ECT設備(SPECT)

1、 主主 要要 內內 容容 ECTECT概論概論 放射性藥物放射性藥物 SPECTSPECT的基本結構及成像原理的基本結構及成像原理 SPECTSPECT采集、處理、顯示技術采集、處理、顯示技術 SPECTSPECT系統(tǒng)參數(shù)與質量控制系統(tǒng)參數(shù)與質量控制 高能正電子顯像技術高能正電子顯像技術第一節(jié)第一節(jié) E C T 概 論 (emission computed tomography outline)PE: 視, 觸, 叩, 聽Blood workX-ray pictureUSXCTMRI診斷方法診斷方法伽瑪射線伽瑪射線g什么是核醫(yī)學什么是核醫(yī)學(Nuclear medicine)? 核醫(yī)學是將放射

2、性核素用于醫(yī)學診斷和治療的一門學科核醫(yī)學是將放射性核素用于醫(yī)學診斷和治療的一門學科! !臨床核醫(yī)學臨床核醫(yī)學診斷核醫(yī)學診斷核醫(yī)學體內診斷核醫(yī)學體內診斷核醫(yī)學體外診斷核醫(yī)學體外診斷核醫(yī)學治療核醫(yī)學治療核醫(yī)學放射性核素顯像放射性核素顯像非影像檢查法非影像檢查法實驗核醫(yī)學實驗核醫(yī)學核醫(yī)學核醫(yī)學核醫(yī)學的分類核醫(yī)學的分類放射性核素顯像放射性核素顯像SPECTPETSPECTSPECT(singe photon emission computed tomography(singe photon emission computed tomography) ) 單光子發(fā)射型計算機斷層。單光子發(fā)射型計算機斷層。

3、PET(PET(positron emission tomographypositron emission tomography) ) 正電子發(fā)射型計算機斷層。正電子發(fā)射型計算機斷層。PETPET/CTSPECTSPECT/CT圖像融合型的設備已成為主流！圖像融合型的設備已成為主流！一一 核物理基礎核物理基礎基本概念基本概念核素 (nuclide) ：凡核內具有相同的質子數(shù)（P）、中子數(shù)（N） 以及相同能量狀態(tài)的原子為同一種核素。 同位素 (isotope)：凡質子數(shù)（P）相同，而中子數(shù)（N）不同的核素，彼此互為同位素。在元素周期表中， 同位素處于同一位置。如 1H 2H 3H 同質異能素 (

4、isomer) :質子數(shù)（P）相同、中子數(shù)（N）相同，而能量狀態(tài)不同的核素，彼此互為同質異能素。如 99mTc, 99Tc基本概念基本概念 穩(wěn)定性核素 ： 凡核素的半衰期大于1018年的核素，為穩(wěn)定性核素。 放射性核素 ： 凡核的素半衰期小于1018年 的核素，為放射性核素。（biological half life）（physical half life）（effective half life）基本概念-核衰變 核衰變規(guī)律：N=N0e-t 衰變常數(shù)：單位時間核衰變的幾率。 放射性活度（radioactivity）： 單位時間內原子核的衰變數(shù)量。 單位：貝克(Bq), 居里(Ci) 1Ci=

5、3.7 x 1010Bq 1貝克：放射性核素在1秒鐘內發(fā)生1次衰變。二、ECT與XCT 異同穿透型穿透型CT TCT(XCT) （TRASMISSION）發(fā)射型發(fā)射型CT ECT (EMISSION) 單光子單光子CT SPECT 正電子正電子CT PETECT與XCT異同1、采用的射線不同； X射線，射線2、成像原理不同；3、影像的重建參數(shù)和診斷依據不同。 XCT 衰變系數(shù) 組織的物理密度變化 ECT 放射性濃度變化 組織的代謝功能差異4、影像構成成分不同；5、空間分辨率不同； XCT機:13mm ECT機:410mm6 、功能不同； XCT 精細解剖結構 ECT功能顯像解剖結構7 、電離輻

6、射損傷不同；8 、探測技術都采用閃爍探測技術；9、影像重建技術都采用濾波反投影法。 探測器探測器 射線射線X 射線射線顯像原理比較顯像原理比較X射線作為射線作為放射源穿透人體，由于正常放射源穿透人體，由于正常和和光子成像；光子成像；三、S P E C T 特特 點點 a、同時顯示臟器和病變的功能同時顯示臟器和病變的功能 及解剖結構；及解剖結構； b、可進行活體的分子水平研究（分子核、可進行活體的分子水平研究（分子核 醫(yī)學）；醫(yī)學）； c、定量計算臟器體積及功能；半定量分析定量計算臟器體積及功能；半定量分析 局部血流量；局部血流量； d、疾病的早期診斷；疾病的早期診斷； E、細微結構的精確顯示不

7、足、細微結構的精確顯示不足其他影像檢查無其他影像檢查無法替代！法替代！1895 X-Ray1892-2002年年110 年單一影像年單一影像解剖結構水平解剖結構水平時間時間診斷、指導治療診斷、指導治療 預防、診斷和治療預防、診斷和治療醫(yī)學影像技術醫(yī)學影像技術 今天今天功能分子影像功能分子影像組織、細胞水平組織、細胞水平4D U/SPETSPECT-PET/CTNano-TechGenetic Records 未來未來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 腦部不攝取放射性血流灌注顯像劑是腦死亡的腦部不攝取放射性血流灌注顯像劑是腦死亡的

8、有力證據。該項診斷具有法律效率有力證據。該項診斷具有法律效率 。疾病的發(fā)生發(fā)展時序及各種影像的診斷能力疾病的發(fā)生發(fā)展時序及各種影像的診斷能力分子影像分子影像功能影像功能影像 f - MRMR/CT靈敏度靈敏度 （mol）解剖顯像解剖顯像 103 功能解剖顯像功能解剖顯像 105功能顯像功能顯像 109分子顯像分子顯像 1013表達異常表達異常代謝異常代謝異常功能異常功能異常結構改變結構改變臨床表現(xiàn)臨床表現(xiàn)四、四、SPECT的發(fā)展史的發(fā)展史 Scanner 1950年 Casson g-Camera 1956年 Anger 電子計算機+照相機 1970年 SPECT 1979年 Kuhl,eta

9、l SPECT設備發(fā)展 1、單探頭機發(fā)展至雙或三探頭機 2、 SPECT-XCT 3 、 SPECT-PET (XCT) SPECT應用發(fā)展應用發(fā)展美國：1989年耗資2.5億購買800臺， 普及縣級醫(yī)院。中國：1983年首次從美國引進四臺， 88年44臺， 91年56臺， 2002-11-18為423臺， 2008-2為786臺。P E TCBGO探測晶體探測晶體C2D+3D采集，重建采集，重建C單排螺旋單排螺旋CTC前后孔徑不一致前后孔徑不一致C融合后的圖像不能進行再重建融合后的圖像不能進行再重建C沒有特殊設計的檢查床沒有特殊設計的檢查床第一代第一代PET/CT = PET + CT五五、

10、ECTECT發(fā)展障礙發(fā)展障礙1、光子通量限制 X-CT斷層光子總數(shù)為ECT斷層圖的103104倍。2、衰減校正. 衰減因素：組織的成分、臟器的大小、形狀、放 射性核素能量、時間等。 現(xiàn)多用平均衰減校正，實驗研究用模型校正。第第二二節(jié)節(jié) 放放 射射 性性 藥藥 物物radiopharmaceuticalh能夠探測臟器和病變中聚集能夠探測臟器和病變中聚集的放射性并將之顯示成像的的放射性并將之顯示成像的核醫(yī)學顯像儀器（如：核醫(yī)學顯像儀器（如：ECTECT）h能夠選擇性聚集在特定臟器能夠選擇性聚集在特定臟器或病或病 變的各種放射性示蹤劑變的各種放射性示蹤劑ECTECT顯像的基本條件顯像的基本條件一、放

11、射性藥物一、放射性藥物1、放射性藥物：能夠安全用于診斷或治療人體疾病的放射性核素及其標記化合物。2 、放射性藥物性質取決于兩個基本成分： 放射性核素(標記物): 射線或射線 藥盒(被標記物):選擇性聚集在特定的組織器官或病變部位的藥物。(一)放射性核素(radionuclide)1、放射性核素適用于ECT顯像的條件能發(fā)射中等能量的射線； 合適的生物半衰期 幾小時至數(shù)天；合適的化學價態(tài)和較強的化學活性；無毒無害。2 、常用放射性核素SPECTSPECT最常用的放射性核素目前為9999TcTcmm 其次為 131131I IPET PET 最常用的放射性核素目前為1818F F 其次為 11 11

12、C C、 1313N N 、1515OO 3 3、醫(yī)用放射性核素的生產方式、醫(yī)用放射性核素的生產方式反應堆 (Reactor): 131I加速器 (Accelerator): 18F, 11C, 13N, 15O, 123I, 111In放射性核素發(fā)生器 (Generator): 99Mo-99mTc 113Sn-113mIn9999MoMo99m99mTcTc發(fā)生器發(fā)生器 1 1、裂變型：干牛、裂變型：干牛 Al2O3 2 2、凝膠型：濕牛、凝膠型：濕牛 鉬酸鋯酰（ZrOMoO4）99m99mTcTc的產生9999MoMo99m99mTcTc發(fā)生器發(fā)生器是一種內含母體核素99Mo能產生子體素

13、99Tcm的裝置。母體核素99Mo以99MoO4-的形式吸附在Al2O3或鉬酸鋯酰（ZrOMoO4）柱上，利用母子體化學性質不同,可用 0.9NaCl洗脫液將子體核素99Tcm以99TcmO4的形式洗脫下來，而母體仍留在發(fā)生器內，子體核素隨母體衰變而增長，同時又因它自身的衰變而減少。4、 99Tcm特性99Tcm為目前最理想和最常用的放射性核素 1、 99Tcm由99Mo99mTc發(fā)生器產生 2、 99Tcm是純光子發(fā)射體； 3、 能量為141keV，T1/2為6.02h： 4、 99Tcm化學性質和碘相似，非?；顫姡軌?標記合成多種供臨床使用的放射性藥物， 幾乎可以用于所有臟器的顯像。 S

14、PECT檢查使用的放射性核素90%是99Tcm5、 99Mo99mTc的衰變-生長關系- 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(GBq)(GBq)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

15、 0.89(GBq)(GBq)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放射性藥物的制備 9999TcTcmm從99Mo99Tcm發(fā)生器獲得，以Na99TcmO4形式存在于洗脫液中。在此99Tcm以高氧化態(tài)(+7價)存在，不能用它直接制備供臨床使用的標記藥物，必須將高氧化態(tài)锝還原為低氧化態(tài)。而在低氧化態(tài)99Tcm化學性質活潑，在一定pH條件下可以和許多含O、N、S等有機或無機

16、物產生作用形成絡合物。 還原反應 還原劑氯化亞錫(SnCl2.2H2O) 1、把99TcmO4-還原成低價態(tài)； 2、作為雙金屬鰲合物中的第二種金屬離子。 還原反應： 2 29999TcTcmmOO4 4- - + + 16H16H+ + + + 3Sn3Sn2 2+ + = 2 29999TcTcmm4 4 + + 3Sn3Sn4 4 8H8H2 2OO 在其他物理化學條件下99Tcm還可能被還原 為+3價或+5價。 （二）放射性藥盒1 1、作用：、作用：使放射性核素選擇性聚集在特定的組織器官或病變部位中，使該臟器或病變與鄰近組織之間的放射性濃度差達到一定程度。2 2、常用放射性藥盒、常用放射

17、性藥盒 放射性藥盒 臨床用途 MIBI 心肌灌注斷層 ECD、HMPAO 腦血流斷層 MDP 骨骼顯像 DTPA 腎小球功能顯像 EC 腎小管功能顯像 PHY 肝臟顯像 EHIDA 肝膽動態(tài)顯像 DX105 淋巴顯像 MAA 肺灌注顯像（三）（三）放射性藥物放射性藥物1、放射性標記放射性標記(Radiolabeling)(Radiolabeling)：通過一些物理的、化學的或生物學的方法，將放射性核素的原子“引入”特定的化合物的分子結構中，這個過程稱為標記。由此制成的放射性核素標記化合物即為放射性藥物。 放放 射射 性性 藥藥 物物 放射性藥品 臨床用途 99TcmO4 甲狀腺、心血池、 99

18、Tcm-MIBI 心肌灌注斷層 99Tcm-ECD 腦血流斷層 99Tcm-MDP 骨骼顯像 99Tcm-DTPA 腎小球功能顯像 99Tcm-EC 腎小管功能顯像 99Tcm-PHY 肝臟顯像 99Tcm-EHIDA 肝膽動態(tài)顯像 99Tcm-DX105 淋巴顯像 99Tcm-MAA 肺灌注顯像、靜脈血管造影 2 2、放射性藥物適用、放射性藥物適用ECTECT成像的條件成像的條件 （一）良好的顯像性能（一）良好的顯像性能 靶器官：非靶器官靶器官：非靶器官55：1 1 （二）合適生物體內存留時間（二）合適生物體內存留時間 a:a:保障采集劑量保障采集劑量 b:b:較短的生物半衰期較短的生物半衰

19、期（三）制備過程簡單、快速、不需復雜的（三）制備過程簡單、快速、不需復雜的 設備和反應條件設備和反應條件（四）具有良好的穩(wěn)定性（四）具有良好的穩(wěn)定性1、化學穩(wěn)定性是指放射性藥物具有確定的較為穩(wěn)定的化學結構，不易發(fā)生分解氧化還原等化學變化。2、 輻射穩(wěn)定性是指藥物對自身輻射作用的耐受能力。 3、標記穩(wěn)定性是指放射性核素的原子或基團與化合物結合的牢固程度，只有那些不易因時間、溫度、介質等條件的影響而脫落的標記物，才適用于ECT的顯像。 4、體內穩(wěn)定性是指當放射性藥物引入機體后，不易發(fā)生分解、變性或標記核素的脫落。 第四節(jié)第四節(jié) SPECTSPECT的基本結構的基本結構 及成像原理及成像原理SPEC

20、T系統(tǒng)構成系統(tǒng)構成1、探頭（探測器） 2、機架3、計算機及輔助設備一、探測器構成及工作原理 1、準直器（collimator） 2、晶體 （ Crystal ）3、光導 4、光電倍增管（PMT） 5、預放大器與線性放大器 6、模擬定位計算電路(一一)準準 直直 器器(collimator)1 1、準直器：它安裝在探頭的最外層，是由具、準直器：它安裝在探頭的最外層，是由具 有單孔或多孔的鉛或鉛合金塊構成，其孔的有單孔或多孔的鉛或鉛合金塊構成，其孔的長度、孔的數(shù)量、孔徑大小、孔與孔之間的長度、孔的數(shù)量、孔徑大小、孔與孔之間的間隔厚度、孔與探頭平面之間的角度等依準間隔厚度、孔與探頭平面之間的角度等依

21、準直器的功能不同而有所差異。直器的功能不同而有所差異。 2 2、準直器作用：是讓一定視野范圍內的一定、準直器作用：是讓一定視野范圍內的一定角度方向上的角度方向上的射線通過準直器小孔進入晶射線通過準直器小孔進入晶體，而視野外的與準直器孔角不符的射線則體，而視野外的與準直器孔角不符的射線則被準直器所屏蔽，也就是限制被準直器所屏蔽，也就是限制光子通過準光子通過準直器小孔進入晶體的方向角度，起到直器小孔進入晶體的方向角度，起到空間定空間定位選擇器位選擇器的作用。的作用。 3 3、準準 直直 器器 分分 類類（1 1）平行孔準直器）平行孔準直器 、針孔準直器針孔準直器 擴散孔準直器擴散孔準直器 、聚焦孔

22、準直器聚焦孔準直器（2 2）低能低能150keV150keV） 中能（中能（150150350keV350keV） 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、高靈敏度高靈敏度 4、準直器的性能指標（1 1）準直器靈敏度：指準直器接收來自放射）準直器靈敏度：指準直器接收來自放射源的放射性的能力。源的放射性的能力。（2 2）準直器分辨率：指準直器探頭鑒別兩個）準直器分辨率：指準直器探頭鑒別兩個緊密相連的放射源的能力。緊密相連的放射源的能力。 靈敏度和分辨率呈相反的關系。靈敏度和分辨率呈相反的關系。（3 3）間壁穿透率：反映準直器小孔之間的

23、間）間壁穿透率：反映準直器小孔之間的間壁屏蔽視野外的與準直器孔角不符的射線壁屏蔽視野外的與準直器孔角不符的射線的能力；一般要求穿透率的能力；一般要求穿透率1010；間壁太；間壁太厚，探測幾何效率將會降低；如果太薄，厚，探測幾何效率將會降低；如果太薄，將使影像對比度降低。將使影像對比度降低。 （二）晶（二）晶 體體(Crystal)(Crystal) 1、晶體是將射線轉化為 熒光光子。射線射入 晶體后，使晶體原子、 分子電離和激發(fā)，受激 發(fā)的原子或分子在退激 時發(fā)出大量光子；這些 光子進入光電倍增管產 生光電子。 2 2、 晶體結構特點晶體結構特點NaI(Tl)NaI(Tl)晶體是含有約晶體是含

24、有約0.1%0.1%鉈（激活機）的鉈（激活機）的 碘化鈉單晶體碘化鈉單晶體。對對射線有較高的探測效率、透明度好、與射線有較高的探測效率、透明度好、與光電倍增管的光譜響應較好。光電倍增管的光譜響應較好。 易潮解，必須在鋁膜密封條件下保存和使用。易潮解，必須在鋁膜密封條件下保存和使用。質脆，易碎裂，故使用時應避免大的震動和質脆，易碎裂，故使用時應避免大的震動和溫度的較大變化，要求室內溫度控制在溫度的較大變化，要求室內溫度控制在15153030之間，每小時溫差不超過之間，每小時溫差不超過33。3 .晶體種類及特點晶體分類：晶體分類： a. a.按形狀分：圓形晶體、方形和矩形大視野晶體。按形狀分：圓形

25、晶體、方形和矩形大視野晶體。 b.b.按厚度分：按厚度分：3/83/8英寸晶體、英寸晶體、5/85/8英寸晶體、英寸晶體、1 1英寸英寸普通晶體及普通晶體及1 1英寸切割晶體。英寸切割晶體。特點特點:1 :1、晶體厚度不僅影響、晶體厚度不僅影響SPECTSPECT機的靈敏度和空間機的靈敏度和空間分辨率，同時也限定了它所接受射線的能量范圍。分辨率，同時也限定了它所接受射線的能量范圍。一般薄晶體接受的能量偏低，而厚晶體接受的能量一般薄晶體接受的能量偏低，而厚晶體接受的能量則偏高。則偏高。 2 2、對于、對于9999TcTcmm低能放射性核素，大部分低能放射性核素，大部分射線與射線與晶體的相互作用發(fā)

26、生在晶體的入射面的晶體的相互作用發(fā)生在晶體的入射面的2 25mm5mm內。內。如果應用厚晶體，不僅對靈敏度沒有明顯改善，而如果應用厚晶體，不僅對靈敏度沒有明顯改善，而且明顯降低了空間分辨率。且明顯降低了空間分辨率。技術技術1 英寸厚碘化鈉晶體特殊切割小槽（三） 光導及光學耦合劑光導及光學耦合劑1、光導光導功能：把閃爍體中的光有效地傳遞給光陰級；2、光導光導要求：透射率高；3、光導光導常用材料：石英玻璃、聚苯乙烯、玻璃纖維光導；4、光學耦合劑作用光學耦合劑作用：充填光導與晶體及光電倍增管間的空氣間隙，減少在三者之間交界面上發(fā)生的全反射，有效傳遞光至光陰劑；5、光學耦合劑：硅油、硅脂及甘油。光學耦

27、合劑：硅油、硅脂及甘油。（四）光 電 倍 增 管 1、光 電 倍 增 管：是一種光電轉換器件，作用是將晶體產生微弱光信號轉換成放大的電信號。 2、構成：由光陰極、多級倍增極、電子收集極(陽極)組成，整個系統(tǒng)密封在抽成真空狀態(tài)的玻璃殼內。 3 3、光電倍增管原理、光電倍增管原理原理：射線在晶體中引起的閃爍光打在光陰極上，通過光電效應 產生光電子。光電子受極間電場的加速射向第一打拿極，在打拿極上產生更多的次級電子，這些電子在以后打拿極上產生相同的過程，倍增后的電子收集到陽極上形成電流脈沖。 4 4 、光電倍增管特點、光電倍增管特點圓探頭的SPECT機光電倍增管一般為3791個，方形或矩形探頭的光電

28、倍增管一般為5596個。光電倍增管的形狀有圓形、方形和六角形三種。整體光電倍增管的性能穩(wěn)定性取決于 1、各個光電倍增管的性能參數(shù)是否一致； 2、各個光電倍增管的工作電壓是否穩(wěn)定； 3、是否有足夠長的預熱時間。 性能穩(wěn)定性直接影響著系統(tǒng)的均勻性、分辨率和線性度。對光電倍增管性能影響最大的是直流高壓的穩(wěn)定性。 （ 五）預放大器與線性放大器 v預放大器:為減少外界干擾，緊靠光電倍增管的上方，對光電倍增管輸出的脈沖作初步放大，通過線路送到線性放大器 .v線性放大器:進一步放大信號后，輸送到X+,X-,Y+,Y-位置信號。( (六六) )模擬定位計算電路模擬定位計算電路1、作用：是將光電倍增管輸出的電脈

29、沖信號轉換為確定晶體閃爍點位置的 X、Y信號和確定入射射線的能量信號。2、模擬定位計算電路分類: a、Anger型，即加權電阻矩陣網絡型； b、延遲線時間轉換型，Anger型的改進型。3 3、AngerAnger型工作原理型工作原理v 7 7只光電倍增管按六角形排列，只光電倍增管按六角形排列，每個光電倍增管通過加權電阻每個光電倍增管通過加權電阻與與X+X+、X X、Y+Y+、Y Y4 4根輸根輸出導線連接。出導線連接。v 當閃爍事件在晶體內發(fā)生時，當閃爍事件在晶體內發(fā)生時，閃爍光便從閃爍點位置向四周閃爍光便從閃爍點位置向四周發(fā)射。最靠近閃爍點的光電倍發(fā)射。最靠近閃爍點的光電倍增管接受的光量最多

30、，距離越增管接受的光量最多，距離越遠，接受的光量也就越少。遠，接受的光量也就越少。v 通過計算每個光電倍增管通過計算每個光電倍增管4 4個個輸出脈沖信號的相對大小，便輸出脈沖信號的相對大小，便可確定可確定射線在晶體中相互作射線在晶體中相互作用的位置。用的位置。將位置信號轉換成顯示矩陣探測器工作原理 一定視野范圍內一定方向上的光子通過準直器小孔進入晶體，使晶體原子、分子電離和激發(fā)，受激發(fā)的原子或分子在退激時發(fā)出大量光子；這些光子射到光電倍增管陰極，通過光電效應產生光電子，光電子受極間電場的加速射向第一打拿極，在打拿極上產生更多的次級電子，這種電子倍增過程依次在聯(lián)級中發(fā)展下去，在到達陽極前要通過8

31、14個聯(lián)級，電子數(shù)可增加106109倍，倍增后的電子最后收集到陽極，形成電流脈沖；這電信號通 過位置網絡處理，形成與射線能量成正比的Z脈沖和與位置有關的信號（X+,X-,Y+,Y-）。（二）全數(shù)字化探測器v模擬化探測器的模式：脈沖幅度分析、 X+,X-,Y+,Y-位置形成等處理都在模擬狀態(tài)下完成；v全數(shù)字化探測器:PMT輸出的脈沖經過適當放大后直接進行ADC轉換，其后處理均在數(shù)字狀態(tài)下，由計算機采用軟件處理來完成。簡化了硬件結構，提高了探測效率，計數(shù)率及穩(wěn)定性。全數(shù)字化探頭優(yōu)點全數(shù)字化探頭優(yōu)點 探頭穩(wěn)定性高探頭穩(wěn)定性高 探頭維修方便探頭維修方便 遙控診斷和檢測功能遙控診斷和檢測功能 圖象質量明

32、顯提高圖象質量明顯提高 操作簡單操作簡單PMTsPositionDigitalOn-linecorrectionsEnergyLinearitySensitivityDecayDecayCORCOROff-linecorrectionsAttenuationSFIResolution recoveryCrystal&optical plateADCsDigital controlGE GE 數(shù)字化探頭獨特點數(shù)字化探頭獨特點: :1.1.全數(shù)字化反饋系統(tǒng)全數(shù)字化反饋系統(tǒng)2.2.五維校正系統(tǒng)五維校正系統(tǒng)二、機架構成及工作原理二、機架構成及工作原理 機械運動組件 機架運動控制電路 電源保障系

33、統(tǒng) 機架操縱器 運動狀態(tài)監(jiān)視器（一）（一）機架定位控制系統(tǒng)機架定位控制系統(tǒng)1 1、定位控制系統(tǒng)構成：定位控制系統(tǒng)構成： 驅動馬達控制電路；驅動馬達控制電路； 位置信息存儲器；位置信息存儲器； 定位處理器。定位處理器。 注注1 1：機架定位控制系統(tǒng)控制探頭及機架的各種：機架定位控制系統(tǒng)控制探頭及機架的各種運動方式和速度。運動方式和速度。 注注2 2：定位處理器實際上是一個微型計算機，它：定位處理器實際上是一個微型計算機，它的主要作用是控制探頭及機架轉動的角度、移動的的主要作用是控制探頭及機架轉動的角度、移動的距離及識別位置。定位處理器受主計算機的控制，距離及識別位置。定位處理器受主計算機的控制，

34、并將各種定位數(shù)據傳輸給主計算機。并將各種定位數(shù)據傳輸給主計算機。 2、機架運動按其運動形式整體機架直線運動整體機架直線運動, , 適用于全身掃描；適用于全身掃描；探頭及其懸臂以支架機械旋轉軸為圓心，作探頭及其懸臂以支架機械旋轉軸為圓心，作順時針或逆時針圓周運動，順時針或逆時針圓周運動， 適用于斷層采集；適用于斷層采集；探頭及其懸臂沿圓周運動半徑作向心或離心探頭及其懸臂沿圓周運動半徑作向心或離心直線運動，直線運動， 主要作用是使探頭在采集數(shù)據時主要作用是使探頭在采集數(shù)據時盡可能貼近病人；盡可能貼近病人；探頭沿自身中軸作順時針和逆時針傾斜或直探頭沿自身中軸作順時針和逆時針傾斜或直立運動，立運動，

35、適用于靜態(tài)或動態(tài)顯像時特殊體位適用于靜態(tài)或動態(tài)顯像時特殊體位的數(shù)據采集。的數(shù)據采集。 三、輸入計算機數(shù)據三、輸入計算機數(shù)據 的數(shù)字化裝置的數(shù)字化裝置(一)模擬/數(shù)字轉換器 (analog-to-digital converter，ADC)1 1、功能：、功能： 將模擬信號轉化為數(shù)字信號將模擬信號轉化為數(shù)字信號2 2、衡量、衡量ADCADC轉換效率的指標：轉換效率的指標：轉換精度轉換精度和和轉換轉換時間。時間。 轉換精度一般為轉換精度一般為8Bit8Bit12Bit(212Bit(28 82 21212) )，相，相應地有應地有25625640964096個標準值可供比較和轉換。個標準值可供比較

36、和轉換。標準值越多，轉換精度就越高標準值越多，轉換精度就越高, ,圖像越精細圖像越精細, ,空空間分辨率約高間分辨率約高. . 轉換時間轉換時間最基本的要求是必須在第最基本的要求是必須在第2 2對信對信號到達之前，迅速完成前一對信號的轉換，否號到達之前，迅速完成前一對信號的轉換，否則第則第2 2對信號將會丟失，因此而產生了轉換系對信號將會丟失，因此而產生了轉換系統(tǒng)的死時間統(tǒng)的死時間。死時間死時間 死時間死時間是指探測器能夠分開2個閃爍光子的最短時間稱為死時間，用表示；反映了對兩個相鄰閃爍事件在時間上的的分辨能力。 SPECT機的死時間=5s。3 3、 ADC ADC轉換法轉換法最常用的快速轉換

37、法是逐次漸近法，最常用的快速轉換法是逐次漸近法，也稱為二進制檢索算法也稱為二進制檢索算法(abinary(abinary searchsearch algorithm)algorithm)。 逐次漸近法 ADC的比較器電路是將輸入的模擬信號（電壓）與一個電阻網絡所產生的一組標準電壓進行比較 規(guī)定：射線能量為0400keV，脈沖幅度為010V， MCA的分析道有212 （4096 )道，道寬為0.0025V， 每道代表的射線的能量為0.1keV。 典型的中間電壓值是第2048個電壓值，將第2048個電壓值作為信號數(shù)字值的第1個近似值，如信號電壓值小于第1次選擇的電壓值，則下一個新的估計電壓值為第

38、1024個電壓值；這種漸近系列將重復8次，可選出的值更趨于模擬信號的真實電壓值。即將這個值作為此模擬信號的數(shù)字化轉換值，并以此數(shù)字量作為存儲器的地址碼去打開相應的存儲單元，在該單元加1。（二）數(shù)字式多道脈沖幅度分析儀（二）數(shù)字式多道脈沖幅度分析儀(MCA)(MCA)1.1.能譜能譜是射線的計數(shù)按射線能量的分布。 峰A稱為全能峰，脈沖幅度直接反映了射線的能量，是由于光電效應使光子在閃爍體中損失全部能量的結果。 平臺狀曲線B稱為康普頓平臺，是由于康-吳散射效應使光子在閃爍體中僅有部分能量被吸收的結果。 2 2、脈沖幅度分析儀、脈沖幅度分析儀 脈沖幅度分析器有上下兩個電壓測定閾脈沖幅度分析器有上下兩

39、個電壓測定閾值值,寬度稱為道寬或窗寬寬度稱為道寬或窗寬.只有輸入脈沖的只有輸入脈沖的幅度在窗的范圍內時幅度在窗的范圍內時,脈沖幅度分析器才脈沖幅度分析器才能輸出恒定的脈沖給后極電路。能輸出恒定的脈沖給后極電路。3.MCA3.MCA的基本性能的基本性能MCA的作用是選擇有用脈沖而剔除噪聲脈沖。 選擇一定幅度范圍(對應一定的能量范圍)進行計數(shù)，能夠抑制本底和剔除散射，提高系統(tǒng)的空間分辨率和影像的對比度。經驗推薦值為峰閾值20的窗寬。 窗寬增大，散射光子多，系統(tǒng)空間分辨率和影像的對比度變差； 窗寬變窄，非散射光子被剔除而使總計數(shù)率降低，增加了統(tǒng)計誤差。4.MCA4.MCA的工作原理的工作原理 MCA

40、的核心電路單元是一個ADC。NaI(Tl)探測器測定的射線的能量為0400keV， 形成的能量脈沖幅度為010V， MCA的分析道 有4096道，故MCA每道寬度為0.0025V，代表 的射線的能量為0.1keV。99Tcm能量140keV， 窗寬20%，能量取值范圍是112168keV； 能量脈沖電壓為3.5V， 取值范圍2.84.2V， MCA的分析道第1400道， 取道范圍11201680道。第五節(jié)第五節(jié)SPECTSPECT采集技術采集技術 image acquisitionimage acquisition二、選擇患者體位 仰臥位、俯臥位、直立位、端坐位三、采集方式三、采集方式（一）幀

41、模式采集（一）幀模式采集（frame modeframe mode）: : 1 1靜態(tài)采集靜態(tài)采集 2 2動態(tài)采集動態(tài)采集 3 3斷層采集斷層采集 4 4全身采集全身采集 （二）門控方式（二）門控方式(gated control mode)(gated control mode)； 1 1心電門控采集心電門控采集 2 2心肌門控斷層采集：心肌門控斷層采集：（三）雙核素方式（三）雙核素方式(dual nuclide mode)(dual nuclide mode)：（四）計數(shù)式方式（四）計數(shù)式方式（counts rate modecounts rate mode）（五）列表模式（五）列表模式（l

42、ist modelist mode）1、靜態(tài)采集、靜態(tài)采集(Static imaging) 靜態(tài)采集靜態(tài)采集: :當顯像當顯像劑在臟器內或病劑在臟器內或病變處的濃度處于變處的濃度處于穩(wěn)定狀態(tài)時進行穩(wěn)定狀態(tài)時進行的顯像。的顯像。 目的目的: :觀察臟器或觀察臟器或病變的位置、形病變的位置、形態(tài)、大小及放射態(tài)、大小及放射性分布。性分布。2、動、動 態(tài)態(tài) 采采 集集（Dynamic imaging) 動態(tài)采集：顯像劑動態(tài)采集：顯像劑隨血流流經臟器或隨血流流經臟器或被臟器不斷攝取和被臟器不斷攝取和排泄，造成臟器內排泄，造成臟器內的放射性計數(shù)隨時的放射性計數(shù)隨時間而變化。間而變化。 目的：目的： 1 1

43、、動態(tài)觀察、動態(tài)觀察 2 2、電影顯示、電影顯示 3 3、感興趣區(qū)（、感興趣區(qū)（ROIROI） 4 4、時間、時間- -放射性曲線放射性曲線 3、斷、斷 層層 采采 集集(Tomography) 斷層采集: 在體表連續(xù)或間斷采集多體位平面影像數(shù)據，再由計算機重建成各種斷層圖像。4、全、全 身身 采采 集集(whole body) 5、心電門控采集、心電門控采集(Gated acquisition)6、心肌門控斷層采集、心肌門控斷層采集7、雙、雙 核核 素素 采采 集集 對兩種能量的粒子，分別輸出兩種信號，SPECT機對每路信號分別成像，同時獲得相同位置的兩幅圖像。四、四、SPECTSPECT機

44、采集參數(shù)機采集參數(shù)1、 選擇核素種類、能峰及窗寬 如：99mTc 141kev 20% 131I 364kev 20%2、 選擇采集方式及合適的影像矩陣 Static 256X256 512X512 Dynamic 64X64 128X128 Tomo 64X64 128X128 Whole body 256X1024 512X2048 3、 選擇Byte或Word存儲方式；4、選擇適當?shù)姆糯笠蜃樱╖OOM) 1.33 1.60 2.0 2.66 4.0 8.05、選擇機架運動方式和基本數(shù)據 a、直線軌道運動 距離、探頭0度、床高等 b、斷層運動 brain 、 heart 、liver 、b

45、one c、探頭距中心徑向運動 探頭盡可能貼近病人 d、探頭自身圓周運動 直立位、坐位6、采集停止時間 a、總時間 b、總計數(shù) c、總角度 d、總長度 e、幀數(shù) f、幀計數(shù) g、手控停止 h、緊急停止 采采 集集 矩矩 陣陣1、矩陣(matrix)：計算機把探頭的視野劃分為由一定量的行與列所組成的方塊狀陣形，稱之為矩陣。矩陣中的一個小方塊則稱為一個像素(pixel)。每一個像素在計算機存儲器中都有與之一一對應的存儲單元，以存放模擬點陣中每對經ADC轉換后屬于該像素的有效X、Y坐標值。 2、不同的采集方式需采用不同的矩陣 64X64 128X128 Dynamic Tomo 256X256 51

46、2X512 Static 256X1024 512X2048 Whole body 放大因子放大因子(ZOOM(ZOOM) ) 1、放大因子作用：在不改變矩陣大小的情況下提高數(shù)字分辨率。 數(shù)字分辨率是指在水平和垂直兩個方向上單位長度內的像素數(shù)(或者用單位視野面積內包含的像素數(shù)來表示)，單位peixlcm(cm2)。 空間分辨率是指能清晰分辨出兩個點源或線源之間的最小距離。 放大系數(shù)放大系數(shù)（ZOOMZOOM） 例：假如6464矩陣又正好包括相機25cm的視野，ZOOM=1.0，數(shù)字分辨率為 64像素/25cm=2.6像素/cm。 ZOOM =2.0，影像的X軸、Y軸都放大了2.0倍，數(shù)字分辨率

47、是2.064/25=5.2像素/cm。 如像素單位過大，每個像素內的放射性計數(shù)太少，導致影像粗糙模糊，雖然數(shù)字分辨率提高了，但空間分辨率反而下降了。Byte/Word存儲方式 Byte/Word這一參數(shù)決定了采集過程中每一個像素所能容納的最大計數(shù)。 Byte表示每個像素有8Bit的存儲單元能存儲采集的計數(shù)值，所能容納的最大計數(shù)值為281=255。 Word表示每個像素有16Bit的存儲空間來儲存數(shù)據，所能容納的最大計數(shù)值為2161=65535。 Word影像所用的存儲空間比Byte存儲方式大一倍。靜態(tài)采集時，矩陣選用較大，每個像素值一般不會超過255，而動態(tài)采集時，選用的矩陣較小，可能會出現(xiàn)計

48、數(shù)溢出，所以應選用Word存儲方式。五、影響采集質量的因素五、影響采集質量的因素第六節(jié)第六節(jié)SPECTSPECT處理技術處理技術image processimage process一、一、改進改進ECTECT影像質量影像質量改進改進ECTECT影像質量方法影像質量方法 1、 對比度 ：調整影像的亮度與計數(shù)之間的關系。2、定域值 ： 下限閾值 ：把低于某一選擇值以下的所有像素計數(shù)都作為零計數(shù)來定為一幀影像的閾值。 影像的定窗:定閾值時設置上限和下限兩個閾值,使在這兩個閾值以外的像素都置為零,這稱為影像的定窗。 3、扣本底 ：是假設影像中任意區(qū)域的本底均為常數(shù),因此可將此數(shù)值從影像的每個像素中減去

49、。4、消除噪聲：九點加權平滑、時間平滑和中值濾波。5、對數(shù)字處理。消消 除除 噪噪 聲聲v目的:減小放射性計數(shù)的統(tǒng)計漲落, 注意：平均過程造成分辨率的損失;邊界變得模糊;故當決定對影像進行平滑時要考慮: 第一,僅僅是以改善視覺為目的； 第二,僅在計數(shù)波動成為影響視覺感覺的主要因素時才用其法進行平滑。消消 除除 噪噪 聲聲 技技 術術1 1、9 9點加權平滑：點加權平滑：是用原始圖像的每一個像素及其周圍的8個像素，分別乘以不同的權重，然后相加得到新圖像相應像素的值。 權重矩陣 1/16 1/8 1/16 圖A x 1/8 1/4 1/8 = 圖B 1/16 1/8 1/16 這樣是對一定范圍內像

50、素的值進行平均。2 2、中值濾波、中值濾波：它是取出每個像素及其相鄰像素，將它們的計數(shù)值從小到大排列，取中間值作為濾波后的圖像對應像素的值。3 3、時間平滑、時間平滑：是在相鄰的幀之間作加權平滑，只用于動態(tài)圖像。二、平面圖顯得處理二、平面圖顯得處理在分析圖像時，常需對某一區(qū)域在分析圖像時，常需對某一區(qū)域進行統(tǒng)計和計算，這個區(qū)域就進行統(tǒng)計和計算，這個區(qū)域就稱為感興趣區(qū)（稱為感興趣區(qū)（ ROI ROI ）. .（2 2）時間）時間- -活性曲線（活性曲線（TACTAC）：）： 把放射性計數(shù)為縱坐標，把采把放射性計數(shù)為縱坐標，把采集開始后的時間為橫坐標，每幀集開始后的時間為橫坐標，每幀動態(tài)圖像的時間和感興趣區(qū)內的動態(tài)圖像的