第七 講 核醫(yī)學(xué)與核成像技術(shù)

1、1核成像與核醫(yī)學(xué)核成像與核醫(yī)學(xué)2實例 01動力裝置檢驗的故事動力裝置檢驗的故事 目前已在醫(yī)學(xué)診斷、工業(yè)無損檢測、社會安全檢目前已在醫(yī)學(xué)診斷、工業(yè)無損檢測、社會安全檢查等方面，發(fā)揮著越來越重要的作用。查等方面，發(fā)揮著越來越重要的作用。3一一 核成像概述核成像概述 核成像：核成像：研究核信息的空間分布，從二維或三維角度研究核信息的空間分布，從二維或三維角度出發(fā)研究物體的形態(tài)或?qū)傩裕热缧再|(zhì)、結(jié)構(gòu)、密度、出發(fā)研究物體的形態(tài)或?qū)傩?，比如性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、密度、厚度、缺陷等。厚度、缺陷等。 1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)x射線后經(jīng)過三個階段射線后經(jīng)過三個階段的發(fā)展：的發(fā)展：5050年代以

2、前：研究常規(guī)射線檢測的基本技術(shù)和設(shè)備年代以前：研究常規(guī)射線檢測的基本技術(shù)和設(shè)備50705070年代：完善基本理論，改進(jìn)設(shè)備，實踐嘗試年代：完善基本理論，改進(jìn)設(shè)備，實踐嘗試 7070年代以后：重點是新技術(shù)如年代以后：重點是新技術(shù)如CTCT、背散射成像、背散射成像、DRDR等。等。4二二 核成像原理與系統(tǒng)組成核成像原理與系統(tǒng)組成1 原理原理:射線與物質(zhì)的相互作用是輻射成像的物理射線與物質(zhì)的相互作用是輻射成像的物理基礎(chǔ)。以透射成像為例基礎(chǔ)。以透射成像為例2 組成組成射線源射線源探測器探測器信號處理采集信號處理采集圖像處理圖像處理機械與控制機械與控制mmxeII0 xxm 圖象處理 探測器 信號處理采

3、集電路 射線源 /m5三三 成像方式成像方式分類：分類：有多種分類方法，有多種分類方法，如膠片與數(shù)字、探測器類型如膠片與數(shù)字、探測器類型、成像方式等。、成像方式等。 透射成像（透射投影）透射成像（透射投影） 散射成像散射成像 層析成像（斷層掃描）層析成像（斷層掃描）DR: Digital Radiography CR: Computed RadiographyCT: Computed Tomography6探測介質(zhì)探測介質(zhì) 膠片照相膠片照相：最古老而：最古老而目前仍得到廣泛應(yīng)用；目前仍得到廣泛應(yīng)用；膠片既作為探測介質(zhì)，膠片既作為探測介質(zhì)，又是記錄載體；空間又是記錄載體；空間分辨率高。分辨率高。

4、7熒光屏熒光屏：與膠片照相類與膠片照相類似，用熒光屏代替膠片，似，用熒光屏代替膠片，將將x x射線轉(zhuǎn)換為可見光；射線轉(zhuǎn)換為可見光；CCDCCD技術(shù)技術(shù) + + 電視（圖像電視（圖像增強器，亮度可提高增強器，亮度可提高1000010000倍）；可遠(yuǎn)距離倍）；可遠(yuǎn)距離檢測，可實時成像，也檢測，可實時成像，也可數(shù)字化。成本低；可數(shù)字化。成本低；空空間分辨率、對比靈敏度間分辨率、對比靈敏度較差；對中高能射線探較差；對中高能射線探測效率低。測效率低。探測介質(zhì)探測介質(zhì)8 潛影成像板潛影成像板：日本富士公司：日本富士公司開發(fā)的技術(shù)，用成像板代替開發(fā)的技術(shù)，用成像板代替了膠片與暗盒，由成像板、了膠片與暗盒，由

5、成像板、讀出器和信息處理設(shè)備三部讀出器和信息處理設(shè)備三部分組成，特點：分組成，特點： 空間分辨率高，可與膠片比空間分辨率高，可與膠片比擬；輻射劑量顯著降低；成擬；輻射劑量顯著降低；成像板可重復(fù)使用像板可重復(fù)使用20003000次以上，但價格昂貴；具有次以上，但價格昂貴；具有多種圖像后處理功能。多種圖像后處理功能。探測介質(zhì)探測介質(zhì)9 TFT TFT成像技術(shù)成像技術(shù)：美國美國Sterling公司開發(fā)；公司開發(fā)；探測器由二維薄膜晶體管探測器由二維薄膜晶體管(TFT)陣列和涂覆在陣列和涂覆在其上的光電導(dǎo)材料無定形硒其上的光電導(dǎo)材料無定形硒(a-Se)構(gòu)成；構(gòu)成；a-Se吸收吸收x射線，產(chǎn)生電子射線，產(chǎn)

6、生電子-空穴對，被收集到各個空穴對，被收集到各個與像素相對應(yīng)的存儲電容上，形成電信號；這與像素相對應(yīng)的存儲電容上，形成電信號；這些電信號被采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換，形成數(shù)字圖像。些電信號被采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換，形成數(shù)字圖像。 特點：特點：直接把直接把x射線轉(zhuǎn)換成電信號，沒有經(jīng)過射線轉(zhuǎn)換成電信號，沒有經(jīng)過從從x射線到可見光的轉(zhuǎn)換過程，減少了信息損射線到可見光的轉(zhuǎn)換過程，減少了信息損失并降低了噪聲；分辨率：失并降低了噪聲；分辨率： 139m139m；動態(tài)范圍大，可實時成像。但價格昂貴?。倓討B(tài)范圍大，可實時成像。但價格昂貴?。偼顿Y投資1億億US$）探測介質(zhì)探測介質(zhì)10成像方式（一）成像方式（一）透射成像特點透射

7、成像特點：建立在射線對建立在射線對物體透射的基礎(chǔ)上，對物體物體透射的基礎(chǔ)上，對物體的厚度和密度比較靈敏，但的厚度和密度比較靈敏，但對物質(zhì)的種類或物質(zhì)的原子對物質(zhì)的種類或物質(zhì)的原子量不太敏感。量不太敏感。 投影圖像投影圖像 與質(zhì)量厚度、質(zhì)量衰減與質(zhì)量厚度、質(zhì)量衰減系數(shù)成指數(shù)關(guān)系系數(shù)成指數(shù)關(guān)系 前后重疊，不符合視覺前后重疊，不符合視覺習(xí)慣習(xí)慣xxeIeIImm0011 散射成像：散射成像：物理基礎(chǔ)是康普頓散射，對物理基礎(chǔ)是康普頓散射，對于含于含H H物質(zhì)，對射線的吸收系數(shù)小于重物物質(zhì)，對射線的吸收系數(shù)小于重物質(zhì)，所以對有機物有自動質(zhì)，所以對有機物有自動“加亮加亮”功能；功能； 射線照射到工件，由于

8、檢測器前設(shè)有準(zhǔn)直射線照射到工件，由于檢測器前設(shè)有準(zhǔn)直器，來自工件不同深度層產(chǎn)生的散射線，器，來自工件不同深度層產(chǎn)生的散射線，將入射到不同位置的檢測器。將入射到不同位置的檢測器。 在物體某一層中，若在不同點存在有性質(zhì)在物體某一層中，若在不同點存在有性質(zhì)的差異，則所產(chǎn)生的散射線強度也不同。的差異，則所產(chǎn)生的散射線強度也不同。 從檢測器給出的數(shù)據(jù)分布，可以對該層的從檢測器給出的數(shù)據(jù)分布，可以對該層的物質(zhì)性質(zhì)作出分析。物質(zhì)性質(zhì)作出分析。成像方式（二）成像方式（二）其主要特點是：單側(cè)幾何布置；圖象的對比度在理其主要特點是：單側(cè)幾何布置；圖象的對比度在理論上可達(dá)論上可達(dá)100%100%；具有層析功能，并且

9、一次可得到多；具有層析功能，并且一次可得到多個截面的圖象。個截面的圖象。12 康普頓散射成像檢測系統(tǒng)測試的是康普頓的散射射線，它對物質(zhì)的原子量很敏感對物質(zhì)的原子量很敏感。 原子的康普頓散射截面c與物質(zhì)的原子序數(shù)Z以及光子能量之間的關(guān)系為c czzhvhv（當(dāng)hvmc2時）. 因此，康普頓散射成像檢測系統(tǒng)，可以檢測物質(zhì)的成分。 康普頓散射成像檢測系統(tǒng)康普頓散射成像檢測系統(tǒng)13由于康普頓散射成像技術(shù)采用散射線成像，故：由于康普頓散射成像技術(shù)采用散射線成像，故：主要適用于低原子序數(shù)物質(zhì)主要適用于低原子序數(shù)物質(zhì)近表面區(qū)較小厚度范圍內(nèi)缺陷的檢驗近表面區(qū)較小厚度范圍內(nèi)缺陷的檢驗通常它適宜檢驗物體表面層厚度

10、區(qū)是：鋼為通常它適宜檢驗物體表面層厚度區(qū)是：鋼為3-5mm3-5mm，鋁約為，鋁約為25mm25mm，塑料和復(fù)合材料約為塑料和復(fù)合材料約為50mm50mm。其次，在應(yīng)用時必須考慮基體材料和缺陷對射線的散射差別，也必須其次，在應(yīng)用時必須考慮基體材料和缺陷對射線的散射差別，也必須考慮所要求的分辨率和成像時間?？紤]所要求的分辨率和成像時間?？灯疹D散射成像檢測技術(shù)已應(yīng)用于一些問題的檢驗和研究，例如飛機康普頓散射成像檢測技術(shù)已應(yīng)用于一些問題的檢驗和研究，例如飛機蒙皮的黏結(jié)和腐蝕檢驗。蒙皮的黏結(jié)和腐蝕檢驗。在固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)分層檢驗中，已可檢出在固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)分層檢驗中，已可檢出0.15mm0.15

11、mm的分層間歇。的分層間歇。測量密度為測量密度為6.7g/cm6.7g/cm3 3左右的密度時，測量的不確定度，可達(dá)左右的密度時，測量的不確定度，可達(dá)1%1%，實，實驗證明可用于密度為驗證明可用于密度為1.7g/cm1.7g/cm3 3左右的復(fù)合材料密度測量。左右的復(fù)合材料密度測量。 局限性及應(yīng)用局限性及應(yīng)用14散射成像掃描方式散射成像掃描方式散射成像方式散射成像方式 逐點掃描逐點掃描 逐線掃描逐線掃描 逐面掃描逐面掃描入射線被檢客體探測器準(zhǔn)直器透射線散射線入射線被檢客體陣列探測器準(zhǔn)直器散射線透射線入射線束被檢客體面探測器陣列逐點逐點逐面逐面逐線逐線15 當(dāng)散射角當(dāng)散射角=180時，時，稱背散

12、射，相應(yīng)的成像稱背散射，相應(yīng)的成像方式稱為方式稱為背散射成像背散射成像。成像特點：成像特點： 源與探測器在同一側(cè)源與探測器在同一側(cè) 表層信息、對低原子序表層信息、對低原子序數(shù)敏感數(shù)敏感 一次只能獲取一側(cè)圖像一次只能獲取一側(cè)圖像 層析功能，直接三維層析功能，直接三維背散射成像背散射成像16 在在X X射線成像技術(shù)中，存在射線成像技術(shù)中，存在2 2個根本的問題：個根本的問題： （1 1）常規(guī)的）常規(guī)的X X射線成像是利用透射原理完成的，射線成像是利用透射原理完成的，它使物體的三維結(jié)構(gòu)通過投影后顯示在一個二它使物體的三維結(jié)構(gòu)通過投影后顯示在一個二維的平面上，使圖象前后重疊，讀片困難。維的平面上，使圖

13、象前后重疊，讀片困難。 （2 2）無論是熒光屏還是）無論是熒光屏還是X X射線膠片，它們固有的射線膠片，它們固有的分辨率都比較差。分辨率都比較差。 X X射線斷層成像從根本上克服了上述困難。射線斷層成像從根本上克服了上述困難。 X X射線斷層成像（射線斷層成像（X-CTX-CT）技術(shù)是根據(jù)物體橫斷面）技術(shù)是根據(jù)物體橫斷面的一組投影數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算處理后，得到物體的一組投影數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算處理后，得到物體橫斷面的圖象，是一種由數(shù)據(jù)到圖象的重建技橫斷面的圖象，是一種由數(shù)據(jù)到圖象的重建技術(shù)。術(shù)。三、計算機斷層成像（三、計算機斷層成像（CTCT）17 設(shè)有一幅只含設(shè)有一幅只含4 4個像素的圖象，每個像素的

14、衰減系數(shù)值是未知的。個像素的圖象，每個像素的衰減系數(shù)值是未知的。根據(jù)投影根據(jù)投影X X射線成像原理，當(dāng)入射強度為射線成像原理，當(dāng)入射強度為I I 0 0的的X X射線通過物體后，檢測射線通過物體后，檢測器接受到的射線強度為：器接受到的射線強度為：I = I I = I 0 0 e e-d-d, ,式中，式中，d d為物體的厚度，為物體的厚度，為為物體的線性衰減系數(shù)。物體的線性衰減系數(shù)。對于一個對于一個值不均勻截面而言，可以假設(shè)不同的位置有不同的值不均勻截面而言，可以假設(shè)不同的位置有不同的值值（見圖），并建立一系列的衰減方程。對于這個只含（見圖），并建立一系列的衰減方程。對于這個只含4 4個像素

15、的圖象個像素的圖象來說，在水平方向上可以建立以下來說，在水平方向上可以建立以下2 2個方程：個方程：I I 1 1 = I = I 0 0 e e- -（1+41+4）d dI I 2 2 = I = I 0 0 e e- -（2+32+3）d d基本原理基本原理 同理，還可以在垂直方向或?qū)蔷€方向上列出類似的方程。同理，還可以在垂直方向或?qū)蔷€方向上列出類似的方程。4 4個獨立的方程聯(lián)合起來求解，就能得出個獨立的方程聯(lián)合起來求解，就能得出1 12 23 34 4 的值的值，所形成的這幅關(guān)于衰減系數(shù)的圖象就是我們所要得到的所形成的這幅關(guān)于衰減系數(shù)的圖象就是我們所要得到的X-X-CTCT圖象，它

16、表示物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖象，它表示物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 18 優(yōu)勢：優(yōu)勢：（1 1） 它能鑒別出，較小的衰減系數(shù)差，從而提高它能鑒別出，較小的衰減系數(shù)差，從而提高了檢測靈敏度。了檢測靈敏度。（2 2）對物體的前后、左右、上下）對物體的前后、左右、上下進(jìn)行進(jìn)行3 3維全方位斷維全方位斷面掃描面掃描，將數(shù)據(jù)重新整合，就能得到物體結(jié)構(gòu)的，將數(shù)據(jù)重新整合，就能得到物體結(jié)構(gòu)的3 3維立體圖象。維立體圖象。 X-CTX-CT自問世以來，在不長的自問世以來，在不長的2020多年中得到了飛速多年中得到了飛速的發(fā)展，產(chǎn)品經(jīng)過了幾代更新，各項性能指標(biāo)有了明的發(fā)展，產(chǎn)品經(jīng)過了幾代更新，各項性能指標(biāo)有了明顯的提高。顯的提高

17、。 計算機斷層成像優(yōu)勢計算機斷層成像優(yōu)勢19 用一個用一個X X射線源射線源 一個探測器一個探測器 同步作平移運動同步作平移運動 并旋轉(zhuǎn)掃描以獲取投影并旋轉(zhuǎn)掃描以獲取投影數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 第一代的主要缺點是采第一代的主要缺點是采集數(shù)據(jù)的時間比較長，集數(shù)據(jù)的時間比較長，大約需要幾分鐘。大約需要幾分鐘。 第一代：第一代：X-CTX-CT20 也采用平移加旋轉(zhuǎn)的掃描方式，不同的也采用平移加旋轉(zhuǎn)的掃描方式，不同的是用一個小角度扇形的射線束和多個檢是用一個小角度扇形的射線束和多個檢測器來代替原來的單一檢測器。測器來代替原來的單一檢測器。 使在每一個發(fā)射位置上可以同時檢測到使在每一個發(fā)射位置上可以同時檢測到多

18、個投影數(shù)據(jù)。多個投影數(shù)據(jù)。 假如有假如有1010個檢測器，相鄰之間相差個檢測器，相鄰之間相差1 1o o，那么在一次發(fā)射后可同時采集到那么在一次發(fā)射后可同時采集到1010個投個投影數(shù)據(jù)。于是在下一步作旋轉(zhuǎn)運動時，影數(shù)據(jù)。于是在下一步作旋轉(zhuǎn)運動時，整個掃描系統(tǒng)就可以一步旋轉(zhuǎn)整個掃描系統(tǒng)就可以一步旋轉(zhuǎn)1010o o而不而不是是1 1o o（假設(shè)單一檢測器時每次轉(zhuǎn)（假設(shè)單一檢測器時每次轉(zhuǎn)1 1o o），），使整個數(shù)據(jù)采集時間縮短了使整個數(shù)據(jù)采集時間縮短了1010倍。倍。第二代：第二代：X-CTX-CT21 只包含扇形束的旋轉(zhuǎn)掃描，只包含扇形束的旋轉(zhuǎn)掃描，不包括不包括X X射線射線源與檢測器的平移運動

19、，因為第三代掃描源與檢測器的平移運動，因為第三代掃描儀的扇形束，已擴展至能容納下整個工件儀的扇形束，已擴展至能容納下整個工件的截面。的截面。 檢測器陣列通常有幾百個或上千個檢測器檢測器陣列通常有幾百個或上千個檢測器單元，依次排列而成，工件圍繞著一個公單元，依次排列而成，工件圍繞著一個公共軸心旋轉(zhuǎn)，共軸心旋轉(zhuǎn)，X X射線源與檢測器同時作上射線源與檢測器同時作上下平移運動。下平移運動。“環(huán)形偽影環(huán)形偽影” 這一代掃描儀的明顯優(yōu)點是機械結(jié)構(gòu)簡化這一代掃描儀的明顯優(yōu)點是機械結(jié)構(gòu)簡化了，可以保證機械掃描精度，并使掃描速了，可以保證機械掃描精度，并使掃描速度有了明顯的提高（通常為幾秒鐘）。度有了明顯的提高

20、（通常為幾秒鐘）。 這是這是當(dāng)前當(dāng)前X-CTX-CT的主要結(jié)構(gòu)形式。的主要結(jié)構(gòu)形式。 第三代：第三代：X-CTX-CT22 采用在采用在360360o o圓周上固定安裝好的圓周上固定安裝好的檢測器；檢測器； 數(shù)據(jù)的采集只是靠旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的采集只是靠旋轉(zhuǎn)X X射線源；射線源； 整個探測器陣列是不動的；整個探測器陣列是不動的； 它的缺點是對某一特定的檢測單它的缺點是對某一特定的檢測單元來說，在不同的掃描位置上，元來說，在不同的掃描位置上，X X射線以不同的角度轟擊探測器，射線以不同的角度轟擊探測器，這將對重建圖象的質(zhì)量發(fā)生影響。這將對重建圖象的質(zhì)量發(fā)生影響。 同時制造成本也高。同時制造成本也高。 第四

21、代：第四代：X-CTX-CT23第五代第五代CT 第五代第五代CT 多層多層CT 螺旋螺旋CT 發(fā)射發(fā)射CT SPECT PETPETSPECT24 核心技術(shù)是核心技術(shù)是從投影重建圖象從投影重建圖象。 一種逆問題求解的方法，研究一種逆問題求解的方法，研究從投影重建圖象的理論有普遍從投影重建圖象的理論有普遍的適用性。的適用性。 斷層掃描作為一種技術(shù)，它既斷層掃描作為一種技術(shù)，它既有堅實的數(shù)學(xué)理論為依托，又有堅實的數(shù)學(xué)理論為依托，又有現(xiàn)代電子技術(shù)及計算機技術(shù)有現(xiàn)代電子技術(shù)及計算機技術(shù)相支持，相支持， X-CTX-CT已在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，地球物已在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，地球物理等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。理等領(lǐng)域中得

22、到廣泛的應(yīng)用。 中科院高能物理研究所，建成中科院高能物理研究所，建成并投入使用的加速器工業(yè)并投入使用的加速器工業(yè)X-CTX-CT系統(tǒng)系統(tǒng)斷層掃描技術(shù)斷層掃描技術(shù)25 檢測平臺檢測平臺可以左右移動并可圍繞中心軸轉(zhuǎn)動的平臺上，可以左右移動并可圍繞中心軸轉(zhuǎn)動的平臺上，斷層截面的切取，通過工件臺的上升或下降實現(xiàn)。斷層截面的切取，通過工件臺的上升或下降實現(xiàn)。 線陣探測器選用線陣探測器選用：鎢酸鎘鎢酸鎘 0.35mm(0.35mm(寬寬) )6mm(6mm(高高) )5mm(5mm(深深) ) 1 平臺 2 探測器支架 3 34 探測器 4 滑臺 5 55 轉(zhuǎn)臺支架 升降臺 6 轉(zhuǎn)臺 7 1 2 3 4

23、57 6 檢測平臺和線陣探測器檢測平臺和線陣探測器- -能量響應(yīng)范圍寬能量響應(yīng)范圍寬50keV9MeV50keV9MeV- -探頭間隔探頭間隔0.4mm0.4mm，它決定了位置，它決定了位置分辨的精度；分辨的精度；- -動態(tài)范圍，動態(tài)范圍，7500/1 7500/1 （定義為（定義為飽和信號與電子噪聲本底標(biāo)準(zhǔn)偏飽和信號與電子噪聲本底標(biāo)準(zhǔn)偏差的比值）；差的比值）；26 1 1）輻射源：）輻射源：常用的有：常用的有：X X光機，加速器，光機，加速器，射線源。射線源。理想的射線源：應(yīng)具有足夠高的強度，單一的能量，理想的射線源：應(yīng)具有足夠高的強度，單一的能量，較小的焦點尺寸。較小的焦點尺寸。射線源的能

24、量應(yīng)根據(jù)檢測物體的特點選定。射線源的能量應(yīng)根據(jù)檢測物體的特點選定。 2 2）探測器：）探測器：它是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件，它接收射它是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件，它接收射 線信號，形成線信號，形成X-CTX-CT系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)，其性能直接影響系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)，其性能直接影響系統(tǒng)的圖象質(zhì)量。系統(tǒng)的圖象質(zhì)量。探測器的主要性能包括：單元尺寸，單元數(shù)目（通探測器的主要性能包括：單元尺寸，單元數(shù)目（通道數(shù)），能量轉(zhuǎn)換效率，響應(yīng)時間，動態(tài)范圍，穩(wěn)道數(shù)），能量轉(zhuǎn)換效率，響應(yīng)時間，動態(tài)范圍，穩(wěn)定性，一致性等。定性，一致性等。常 用 的 固 體 探 測 器 有 ：常 用 的 固 體 探 測 器 有 ： C d W O

25、C d W O4 4， C a W OC a W O4 4，Nal(Tl),BGONal(Tl),BGO或塑料閃爍體等，后接光電倍增管；或塑料閃爍體等，后接光電倍增管；射線源與探測器前均有相應(yīng)的準(zhǔn)直裝置。射線源與探測器前均有相應(yīng)的準(zhǔn)直裝置。工業(yè)工業(yè)CT組成組成27 3 3）機械掃描系統(tǒng)：）機械掃描系統(tǒng)：用于工件的旋轉(zhuǎn)，升降和平移，調(diào)整用于工件的旋轉(zhuǎn)，升降和平移，調(diào)整射線源射線源- -工件工件- -探測器的距離和相對位置。探測器的距離和相對位置。主要性能要求是：掃描方式，移位特性（移動自由度，主要性能要求是：掃描方式，移位特性（移動自由度，速度，范圍等），控制方法和精度等。速度，范圍等），控制方

26、法和精度等。 4 4）電子學(xué)系統(tǒng)：）電子學(xué)系統(tǒng)：包括信號放大、甄別、計數(shù)等一系列部包括信號放大、甄別、計數(shù)等一系列部件，以及使探測系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)相聯(lián)系的接口等。件，以及使探測系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)相聯(lián)系的接口等。 5 5）計算機系統(tǒng)：）計算機系統(tǒng)：硬件有主機、陣列處理器、數(shù)據(jù)存儲、硬件有主機、陣列處理器、數(shù)據(jù)存儲、圖象顯示與文字輸出等；軟件有各種作濾波反投影信息處圖象顯示與文字輸出等；軟件有各種作濾波反投影信息處理的程序和一定的圖象重建的程序。理的程序和一定的圖象重建的程序。工業(yè)工業(yè)CT組成組成28 影響影響CTCT圖象質(zhì)量的因素很多，但通常用下列幾種參圖象質(zhì)量的因素很多，但通常用下列幾種參數(shù)作為

27、主要評價標(biāo)志。數(shù)作為主要評價標(biāo)志。 1 1）掃描時間：掃描時間：即完成一個層面數(shù)據(jù)采集所需的時間。即完成一個層面數(shù)據(jù)采集所需的時間。它與圖象矩陣的大小，探測器陣列所含探測器的多少它與圖象矩陣的大小，探測器陣列所含探測器的多少及射線源的輻射強度等直接相關(guān)。及射線源的輻射強度等直接相關(guān)。 2 2）重建時間：重建時間：即計算機系統(tǒng)完成一個層面數(shù)據(jù)處理，即計算機系統(tǒng)完成一個層面數(shù)據(jù)處理，給出數(shù)字圖象所需要的時間。它與圖象矩陣的大小，給出數(shù)字圖象所需要的時間。它與圖象矩陣的大小，重建算法的性能密切相關(guān)。重建算法的性能密切相關(guān)。 3 3）空間分辨率：空間分辨率：指斷層面上的幾何分辨率，即顯示最指斷層面上的

28、幾何分辨率，即顯示最小物體的能力小物體的能力 4 4）斷層厚度：斷層厚度：即為切片厚度，要得到很高的空間分辨即為切片厚度，要得到很高的空間分辨率，必須取很薄的掃描斷層厚度。率，必須取很薄的掃描斷層厚度。評價評價CTCT性能的主要參數(shù)性能的主要參數(shù)29 5 5）密度分辨率：密度分辨率：又稱對比度分辨率，它表示能夠又稱對比度分辨率，它表示能夠區(qū)分開的密度差別程度，以區(qū)分開的密度差別程度，以% %表示。表示。 6 6）偽影：偽影：又稱假像，它是指圖象中與被檢物體的又稱假像，它是指圖象中與被檢物體的物理參數(shù)分布沒有對應(yīng)關(guān)系的部分。它可能來自物理參數(shù)分布沒有對應(yīng)關(guān)系的部分。它可能來自被檢物和被檢物和CT

29、CT裝置兩個方面。裝置兩個方面。 7 7）均勻度：均勻度：指斷面不同位置上同類缺陷成像時，指斷面不同位置上同類缺陷成像時，是否具有同一個平均是否具有同一個平均CTCT值。值。 8 8）重復(fù)性：重復(fù)性：指在一定的誤差范圍內(nèi)，同一物體在指在一定的誤差范圍內(nèi)，同一物體在同樣的測量參數(shù)下始終能獲得同樣的圖象。同樣的測量參數(shù)下始終能獲得同樣的圖象。9 9）CTCT系統(tǒng)可以檢測工件的系統(tǒng)可以檢測工件的尺寸，厚度，重量等尺寸，厚度，重量等。評價評價CT性能的主要參數(shù)性能的主要參數(shù)30 工業(yè)工業(yè)CTCT的應(yīng)用已越來越廣泛。的應(yīng)用已越來越廣泛。 航空航天工業(yè)中，航空航天工業(yè)中，CTCT技術(shù)用來檢測精密鑄件，燒結(jié)

30、和復(fù)技術(shù)用來檢測精密鑄件，燒結(jié)和復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)等；合材料的結(jié)構(gòu)等； 核工業(yè)核工業(yè)CTCT技術(shù)用來檢測反應(yīng)堆燃料元件的密度和缺陷，技術(shù)用來檢測反應(yīng)堆燃料元件的密度和缺陷，確定包殼管內(nèi)芯體位置，核動力裝置零部件及組件等；確定包殼管內(nèi)芯體位置，核動力裝置零部件及組件等； 鋼鐵工業(yè)鋼鐵工業(yè)CTCT技術(shù)用來檢測鋼材的質(zhì)量，如管子的外徑，技術(shù)用來檢測鋼材的質(zhì)量，如管子的外徑，內(nèi)徑，壁厚，偏心率和橢圓度；內(nèi)徑，壁厚，偏心率和橢圓度； 機械工業(yè)中可檢測鑄件和焊縫中的微小氣孔，夾雜和裂機械工業(yè)中可檢測鑄件和焊縫中的微小氣孔，夾雜和裂紋等缺陷。紋等缺陷。 此外，在陶瓷，建筑，食品，礦業(yè)，石油等等，領(lǐng)域都此外，在陶

31、瓷，建筑，食品，礦業(yè)，石油等等，領(lǐng)域都有很多的應(yīng)用。有很多的應(yīng)用。 工業(yè)工業(yè)CTCT的應(yīng)用的應(yīng)用31 工業(yè)工業(yè)X-CTX-CT應(yīng)用深入到生產(chǎn)過程在線實時測試和自動控制應(yīng)用深入到生產(chǎn)過程在線實時測試和自動控制 19841984年，美國鋼鐵協(xié)會設(shè)立一專門小組，探討解決鋼鐵年，美國鋼鐵協(xié)會設(shè)立一專門小組，探討解決鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展所面臨的緊迫任務(wù)的有效途徑。他們認(rèn)為，熱生產(chǎn)發(fā)展所面臨的緊迫任務(wù)的有效途徑。他們認(rèn)為，熱軋無縫鋼管的在線測試是其首要任務(wù)之一，即在熱軋的軋無縫鋼管的在線測試是其首要任務(wù)之一，即在熱軋的同時測定鋼管的壁厚、同心度、單位長度重量以及檢查同時測定鋼管的壁厚、同心度、單位長度重量以及檢查

32、出鋼管中的氣孔、劃痕、裂縫、分層等各種缺陷。出鋼管中的氣孔、劃痕、裂縫、分層等各種缺陷。 之前，摩根教授等人曾就之前，摩根教授等人曾就CTCT在熱軋無縫鋼管測試中的應(yīng)在熱軋無縫鋼管測試中的應(yīng)用可行性，作過探索和實驗。投資用可行性，作過探索和實驗。投資240240萬美元，研制稱之萬美元，研制稱之為為“鋼管全長檢測系統(tǒng)鋼管全長檢測系統(tǒng)(IPIS)”(IPIS)”的工業(yè)的工業(yè)CTCT。 經(jīng)過四年的努力，經(jīng)過四年的努力，IPISIPIS的樣機已于的樣機已于19881988年年底問世。其年年底問世。其間，摩根在間，摩根在19871987年創(chuàng)立了專門從事年創(chuàng)立了專門從事INsINs研制生產(chǎn)的國際數(shù)研制生產(chǎn)

33、的國際數(shù)字模式公司字模式公司(EDM(EDM公司公司) )。在線實時測試和自動控制在線實時測試和自動控制32 最近的工業(yè)應(yīng)用，更與計算機輔助設(shè)計、制造最近的工業(yè)應(yīng)用，更與計算機輔助設(shè)計、制造(CAD(CADCAM)CAM)結(jié)合起來，使各種發(fā)動機和其他機械結(jié)合起來，使各種發(fā)動機和其他機械設(shè)計制造的工作效率與性能指標(biāo)，均有很大提高。設(shè)計制造的工作效率與性能指標(biāo)，均有很大提高。 例如例如彈藥的裝藥密度測定彈藥的裝藥密度測定使制造商們大傷腦筋。使制造商們大傷腦筋。用常規(guī)的檢查方法，除非把炮彈鋸開否則都礙用常規(guī)的檢查方法，除非把炮彈鋸開否則都礙于彈殼的不均勻性而影響其測定精確度。于彈殼的不均勻性而影響其

34、測定精確度。 美國美國IRTIRT公司曾經(jīng)設(shè)計制造了一臺康普頓散射公司曾經(jīng)設(shè)計制造了一臺康普頓散射CTCT掃描儀，檢測掃描儀，檢測l 55mml 55mm火箭炮彈頭。裝藥的火箭炮彈頭。裝藥的極為局極為局部的密度變化均被正確測定部的密度變化均被正確測定，彈殼厚度的變化對，彈殼厚度的變化對這一測量沒有任何影響。這一測量沒有任何影響。國防工業(yè)的應(yīng)用國防工業(yè)的應(yīng)用33國防工業(yè)的應(yīng)用 除美國外，其他工業(yè)發(fā)達(dá)國家如英國、聯(lián)邦德除美國外，其他工業(yè)發(fā)達(dá)國家如英國、聯(lián)邦德國、日本、法國、俄羅斯等也都在工業(yè)國、日本、法國、俄羅斯等也都在工業(yè)CTCT的發(fā)展的發(fā)展方面，取得了引入注目的成就。方面，取得了引入注目的成就

35、。 最為集中的應(yīng)用領(lǐng)域可說是國防工業(yè)，如直徑為最為集中的應(yīng)用領(lǐng)域可說是國防工業(yè)，如直徑為2m2m火箭的整體測試火箭的整體測試，以及各種槍炮和彈藥的無損，以及各種槍炮和彈藥的無損檢測等。檢測等。 工業(yè)工業(yè)CTCT還被應(yīng)用于飛機螺旋槳、發(fā)動機，汽輪機還被應(yīng)用于飛機螺旋槳、發(fā)動機，汽輪機葉片，汽缸等精密鑄件的無損檢測。葉片，汽缸等精密鑄件的無損檢測。 蘇聯(lián)曾用蘇聯(lián)曾用XCTXCT測定反應(yīng)堆燃料元件的密度分布測定反應(yīng)堆燃料元件的密度分布。以。以前的這種檢查，需把燃料元件分解開后用化學(xué)方前的這種檢查，需把燃料元件分解開后用化學(xué)方法測定，耗時費錢。使用法測定，耗時費錢。使用CTCT技術(shù)一次可測定技術(shù)一次可

36、測定3232個個燃料元件，每次測定僅花燃料元件，每次測定僅花35min35min。34 美國肯尼迪空間中心美國肯尼迪空間中心SMS-201-CTSMS-201-CT掃描儀，在一次測定掃描儀，在一次測定中節(jié)約中節(jié)約l0l0萬美元。當(dāng)時，萬美元。當(dāng)時，航天飛機引擎航天飛機引擎裝配好后在裝配好后在其燃料管的波紋管減振器的肘節(jié)處其燃料管的波紋管減振器的肘節(jié)處(2.3mm(2.3mm不銹鋼制成不銹鋼制成) )，發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)處約為一枚硬幣大小的凹痕。痕跡雖不深，但處約為一枚硬幣大小的凹痕。痕跡雖不深，但明顯可見。明顯可見。 制造商洛克希德公司用了好幾種方法對此痕跡作了檢制造商洛克希德公司用了好幾種方法對此痕跡

37、作了檢查，以確定痕跡處的管壁是否薄于規(guī)定指標(biāo)，但均未查，以確定痕跡處的管壁是否薄于規(guī)定指標(biāo)，但均未奏效。按常規(guī)方法似乎只有拆開燃料管換上一根奏效。按常規(guī)方法似乎只有拆開燃料管換上一根新的波紋管了。但這根結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件價值新的波紋管了。但這根結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件價值1010萬美元。萬美元。于是采用于是采用SMS-201-CTSMS-201-CT對該肘節(jié)處作了對該肘節(jié)處作了621621次剖面掃描，次剖面掃描，花了花了4h4h，結(jié)果證明肘節(jié)處的尺寸還是在加工公差范圍，結(jié)果證明肘節(jié)處的尺寸還是在加工公差范圍之內(nèi)，部件可以放心地被使用。之內(nèi)，部件可以放心地被使用。 民用工業(yè)產(chǎn)品的測試名目繁多，民用工業(yè)產(chǎn)品的測

38、試名目繁多，如木材掃描如木材掃描( (提高其利提高其利用率用率) )，輪胎生產(chǎn)流水線，以及各種管道和樁柱的定期，輪胎生產(chǎn)流水線，以及各種管道和樁柱的定期檢查等等。檢查等等。航天及民用航天及民用35圖例層析成像層析成像 透射透射CT斷層圖像斷層圖像36圖例uThe CT images of a vessel and an exhaust manifold The CT images of a vessel and an exhaust manifold provided by the ARACOR Company, CA., U.S.A.provided by the ARACOR Compan

39、y, CA., U.S.A.37其他核成像技術(shù)其他核成像技術(shù) 核磁共振成像核磁共振成像 正電子發(fā)射斷層成像正電子發(fā)射斷層成像 襁褓中的巨人襁褓中的巨人穆穆斯堡爾成像斯堡爾成像38發(fā)展趨勢：發(fā)展趨勢： 在基本理論日臻完善的情況下，核成像技術(shù)的在基本理論日臻完善的情況下，核成像技術(shù)的發(fā)展更多地體現(xiàn)在多學(xué)科的交叉融合上。材料科學(xué)發(fā)展更多地體現(xiàn)在多學(xué)科的交叉融合上。材料科學(xué)的發(fā)展的發(fā)展( (如新型材料的誕生如新型材料的誕生) )、信息科學(xué)的發(fā)展、信息科學(xué)的發(fā)展( (如如計算機、微電子技術(shù)計算機、微電子技術(shù)) )，為核成像技術(shù)注入了巨大，為核成像技術(shù)注入了巨大的活力。其未來的發(fā)展，仍將首先依賴于以信息科

40、的活力。其未來的發(fā)展，仍將首先依賴于以信息科學(xué)為主導(dǎo)的高新技術(shù)的進(jìn)步。學(xué)為主導(dǎo)的高新技術(shù)的進(jìn)步。 數(shù)字化數(shù)字化 大規(guī)模、高能大規(guī)模、高能 多視圖多視圖 圖像智能化圖像智能化 39核醫(yī)學(xué)包含兩部分核醫(yī)學(xué)包含兩部分 核醫(yī)學(xué)診斷核醫(yī)學(xué)診斷和和核醫(yī)學(xué)治療核醫(yī)學(xué)治療（放射治療）（放射治療） x射線圖像增強器射線圖像增強器 造影術(shù)：鋇餐造影術(shù)：鋇餐 數(shù)字化：高對比度數(shù)字化：高對比度 CT：任意斷層圖像的獲得：任意斷層圖像的獲得 放射性同位素診斷：放射性同位素診斷：PECT與與PET40放射治療利用放射治療利用電離輻射電離輻射對生物組織的對生物組織的破壞破壞效應(yīng)效應(yīng)進(jìn)行疾病治療，一般簡稱為放療。進(jìn)行疾病治療

41、，一般簡稱為放療。70%70%以上的惡性腫瘤病人需要進(jìn)行放療。以上的惡性腫瘤病人需要進(jìn)行放療。射線的直接效應(yīng)射線的直接效應(yīng)射線直接作用細(xì)胞的遺射線直接作用細(xì)胞的遺傳物質(zhì)傳物質(zhì)DNADNA分子上，使它們發(fā)生電離，分子分子上，使它們發(fā)生電離，分子斷裂，使得細(xì)胞不能再繁殖，并最終導(dǎo)致死斷裂，使得細(xì)胞不能再繁殖，并最終導(dǎo)致死亡。亡。射線的間接效應(yīng)射線的間接效應(yīng)射線引起水分子電離和射線引起水分子電離和分解，產(chǎn)生大量活潑的離子和自由基，它們分解，產(chǎn)生大量活潑的離子和自由基，它們再與細(xì)胞的再與細(xì)胞的DNADNA分子發(fā)生作用，導(dǎo)致細(xì)胞無分子發(fā)生作用，導(dǎo)致細(xì)胞無法再分裂或增生，并最終死亡。法再分裂或增生，并最終

42、死亡。41放射治療使用的射線有放射治療使用的射線有X X、e e、p p、n n、- -介子及重離介子及重離子，電子和重離子利用其直接電離效應(yīng)，子，電子和重離子利用其直接電離效應(yīng)，X X、光子和中子光子和中子利用其間接電離效應(yīng)。其中最常用的是利用其間接電離效應(yīng)。其中最常用的是X X、及及e e。6060CoCo是重要的是重要的射線輻射源，它經(jīng)射線輻射源，它經(jīng)- -衰變產(chǎn)生能量為衰變產(chǎn)生能量為1.173MeV1.173MeV和和1.333MeV1.333MeV的的射線，半衰期射線，半衰期5.275.27年。年。 電子加速器電子加速器能產(chǎn)生用于治療的電子束流和能產(chǎn)生用于治療的電子束流和X X射線。

43、射線。醫(yī)用電子加速器有三種類型：電子感應(yīng)加速器醫(yī)用電子加速器有三種類型：電子感應(yīng)加速器（BetatronBetatron）、回旋加速器（）、回旋加速器（CyclotronCyclotron） 和直線加速器和直線加速器（Linear AcceleratorLinear Accelerator，LINACLINAC）。）。LINACLINAC又又可分為行波與駐可分為行波與駐波兩類波兩類。42醫(yī)用電子直線醫(yī)用電子直線加速器能為放射加速器能為放射治療提供兩種治療提供兩種MeVMeV級電離輻射：級電離輻射： 供深部腫瘤治供深部腫瘤治療用的療用的X X輻射，輻射， 供表淺治療用供表淺治療用的電子輻射的電子

44、輻射。43放射治療 The total number of medical electron linear Accelerators (linacs) is 7,0008,000 Varian Associates clinac machine44 對人體表淺組織（通常深度小于對人體表淺組織（通常深度小于1cm1cm）進(jìn)行的）進(jìn)行的表淺放射治療表淺放射治療 靶區(qū)位于人體深部（深度超過靶區(qū)位于人體深部（深度超過1cm1cm）的）的深部放射治療深部放射治療 將輻射束或放射源通過自然的或人造的開口引入人體腔內(nèi)的將輻射束或放射源通過自然的或人造的開口引入人體腔內(nèi)的腔內(nèi)放射治療腔內(nèi)放射治療 對人體全身進(jìn)

45、行的對人體全身進(jìn)行的全身放射治療全身放射治療 在手術(shù)中，直視下進(jìn)行大劑量照射，以殺滅殘留腫瘤細(xì)胞的在手術(shù)中，直視下進(jìn)行大劑量照射，以殺滅殘留腫瘤細(xì)胞的術(shù)中放射治療術(shù)中放射治療。 45對于眼部和皮膚等的各種淺表疾病，如皮膚癌、對于眼部和皮膚等的各種淺表疾病，如皮膚癌、血管瘤等，可以利用血管瘤等，可以利用敷貼器敷貼器將成膏藥狀將成膏藥狀9090SrSr（鍶）（鍶）或或3232P P（磷）等放射性核素貼在病變位置上進(jìn)行（磷）等放射性核素貼在病變位置上進(jìn)行表表淺放射治療淺放射治療。后裝機后裝機是一種是一種腔內(nèi)近距離放射治療腔內(nèi)近距離放射治療設(shè)備。所謂設(shè)備。所謂后裝，即先將治療頭放入欲治體腔內(nèi)，固定位置

46、后裝，即先將治療頭放入欲治體腔內(nèi)，固定位置后，再將小球狀放射源裝入治療頭內(nèi)，讓射線在后，再將小球狀放射源裝入治療頭內(nèi)，讓射線在很短距離內(nèi)殺傷癌細(xì)胞。后裝機所用的放射性核很短距離內(nèi)殺傷癌細(xì)胞。后裝機所用的放射性核素有素有6060CoCo（鈷）、（鈷）、192192lrlr（銥）、（銥）、125125I I（碘）。（碘）。46后裝機由放射源、儲源罐、施源器、驅(qū)動系統(tǒng)、后裝機由放射源、儲源罐、施源器、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與治療計劃系統(tǒng)組成，放射源的運動與控制系統(tǒng)與治療計劃系統(tǒng)組成，放射源的運動與駐留時間全都由計算機操作自動進(jìn)行。駐留時間全都由計算機操作自動進(jìn)行。 由于有立體定向由于有立體定向儀和三維檢

47、查與治儀和三維檢查與治療系統(tǒng)，使腫瘤的療系統(tǒng)，使腫瘤的大小、形態(tài)、質(zhì)地、大小、形態(tài)、質(zhì)地、體積及在顱內(nèi)空間體積及在顱內(nèi)空間的位置得以精確的的位置得以精確的判定，需向瘤內(nèi)插判定，需向瘤內(nèi)插置源管的部位、數(shù)置源管的部位、數(shù)目及劑量與時間得目及劑量與時間得以準(zhǔn)確的計算與優(yōu)以準(zhǔn)確的計算與優(yōu)化?；?。 47 后裝機可用于咽喉癌、結(jié)腸癌、膀胱癌及皮膚癌等后裝機可用于咽喉癌、結(jié)腸癌、膀胱癌及皮膚癌等 的治療。近年來開始用于腦瘤間質(zhì)內(nèi)近距離治療的治療。近年來開始用于腦瘤間質(zhì)內(nèi)近距離治療 和冠心病介入治療后的預(yù)防血栓形成。和冠心病介入治療后的預(yù)防血栓形成。 48腫瘤靶區(qū)腫瘤靶區(qū)常規(guī)照射以常規(guī)照射以強強度均勻度均勻

48、、形狀規(guī)形狀規(guī)則則的輻射野為基的輻射野為基礎(chǔ)，每次從礎(chǔ)，每次從2 23 3個不同角度照射，個不同角度照射，使腫瘤靶區(qū)得到使腫瘤靶區(qū)得到比周圍組織高的比周圍組織高的照射劑量。照射劑量。第一輻射野第二輻射野491.直線加速器（直線加速器（Linear Accelerator，LINAC）一系列分立的加速電極一系列分立的加速電極排成一線，電極上加交排成一線，電極上加交變電場，其頻率保證當(dāng)變電場，其頻率保證當(dāng)電子經(jīng)過每對電極間隙電子經(jīng)過每對電極間隙的時候都被電場加速。的時候都被電場加速。50醫(yī)用加速器的結(jié)構(gòu)醫(yī)用加速器的結(jié)構(gòu)電子照射時用散射器獲得均勻分布的輻射，用限束器獲得所需的矩形或圓形輻射野。第一準(zhǔn)

49、直器勻整器監(jiān)測電離室第二準(zhǔn)直器補償器附加擋塊X X輻射用電子打靶產(chǎn)生，輻射用電子打靶產(chǎn)生，均整器均整器使之分布均勻，由兩對使之分布均勻，由兩對準(zhǔn)直器準(zhǔn)直器產(chǎn)生矩形的輻射野，用低熔點合金制成的產(chǎn)生矩形的輻射野，用低熔點合金制成的附加擋塊附加擋塊保護(hù)要害器官，在保護(hù)要害器官，在散射器散射器和和限束器限束器之間放置之間放置監(jiān)測電離室監(jiān)測電離室。512.60Co治療機（又稱鈷炮）治療機（又稱鈷炮）射線從鈷頭前射線從鈷頭前方的準(zhǔn)直孔射出。方的準(zhǔn)直孔射出。鈷頭裝在機架上，鈷頭裝在機架上，可繞一軸線旋轉(zhuǎn)?？衫@一軸線旋轉(zhuǎn)。移動治療床，使移動治療床，使鈷頭前端貼近病人鈷頭前端貼近病人的體表。的體表?？刹捎霉潭ㄊ?/p>

50、、可采用固定束、旋轉(zhuǎn)、擺動和跳躍旋轉(zhuǎn)、擺動和跳躍治療方法。治療方法。52Leksell C型伽瑪?shù)缎唾が數(shù)顿が數(shù)妒且环N專用伽瑪?shù)妒且环N專用作腦定向放射的外科作腦定向放射的外科治療裝置。治療裝置。伽瑪?shù)吨委熛到y(tǒng)利伽瑪?shù)吨委熛到y(tǒng)利用立體定位的方法，用立體定位的方法，預(yù)先測定病灶點的位預(yù)先測定病灶點的位置。然后將置。然后將201束束射線精確地聚焦在病射線精確地聚焦在病灶點上，灶點上，形成銳利如形成銳利如刀鋒的高劑量區(qū)刀鋒的高劑量區(qū)。對對周邊的正常組織所造周邊的正常組織所造成的放射劑量比腫瘤成的放射劑量比腫瘤所接收的小所接收的小5 51010倍倍. .53直線電子加速器前安裝筒型準(zhǔn)直器，形成狹窄直線電

51、子加速器前安裝筒型準(zhǔn)直器，形成狹窄的輻射野。將此的輻射野。將此X X射線束從不同的方向投送至病灶射線束從不同的方向投送至病灶點，讓病灶點承受高劑量輻射，而靶區(qū)周圍點，讓病灶點承受高劑量輻射，而靶區(qū)周圍X X線的線的放射劑量呈銳減性分布，故稱為放射劑量呈銳減性分布，故稱為X X刀。刀。 54使不同照射角度的使不同照射角度的輻射野截面形狀與病灶在射束方向的投輻射野截面形狀與病灶在射束方向的投影輪廓相一致影輪廓相一致，輻射野的劑量分布仍以，輻射野的劑量分布仍以均勻分布均勻分布為基礎(chǔ)。為基礎(chǔ)。55輻射野成形準(zhǔn)直器輻射野成形準(zhǔn)直器 準(zhǔn)直器準(zhǔn)直器一般用鉛、鎢或合金制造，用來阻擋和吸收輻射線，一般用鉛、鎢或

52、合金制造，用來阻擋和吸收輻射線，以形成一定形狀的輻射野。以形成一定形狀的輻射野。多葉準(zhǔn)直器多葉準(zhǔn)直器（MultiLeaf CollimatorMultiLeaf Collimator，MLCMLC）由一組葉片迭合成，）由一組葉片迭合成，葉片開合形成輻射野形狀。早期的葉片開合形成輻射野形狀。早期的MLCMLC是手動的，葉片較厚，只有是手動的，葉片較厚，只有8 81212對。目前的對。目前的MLCMLC葉片能在計算機的控制下快速運動，輻射野的葉片能在計算機的控制下快速運動，輻射野的大小、形狀和位置可隨時間動態(tài)改變。葉片越薄，片數(shù)越多，越能大小、形狀和位置可隨時間動態(tài)改變。葉片越薄，片數(shù)越多，越能獲

53、得與腫瘤輪廓接近的輻射野，但是驅(qū)動與控制系統(tǒng)也越復(fù)雜。目獲得與腫瘤輪廓接近的輻射野，但是驅(qū)動與控制系統(tǒng)也越復(fù)雜。目前最多已發(fā)展到前最多已發(fā)展到6060對。對。56Brahme和Cormack 在1988年進(jìn)行劑量分布優(yōu)化計算時獨立地提出了采用非均勻調(diào)強輻射準(zhǔn)確地實現(xiàn)靶區(qū)劑量分布的問題。IMRT用于治療那些形狀復(fù)雜、附近有要害器官的腫瘤 。例如治療主動脈旁的淋巴結(jié)瘤 。 為使組織不均勻、輪廓不規(guī)則的靶區(qū)（甚至是凹型或包嵌形）獲得為使組織不均勻、輪廓不規(guī)則的靶區(qū)（甚至是凹型或包嵌形）獲得預(yù)期的劑量分布，降低正常組織吸收，除了要求每個輻射野截面形狀預(yù)期的劑量分布，降低正常組織吸收，除了要求每個輻射野

54、截面形狀與靶區(qū)外圍輪廓形狀一致外，而且要求每個輻射野內(nèi)劑量強度分布與與靶區(qū)外圍輪廓形狀一致外，而且要求每個輻射野內(nèi)劑量強度分布與組織不均勻的腫瘤相符合。組織不均勻的腫瘤相符合。 57IMRT實例：實例：前列腺治療前列腺治療58放射治療要從多個角度進(jìn)行照射，放射治療要從多個角度進(jìn)行照射，每個照射角度的輻射野都有各自的截面每個照射角度的輻射野都有各自的截面形狀和強度分布要求。形狀和強度分布要求。當(dāng)前放射治療日益當(dāng)前放射治療日益精細(xì)化，實施照精細(xì)化，實施照射之前必須對射之前必須對病灶病灶精確定位，設(shè)計出治精確定位，設(shè)計出治療方案療方案，照射時要，照射時要準(zhǔn)確地實現(xiàn)預(yù)定的計準(zhǔn)確地實現(xiàn)預(yù)定的計劃劃，這些

55、都須借助復(fù)雜的技術(shù)手段來實，這些都須借助復(fù)雜的技術(shù)手段來實現(xiàn)現(xiàn)。59臨床實踐中，放療事故主要因腫瘤靶區(qū)定位失準(zhǔn)而引臨床實踐中，放療事故主要因腫瘤靶區(qū)定位失準(zhǔn)而引起起 。為了確保治療質(zhì)量和病人安全，放射治療前必須。為了確保治療質(zhì)量和病人安全，放射治療前必須模擬照射的幾何條件模擬照射的幾何條件,準(zhǔn)確定位腫瘤準(zhǔn)確定位腫瘤, 對輻射野進(jìn)行設(shè)計對輻射野進(jìn)行設(shè)計和檢查。其過程包含固定和標(biāo)記病人，確定靶區(qū)以及和檢查。其過程包含固定和標(biāo)記病人，確定靶區(qū)以及設(shè)計照射野的大小、方向和檔塊，復(fù)核治療計劃等。設(shè)計照射野的大小、方向和檔塊，復(fù)核治療計劃等。早期直接在治療機上行模擬，通過早期直接在治療機上行模擬，通過X光

56、膠片來確定照光膠片來確定照射野。這種方法圖像質(zhì)量很差，定位不準(zhǔn)確，模擬定射野。這種方法圖像質(zhì)量很差，定位不準(zhǔn)確，模擬定位通常需要較長的時間，效率很低。位通常需要較長的時間，效率很低。X射線模擬定位系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了上述問題，對常規(guī)射線模擬定位系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了上述問題，對常規(guī)放療是革命性的。放療是革命性的。60模擬定位機模擬定位機模擬定位機是一臺與放療設(shè)備在治療時的條件完全一致的低能X射線機，根據(jù)它產(chǎn)生的二維圖像（透視圖像或X光膠片）進(jìn)行腫瘤定位，確定照射野的形狀、方向，制作檔塊，標(biāo)記體表，檢查治療方案等。用診斷X射線取代高能X射線，圖像質(zhì)量大為改進(jìn)，靶區(qū)定位更準(zhǔn)確，對病人的傷害減小，并可實時透視

57、病人內(nèi)部器官的運動，及時調(diào)整射野邊界。將模擬和治療分開進(jìn)行，病人處理效率大大提高。61實施適形、調(diào)強和立體定向等精確放射治療之前，要實施適形、調(diào)強和立體定向等精確放射治療之前，要做出精確、詳細(xì)的治療計劃。其過程為：做出精確、詳細(xì)的治療計劃。其過程為：從成像設(shè)備取得病人的解剖結(jié)構(gòu)信息，判斷腫瘤的從成像設(shè)備取得病人的解剖結(jié)構(gòu)信息，判斷腫瘤的位置、形狀和性質(zhì)；位置、形狀和性質(zhì)；根據(jù)腫瘤和周圍組織的構(gòu)造、承受輻射的能力確定根據(jù)腫瘤和周圍組織的構(gòu)造、承受輻射的能力確定靶區(qū)和相鄰組織的照射劑量；靶區(qū)和相鄰組織的照射劑量；根據(jù)預(yù)設(shè)的靶區(qū)劑量分布求出所需輻射野數(shù)目、照根據(jù)預(yù)設(shè)的靶區(qū)劑量分布求出所需輻射野數(shù)目、

58、照射角度及各個輻射野的形狀和劑量分布；射角度及各個輻射野的形狀和劑量分布；根據(jù)治療計劃反算靶區(qū)和相鄰組織的劑量，進(jìn)行檢根據(jù)治療計劃反算靶區(qū)和相鄰組織的劑量，進(jìn)行檢驗，并修正照射方案。驗，并修正照射方案。62治療計劃系統(tǒng)是一臺通過網(wǎng)絡(luò)與成像系統(tǒng)、治療治療計劃系統(tǒng)是一臺通過網(wǎng)絡(luò)與成像系統(tǒng)、治療機連接的圖像工作站機連接的圖像工作站 。它從成像設(shè)備取得腫瘤所在。它從成像設(shè)備取得腫瘤所在體段的圖像，在醫(yī)生的參與下做出治療計劃，得到體段的圖像，在醫(yī)生的參與下做出治療計劃，得到的各種治療參數(shù)輸入加速器控制計算機中。的各種治療參數(shù)輸入加速器控制計算機中。63立體適形和調(diào)強放射立體適形和調(diào)強放射治療需要精確地確

59、定治療需要精確地確定靶區(qū)的三維形狀和位靶區(qū)的三維形狀和位置。將放療專用螺旋置。將放療專用螺旋CT、激光定位系統(tǒng)和、激光定位系統(tǒng)和三維治療計劃系統(tǒng)通三維治療計劃系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)相連接，就形過網(wǎng)絡(luò)相連接，就形成了集影像診斷、腫成了集影像診斷、腫瘤定位、劑量計算和瘤定位、劑量計算和治療計劃為一體化的治療計劃為一體化的三維三維CT模擬定位計劃模擬定位計劃系統(tǒng)。系統(tǒng)。64病人在靶區(qū)空間坐標(biāo)參考體系下進(jìn)行病人在靶區(qū)空間坐標(biāo)參考體系下進(jìn)行CT掃描，經(jīng)靶區(qū)影像三掃描，經(jīng)靶區(qū)影像三維數(shù)字重建，確定靶區(qū)和周圍要害器官的形狀與空間位置關(guān)系。維數(shù)字重建，確定靶區(qū)和周圍要害器官的形狀與空間位置關(guān)系。65為了確保病灶在模擬定

60、位機和加速器治療機上所處的位為了確保病灶在模擬定位機和加速器治療機上所處的位置完全一致，需要有空間坐標(biāo)參考系統(tǒng)，它包含兩部分：置完全一致，需要有空間坐標(biāo)參考系統(tǒng)，它包含兩部分：體架或頭架體架或頭架病人由真空墊病人由真空墊吸附并固定于體吸附并固定于體架中，頭架則固架中，頭架則固定在病人頭骨上。定在病人頭骨上。通過在體外設(shè)置通過在體外設(shè)置標(biāo)記點的方法建標(biāo)記點的方法建立參考坐標(biāo)系統(tǒng)，立參考坐標(biāo)系統(tǒng)，給出病灶的空間給出病灶的空間位置。位置。66激光定位器。屋頂、兩側(cè)墻面的三束激光互相垂直并共交于一點，激光定位器。屋頂、兩側(cè)墻面的三束激光互相垂直并共交于一點，此點就是模擬定位機和加速器的等中心點。激光束