荐值为Ａ峰阈值20％的窗宽 窗宽增大，散射光子多，系统空间分辨率和影像的对比度变差； 窗宽变窄，非散射光子被剔除而使总计数率降低，增加了统计误差。
4.MCA4.MCA的工作原理的工作原理Ø MCA的核心电路单元是一个ADCØNaI(Tl)探测器测定的γ射线的能量为0～400keV， 形成的能量脉冲幅度为0～10V， MCA的分析道 有4096道，故MCA每道宽度为0.0025V，代表 的γ射线的能量为0.1keV99Tcm能量140keV， 窗宽20%，能量取值范围是112～168keV； 能量脉冲电压为3.5V， 取值范围2.8～4.2V， MCA的分析道第1400道， 取道范围1120～1680道 第五节第五节SPECTSPECT采集技术采集技术 image acquisitionimage acquisition 1 1 1 1、开机（先开显示器及拍片机等辅助设备，、开机（先开显示器及拍片机等辅助设备，、开机（先开显示器及拍片机等辅助设备，、开机（先开显示器及拍片机等辅助设备， 再开主机再开主机再开主机再开主机 ；关机顺序相反）；关机顺序相反）；关机顺序相反）；关机顺序相反）2 2 2 2、自动校正、自动校正、自动校正、自动校正( ( ( (主机＋均匀性检测主机＋均匀性检测主机＋均匀性检测主机＋均匀性检测DAILY QC)DAILY QC)DAILY QC)DAILY QC)3 3 3 3、准直器更换、准直器更换、准直器更换、准直器更换4 4 4 4、注射显像剂、注射显像剂、注射显像剂、注射显像剂5 5 5 5、摆体位准备采集、摆体位准备采集、摆体位准备采集、摆体位准备采集6 6 6 6、采集、处理、显示、拍片、采集、处理、显示、拍片、采集、处理、显示、拍片、采集、处理、显示、拍片7 7 7 7、关机、关机、关机、关机 （（（（STOPSTOPSTOPSTOP、、、、STAND BYSTAND BYSTAND BYSTAND BY）））） SPECTSPECT常规准备工作常规准备工作 采集技术一、基本数据录入 病人姓名、年龄、性别、检查项目、 编号、显像剂名称、资料存储的文件 夹等 二、选择患者体位 仰卧位、俯卧位、直立位、端坐位 三、采集方式三、采集方式（（一）帧模式采集（一）帧模式采集（frame modeframe mode））: : 1 1．静态采集．静态采集 2 2．动态采集．动态采集 3 3．断层采集．断层采集 4 4．全身采集．全身采集 （二）门控方式（二）门控方式(gated control mode)(gated control mode)；； 1 1．心电门控采集．心电门控采集 2 2．心肌门控断层采集：．心肌门控断层采集：（三）双核素方式（三）双核素方式(dual nuclide mode)(dual nuclide mode)：：（四）计数式方式（（四）计数式方式（counts rate modecounts rate mode））（五）列表模式（（五）列表模式（list modelist mode）） 1、静态采集、静态采集(Static imaging)•静态采集静态采集: :当显像当显像剂在脏器内或病剂在脏器内或病变处的浓度处于变处的浓度处于稳定状态时进行稳定状态时进行的显像。
的显像•目的目的: :观察脏器或观察脏器或病变的位置、形病变的位置、形态、大小及放射态、大小及放射性分布 2、动、动 态态 采采 集集（Dynamic imaging)•动态采集：显像剂动态采集：显像剂随血流流经脏器或随血流流经脏器或被脏器不断摄取和被脏器不断摄取和排泄，造成脏器内排泄，造成脏器内的放射性计数随时的放射性计数随时间而变化间而变化•目的：目的： 1 1、动态观察、动态观察 2 2、电影显示、电影显示 3 3、感兴趣区（、感兴趣区（ROIROI）） 4 4、时间、时间- -放射性曲线放射性曲线 3、断、断 层层 采采 集集(Tomography) 断层采集: 在体表连续或间断采集多体位平面影像数据，再由计算机重建成各种断层图像 4、全、全 身身 采采 集集(whole body) 5、心电门控采集、心电门控采集(Gated acquisition) 6、心肌门控断层采集、心肌门控断层采集 7、双、双 核核 素素 采采 集集•对两种能量的粒子，分别输出两种信号，SPECT机对每路信号分别成像，同时获得相同位置的两幅图像。
四、四、SPECTSPECT机采集参数机采集参数1、 选择核素种类、能峰及窗宽 如：99mTc 141kev 20% 131I 364kev 20%2、 选择采集方式及合适的影像矩阵 Static 256X256 512X512 Dynamic 64X64 128X128 Tomo 64X64 128X128 Whole body 256X1024 512X2048 3、 选择Byte或Word存储方式；4、选择适当的放大因子（ZOOM) 1.33 1.60 2.0 2.66 4.0 8.0 5、选择机架运动方式和基本数据 a、直线轨道运动 距离、探头0度、床高等 b、断层运动 brain 、 heart 、liver 、bone c、探头距中心径向运动 探头尽可能贴近病人 d、探头自身圆周运动 直立位、坐位6、采集停止时间 a、总时间 b、总计数 c、总角度 d、总长度 e、帧数 f、帧计数 g、手控停止 h、紧急停止 采采 集集 矩矩 阵阵1、矩阵(matrix)：计算机把探头的视野划分为由一定量的行与列所组成的方块状阵形，称之为矩阵。
矩阵中的一个小方块则称为一个像素(pixel)每一个像素在计算机存储器中都有与之一一对应的存储单元，以存放模拟点阵中每对经ADC转换后属于该像素的有效X、Y坐标值 2、不同的采集方式需采用不同的矩阵 64X64 128X128 Dynamic Tomo 256X256 512X512 Static 256X1024 512X2048 Whole body 放大因子放大因子(ZOOM(ZOOM) ) 1、放大因子作用：在不改变矩阵大小的情况下提高数字分辨率 数字分辨率是指在水平和垂直两个方向上单位长度内的像素数(或者用单位视野面积内包含的像素数来表示)，单位peixl／cm(cm2) 空间分辨率是指能清晰分辨出两个点源或线源之间的最小距离 放大系数放大系数（（ZOOMZOOM）） 例：假如64×64矩阵又正好包括γ相机25cm的视野，ZOOM=1.0，数字分辨率为 64像素/25cm=2.6像素/cm。
ZOOM =2.0，影像的X轴、Y轴都放大了2.0倍，数字分辨率是2.0×64/25=5.2像素/cm 如像素单位过大，每个像素内的放射性计数太少，导致影像粗糙模糊，虽然数字分辨率提高了，但空间分辨率反而下降了 Byte/Word存储方式•Byte/Word这一参数决定了采集过程中每一个像素所能容纳的最大计数• Byte表示每个像素有8Bit的存储单元能存储采集的γ计数值，所能容纳的最大计数值为28－1=255• Word表示每个像素有16Bit的存储空间来储存数据，所能容纳的最大计数值为216－1=65535• Word影像所用的存储空间比Byte存储方式大一倍静态采集时，矩阵选用较大，每个像素值一般不会超过255，而动态采集时，选用的矩阵较小，可能会出现计数溢出，所以应选用Word存储方式 五、影响采集质量的因素五、影响采集质量的因素 第六节第六节SPECTSPECT处理技术处理技术image processimage process 一、一、改进改进ECTECT影像质量影像质量 改进改进ECTECT影像质量方法影像质量方法 1、 对比度 ：调整影像的亮度与计数之间的关系。
2、定域值 ： 下限阈值 ：把低于某一选择值以下的所有像素计数都作为零计数来定为一帧影像的阈值 影像的定窗:定阈值时设置上限和下限两个阈值,使在这两个阈值以外的像素都置为零,这称为影像的定窗 3、扣本底 ：是假设影像中任意区域的本底均为常数,因此可将此数值从影像的每个像素中减去4、消除噪声：九点加权平滑、时间平滑和中值滤波5、对数字处理 消消 除除 噪噪 声声v目的:减小放射性计数的统计涨落, 注意：平均过程造成分辨率的损失;边界变得模糊;故当决定对影像进行平滑时要考虑: 第一,仅仅是以改善视觉为目的； 第二,仅在计数波动成为影响视觉感觉的主要因素时才用其法进行平滑 消消 除除 噪噪 声声 技技 术术1 1、、9 9点加权平滑：点加权平滑：是用原始图像的每一个像素及其周围的8个像素，分别乘以不同的权重，然后相加得到新图像相应像素的值 权重矩阵 1/16 1/8 1/16 图A x 1/8 1/4 1/8 = 图B 1/16 1/8 1/16 这样是对一定范围内像素的值进行平均。
2 2、中值滤波、中值滤波：它是取出每个像素及其相邻像素，将它们的计数值从小到大排列，取中间值作为滤波后的图像对应像素的值3 3、时间平滑、时间平滑：是在相邻的帧之间作加权平滑，只用于动态图像 二、平面图显得处理二、平面图显得处理 1 1、静态图像处理、静态图像处理•放大与缩小放大与缩小•相加及相减相加及相减 •改变图像角度改变图像角度•定量分析定量分析 a a a a、叠加、叠加、叠加、叠加 b b b b、定量分析、定量分析、定量分析、定量分析 （（（（ROIROIROIROI、、、、TACTACTACTAC））））2 2、动态显像处理、动态显像处理 定量分析（（（（1 1 1 1）感兴趣区（）感兴趣区（）感兴趣区（）感兴趣区（ROIROIROIROI）：）：）：）： 在分析图像时，常需对某一区域在分析图像时，常需对某一区域进行统计和计算，这个区域就进行统计和计算，这个区域就称为感兴趣区（称为感兴趣区（ ROI ROI ））. .（（2 2）时间）时间- -活性曲线（活性曲线（TACTAC）：）： 把放射性计数为纵坐标，把采把放射性计数为纵坐标，把采集开始后的时间为横坐标，每帧集开始后的时间为横坐标，每帧动态图像的时间和感兴趣区内的动态图像的时间和感兴趣区内的计数可以在坐标内画出一个点，计数可以在坐标内画出一个点，NN帧图像就有帧图像就有NN个点，把这些点平个点，把这些点平滑地连接起来，成为一条曲线。
滑地连接起来，成为一条曲线 a、选择处理软件b、调整亮度c、扣除注射点 及膀胱 d、局部放大3 3、、全身显像处理全身显像处理 a a a a、选择处理软件、选择处理软件、选择处理软件、选择处理软件 b b b b、划、划、划、划EDVEDVEDVEDV、、、、ESVESVESVESV 进行进行进行进行ROIROIROIROI分析分析分析分析 c c c c、计算心室容积曲线、、计算心室容积曲线、、计算心室容积曲线、、计算心室容积曲线、 LV EFLV EFLV EFLV EF、振幅图、、振幅图、、振幅图、、振幅图、 时相图、时相图、时相图、时相图、 时相直方图时相直方图时相直方图时相直方图4 4、心电门控处理、心电门控处理 三、断层图像处理三、断层图像处理 a a a a、选择处理软件、选择处理软件、选择处理软件、选择处理软件 b b b b、确定断层重建的范围、确定断层重建的范围、确定断层重建的范围、确定断层重建的范围 c c c c、选择滤波器、选择滤波器、选择滤波器、选择滤波器 d d d d、三位断层重建、三位断层重建、三位断层重建、三位断层重建 e e e e、衰减校正、衰减校正、衰减校正、衰减校正 f f f f、图像放大及调整角度、图像放大及调整角度、图像放大及调整角度、图像放大及调整角度 g g g g、储存断层图像、储存断层图像、储存断层图像、储存断层图像 h h h h、三维立体图、三维立体图、三维立体图、三维立体图 （一）断（一）断 层层 处处 理理 （二）断层重建技术（二）断层重建技术•影像重建：影像重建： 已知物体在不同方向的投影值，求物体已知物体在不同方向的投影值，求物体内各点内各点 的分布值。
的分布值 在在SPECTSPECT中，已知每个角度上的投影值，中，已知每个角度上的投影值，求断层面内各点的放射性分布值求断层面内各点的放射性分布值 序列子集最大期望值法序列子集最大期望值法 滤波反投影法示意图 加法因子迭代法加法因子迭代法Ø迭代法可以加入各种误差校正因子，重迭代法可以加入各种误差校正因子，重建精度高，但运算量大，重建速度慢建精度高，但运算量大，重建速度慢 Ø迭代法是通过不断地修正，使估计值一迭代法是通过不断地修正，使估计值一步步逼近真实的断层图像一般说来，步步逼近真实的断层图像一般说来，迭代次数越多，图像质迭代次数越多，图像质量越好，重建耗重建耗时越多 （三）如何提高断层图像的质量？（三）如何提高断层图像的质量？ （四）例：脑血流断层显像 第七节第七节 SPECTSPECT显示技术显示技术 Image displayImage display （一）影像显示与调节技术Ø计算机显示器组成: ①视频存储器（存储数字化信息） ②视频处理器（控制影像显示） 将影像矩阵中的数字值转化为显示器上各种不同亮度。
它是通过数字-亮度转化表（灰阶表）来实现 彩色显示通过红、绿、蓝色3种主颜色对应3个转化表来实现 ③视频显示器 （二）数字化图像的显示v灰度编码灰度编码: :数字图像记录的是一系列像素的计数值，要将它显示出来必须把计数值转换成灰度，将0-255的计数值转换为从白到黑的灰阶v伪彩色编码伪彩色编码常用不同的颜色表示像素的不同计数值，更好的反映放射性药物含量的差别 伪彩色：伪彩色：影像医学这种色彩是人为赋予的，不是脏器的真实颜色，故称为伪彩色 1、彩虹（rainbow）编码：是以黑-青-蓝-绿-黄-红-白的连续颜色变化对应 从0-255的计数 2、热金属(hot metal)编码：是一种模仿金属逐渐烧热发光时染色变化的编码(黑-蓝-红-黄-白) （三）图象显示的形式（三）图象显示的形式1、平面显示与断层显示2、静态显示与动态显示3、局部显示与全身显示4、电影显示5、三维立体显示 a、表面转换法 b、容积转换法 （四）数字化图像的显示控制（四）数字化图像的显示控制一、编码上阈和下阈的调整（改变图像的亮度）一、编码上阈和下阈的调整（改变图像的亮度）二、图像放大和缩小二、图像放大和缩小三、图像复制三、图像复制(image copy)(image copy)四、图像滤波四、图像滤波(image filter)(image filter)五、图像局部屏蔽（五、图像局部屏蔽（masking)masking)六、动态图像的组合及动态显示六、动态图像的组合及动态显示(Dynamic)(Dynamic)七、曲线的生成、运算、及数据统计七、曲线的生成、运算、及数据统计八、电影显示八、电影显示九、三维立体显示九、三维立体显示十、图像融合显示十、图像融合显示(image fusion)(image fusion) 五、图像融合技术五、图像融合技术 (image fusion)(image fusion) 功能代谢显像功能代谢显像SPECT、、HPET和和PET 解剖图像解剖图像 CTCT和和MRMR解剖解剖+ +功能代谢显像功能代谢显像CT+HPETCT+HPETCT+PETCT+PET图象融合和定量分析图象融合和定量分析核医学设备发展的方向核医学设备发展的方向！！ Hawkeye 图像图像CTSPECT/PET衰减校正衰减校正同机同机图图像融合像融合 图像融合技术图像融合技术1. 同时提供解剖定位同时提供解剖定位+ +功能显像功能显像2. 帮助临床制定合理的手术方案帮助临床制定合理的手术方案3. 指导指导γγ刀、刀、 X X 刀定位刀定位4. 适形调强放疗适形调强放疗 ( (精细放疗精细放疗) )融合的作用 + = 。