第二章核醫(yī)學(xué)儀器

第二章核醫(yī)學(xué)儀器定義：凡在醫(yī)學(xué)中探測和紀(jì)錄放射性核素放出射線的種類、能量、活度及其隨時間變化在空間分布的儀器，統(tǒng)稱為核醫(yī)學(xué)儀器。第一節(jié)基本原理、結(jié)構(gòu)及質(zhì)量控制

一、基本原理1.電離作用：物質(zhì)電離產(chǎn)生電信號→探測器采集→計量分析2.熒光現(xiàn)象：帶電粒子使閃爍物質(zhì)發(fā)熒光→記錄閃光的次數(shù)和強度→獲得射線的能量、種類等3.感光作用：射線使感光材料形成潛影→顯影定影→定位定量二、基本結(jié)構(gòu)核醫(yī)學(xué)儀器一般由兩大部分組成：輻射探測器（radiationdetector）電子測量裝置和/或計算機(jī)裝置（一）射線探測器：實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，其作用是將探測到的射線能量轉(zhuǎn)換成可以記錄的電脈沖信號。電離室計數(shù)管閃爍探測器半導(dǎo)體探測器閃爍探測器（scintillationdetector）

簡稱閃爍探頭，主要部件由閃爍體、光電倍增管（photomultiplier，PMT）和前置放大器組成。按化學(xué)性質(zhì)分無機(jī)閃爍體：NaI（Tl）晶體、ZnS（Ag）晶體有機(jī)閃爍體：塑料晶體按狀態(tài)分固體閃爍體液體閃爍體

γ閃爍探測器的工作原理

基本結(jié)構(gòu)閃爍體光電倍增管前置放大器（二）電子測量裝置和/或計算機(jī)裝置由用來分析和記錄脈沖信號的一些儀器組合而成。放大器脈沖幅度分析器計數(shù)器計算機(jī)裝置第二節(jié)臟器顯像儀器

一、概況臟器顯像儀器是從人體外探測體內(nèi)放射性核素分布，在體外觀察體內(nèi)組織器官的病理或生理變化情況的一種特殊的探測裝置。1951年閃爍掃描機(jī)1958年γ照相機(jī)1963年放射性核素斷層圖像20世紀(jì)80年代SPECT20世紀(jì)90年代PET1999年SPECT/CTPET/CTγ照相機(jī)（γcamera）是一種采用大型晶體、一次性成像的核醫(yī)學(xué)儀器。由探頭及支架、電子線路、計算機(jī)操作和顯示系統(tǒng)組成。γ照相機(jī)

二、γ照相機(jī)（一）基本結(jié)構(gòu)：γ照相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖探頭(detector)：準(zhǔn)直器、晶體、光電倍增管、光導(dǎo)1.準(zhǔn)直器：不同種類準(zhǔn)直器的物理性能按外形分：針孔準(zhǔn)直器、平行孔準(zhǔn)直器、擴(kuò)散孔準(zhǔn)直器、斜孔準(zhǔn)直器、扇形準(zhǔn)直器按接受能量分：低能準(zhǔn)直器(<150KeV)、中能準(zhǔn)直器(150~300KeV)、高能準(zhǔn)直器(>350KeV)、超高能準(zhǔn)直器作用：限制散射光子作用：將γ光子轉(zhuǎn)變成可見光，一般為碘化鈉晶體[NaI(Tl)]不同晶體材料的性能比較外形：圓形、方形、矩形規(guī)格：φ280~500mm、400mm×400mm、640mm×400mm厚度最薄6.2mm，最厚12.5mm，通用9.3mm2.晶體作用：將光能轉(zhuǎn)變成電信號光電倍增管按外形分類及性能光導(dǎo)：用以提高光的傳輸效應(yīng)，改善光的空間分布塑料材料、硅油外形：圓柱狀、六邊形、正方形PMT個數(shù)：因視野大小和PMT大小而異圓形視野PMT最少19個，最多91個增加PMT個數(shù)可改善空間分辨率，但影響探頭均勻性3.光電倍增管4.電子學(xué)線路5.計算機(jī)系統(tǒng)前置放大器主放大器及均勻性校正電路脈沖幅度分析器位置電路顯示系統(tǒng)成像系統(tǒng)（二）成像原理：1、注入人體的放射性藥物發(fā)射出的γ射線，經(jīng)過準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直作用，選擇性地打在碘化鈉晶體上。2、碘化鈉晶體產(chǎn)生的閃爍光由一組光電倍增管收集。3、任何一次閃爍將在各個光電倍增管上產(chǎn)生不同的響應(yīng)，將所有的光電倍增管的響應(yīng)加起來可以產(chǎn)生位置信號和能量信號。4、有了位置信號和能量啟輝信號，在顯示器上就可以顯示出一個閃爍點，眾多的閃爍點就可以產(chǎn)生一幅圖像。

單光子發(fā)射型計算機(jī)斷層儀（singlephotonemissioncomputedtomography，SPECT）是一臺高性能的γ照相機(jī)的基礎(chǔ)上增加了支架旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部分、斷層床和圖像重建（reconstruction）軟件，使探頭能圍繞軀體旋轉(zhuǎn)360o或180o，從多角度、多方位采集一系列平面投影像。通過圖像重建和處理，可獲得橫斷面（transversesection）、冠狀面（coronalsection）和矢狀面（sagittalsection）的斷層影像（tomogram）。三、單光子發(fā)射型計算機(jī)斷層儀SPECT

（一）基本結(jié)構(gòu)：1、探頭及電子學(xué)線路結(jié)構(gòu)和形狀與γ照相機(jī)相似，探頭有單探頭、雙探頭、多探頭之分。2、機(jī)架機(jī)架要求重量輕、大環(huán)孔徑大、體積小等特點，還應(yīng)具有可變角和滑環(huán)等新功能。3、病人檢查床SPECT的重要部分，新的要求應(yīng)有二維運動功能，水平移動的精度要求高。4、工作站（1）采集工作站：要求速度快，網(wǎng)絡(luò)功能，能同時控制兩臺以上的機(jī)架和探頭；（2）處理工作站：圖像局部放大，局部定量分析，分析動態(tài)圖像制出的時間放射性曲線，振幅和相位分析。（二）成像原理：SPECT的成像原理與CT是相同的，都要用圖像重建的方法得到斷層圖像。數(shù)字圖像可劃分成許多小單元，常用的圖像矩陣有64×64、128×128、256×256，知道了圖像矩陣中每一個單元的值，也就可知整幅圖像的性質(zhì)。常用圖像重建方法：濾波反射投影法(filterbackprojection,FBP)、迭代法(iterative)。成像方法：一個探頭可以圍繞病人某一臟器進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)的γ相機(jī)，在旋轉(zhuǎn)時每隔一定角度采集一幀圖片。經(jīng)電子計算機(jī)自動處理，將圖像疊加，利用濾波反射投影法可以從一系列投影像重建橫向斷層影像，由橫向斷層影像的三維信息再經(jīng)影像重新組合可以得到矢狀、冠狀斷層和任意斜位方向的斷層影像。成像基本步驟：用短半衰期核素Tc-99m等標(biāo)記某些特殊化合物，經(jīng)靜脈注入人體。探測聚集于人體一定器官、組織內(nèi)標(biāo)記與化合物上的Tc-99m衰變所發(fā)出的γ射線。將γ射線轉(zhuǎn)化為電信號并輸入計算機(jī)，經(jīng)計算機(jī)斷層重建為反映人體某一器官生理狀況的斷層或三維圖像。SPECT成像特點：SPECT的圖像是反映放射性藥物在體內(nèi)的斷層分布圖放射性藥物能夠選擇性聚集在特定臟器、組織或病變部位，使其與鄰近組織之間的放射性分布形成一定程度濃度差（三）SPECT與CT的異同：1、將發(fā)射正電子的放射性核素標(biāo)記到機(jī)體代謝底物上；四、正電子發(fā)射型計算機(jī)斷層儀(positronemissiontomography，PET)（一）探測原理：2、給受檢者靜脈注射標(biāo)記化合物，讓受檢者在PET的有效視野范圍內(nèi)進(jìn)行顯像；3、放射性藥物發(fā)出的正電子在體內(nèi)移動1mm后與負(fù)電子結(jié)合發(fā)生湮滅反應(yīng)，同時消失并產(chǎn)生兩個等能量(511KeV)、反方向的γ光子，被PET的探頭探測到；4、根據(jù)探測信號確定體內(nèi)放射性藥物的分布投影，圖像重建，確定藥物分布狀況。（二）探測系統(tǒng)：1、閃爍探頭：將光子轉(zhuǎn)換成可見光鍺酸鉍(BGO)晶體硅酸镥(LSO)晶體、硅酸釓(GSO)晶體2、脈沖處理：將探頭傳過來的電信號轉(zhuǎn)換成時間信號，經(jīng)過數(shù)字化、常分鑒別器處理后的脈沖信號用于符合電路信號處理。低能鑒別器、高能鑒別器3、符合電路系統(tǒng)：通過符合電路系統(tǒng)處理獲得湮滅反應(yīng)產(chǎn)生的信號后，就能確定有無正負(fù)電子符合事件發(fā)生。4、死時間校正：計數(shù)率比SPECT系統(tǒng)高10倍，死時間影響較大，要求系統(tǒng)速度快，減少計數(shù)丟失。5、PET系統(tǒng)：由十幾至幾十個環(huán)，成百甚至上萬個探測器結(jié)合形成臨床PET系統(tǒng)。環(huán)與環(huán)之間是環(huán)間隔，對消除散射有重要作用。二維采集：鉛或鎢間隔，僅使用環(huán)內(nèi)探測器或臨近幾個環(huán)分辨率高，計數(shù)率低（三）采集方式：三維采集：取消環(huán)間隔，在所有的環(huán)內(nèi)進(jìn)行符合計算計數(shù)率高，散射嚴(yán)重，分辨率低。PET系統(tǒng)流程圖：回旋加速器產(chǎn)生同位素化學(xué)合成同位素示蹤劑PET掃描器注入人體進(jìn)行PET掃描采集得到投影原始數(shù)據(jù)重建獲得濃度分布圖像動態(tài)建模及功能圖像生成算法計算機(jī)系統(tǒng)獲得功能圖像臨床分析診斷1、衰減校正：計算方法校正、測量方法校正2、散射校正：卷積相減方法、直接測量方法、模型基礎(chǔ)方法3、死時間校正4、探頭系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化校正（四）校正技術(shù)：1、空間分辨率高；2、采用電子準(zhǔn)直，靈敏度高，探測效率高；3、發(fā)射正電子核素為人體生命元素，能準(zhǔn)確地顯示受檢臟器內(nèi)顯像劑濃度提供的代謝影像和各種定量生理參數(shù)；4、易進(jìn)行衰減校正和定量分析。（五）與SPECT比較優(yōu)點：PET/CT的特點：CT與PET硬件、軟件同機(jī)融合。解剖圖像與功能圖像同機(jī)融合。同一幅圖像既有精細(xì)的解剖結(jié)構(gòu)又有豐富生理、生化分子功能信息?？捎糜谀[瘤診斷、治療及預(yù)后隨診全過程。高靈敏度，高特異性，高準(zhǔn)確性。PET、CT單獨能實現(xiàn)的，PET/CT一定能實現(xiàn)；PET/CT能實現(xiàn)的，PET或CT單獨不一定能實現(xiàn)。GEPET/CTSiemensPET/CTPhilipsPET/CT

PET/CT融合圖像第三節(jié)功能測定儀器

功能測定儀器是從體表測量放射性核素在臟器中隨時間變化的動態(tài)變化，描記或顯示臟器中的時間—放射性曲線，借以分析、判斷臟器的功能或血流量的一類儀器。一般由閃爍探測器連接計數(shù)率儀、記錄器組成，大部分儀器配備有計算機(jī)處理系統(tǒng)。1、根據(jù)性能分：針對某一臟器功能測定而設(shè)計的專用儀器（如腎功能測定儀、心功能測定儀、甲狀腺功能測定儀）可測定多種臟器功能的多探頭臟器功能儀2、按探頭多少分：單探頭測定儀（如心功能測定儀、甲狀腺功能測定儀）雙探頭測定儀（如腎功能測定儀）一、甲狀腺功能測定儀簡稱甲功儀，是單探頭計數(shù)儀，主要用于甲狀腺對碘的攝取功能測定，核醫(yī)學(xué)科臨床常規(guī)檢查儀器。結(jié)構(gòu)：準(zhǔn)直器、碘化鈉晶體、光電倍增管、主放大器、單道脈沖分析器、計數(shù)器、計算機(jī)用途：（1）甲狀腺攝碘率（2）甲狀腺抑制率（3）過氯酸鉀排泌試驗?zāi)芰窟x擇：131I、99mTca：正常志愿者b：甲亢c：甲亢高峰前移d：甲低二、腎功能測定儀簡稱腎圖儀，是雙探頭計數(shù)儀，從體外描記腎臟放射性活度隨時間變化的曲線來測定腎功能、腎血流量動態(tài)變化。數(shù)據(jù)結(jié)果反映腎功能和尿路的通常情況。三、多探頭臟器功能測定儀可同時測定多個臟器或一個臟器的多個部位的功能狀況。結(jié)構(gòu)：多個探頭電子學(xué)測量儀表鉛準(zhǔn)直器用途：（1）腎功能（2）腦血池通過時間（3）肝血漿流量（4）甲狀腺吸碘功能第四節(jié)放射性計數(shù)測量儀器

對待測樣品或環(huán)境中的放射性進(jìn)行相對或絕對定量分析的儀器。廣泛應(yīng)用于體外放射分析及其他示蹤研究。一、γ測量儀主要用于血、尿等各類樣品放射性相對測量。主要用于體外放射分析。此外，近年來適用于大批量體外分析測定的時間分辨儀已廣泛應(yīng)