第二章 儀器.ppt

1、第二章 儀 器Instruments of Nuclear Medicine,重慶醫(yī)科大學(xué) 李曉愚 吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 馬慶杰,內(nèi)容提要,1. 核探測儀器的基本原理 電離作用、熒光現(xiàn)象、感光作用 2. 體外樣品測量儀器 醫(yī)用活度計 液體閃爍測量儀器 輻射防護(hù)和劑量檢測儀器 3. 照相機(jī) 基本結(jié)構(gòu) 工作原理,內(nèi)容提要,4. SPECT， SPECT/CT SPECT基本結(jié)構(gòu) SPECT工作原理 SPECT成像特點 數(shù)據(jù)采集和斷層圖像重建 雙探頭符合探測 5. PET、PET/CT圖像融合技術(shù) PET基本結(jié)構(gòu)與原理 PET/CT圖像融合技術(shù),內(nèi)容提要,6. 功能測定儀器 甲狀腺功能測定儀 腎圖儀

2、 多功能儀,概 述,核 醫(yī) 學(xué) 儀 器 核醫(yī)學(xué)診療、防護(hù)需要的各種核輻射或射線探測儀器,主要由射線探測器、電子測量裝置和計算機(jī)等組成。 常用儀器 主要包括顯像儀器、臟器功能測定儀器、體外樣本分析測量儀器、輻射防護(hù)儀器和放射性核素治療儀器等 發(fā)展簡史 蓋革彌勒計數(shù)器掃描機(jī) 相機(jī)發(fā)射型計算機(jī)斷層顯像儀(ECT) ECT+CT,第一節(jié) 核探測儀器的基本原理,核探測儀器的基本原理是建立在射線與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)上的 電離作用 熒光現(xiàn)象 感光作用,第一節(jié) 核探測儀器的基本原理,放射性探測儀器的組成 輻射探測器（radiation detector ） 利用射線和物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的各種效應(yīng)將射線的輻射能轉(zhuǎn)變

3、為電子線路部分能處理的電信號。 電子學(xué)單元 根據(jù)不同的測量要求和探測器的特點而設(shè)計的分析和記錄電信號的電子測量儀器。 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 按不同的檢測目的和需要而配備的計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和儲存系統(tǒng)等。,第一節(jié) 核探測儀器的基本原理,放射性探測儀器的分類 按照測量原理分 電離探測儀（ionization detector） 閃爍探測儀（scintillation detector） 按用途分 顯像儀器 功能測定儀器 體外樣本測量儀器,第一節(jié) 核探測儀器的基本原理,體外樣本測量儀器 閃爍測量計數(shù)器 （ scintillation detector ） NaI晶體 光電倍增管（PM

4、T） 前置放大器 閃爍熒光 photoelectric effect電子數(shù)倍增電子流(電位降) 一個入射光子產(chǎn)生一個閃爍事件產(chǎn)生一個脈沖,第一節(jié) 核探測儀器的基本原理,NaI晶體柱,各種型號的光電倍增管,第一節(jié) 核探測儀器的基本原理,手持式探測儀 閃爍型探頭 半導(dǎo)體型探頭 信號處理顯示器,第一節(jié) 核探測儀器的基本原理,醫(yī)用核素活度計（dose calibrator） 幾何測量效率高 無核素選擇性,第一節(jié) 核探測儀器的基本原理,液體閃爍計數(shù)器 樣品溶解在閃爍液中 測量衰變和衰變的放射性核素（比如3H，14C）,第一節(jié) 核探測儀器的基本原理,輻射防護(hù)與劑量監(jiān)測儀器,表面污染監(jiān)測儀,個人劑量監(jiān)測儀,

5、第二節(jié) 照相機(jī),1957年Anger研制出第一臺照相機(jī)，稱之為 Anger照相機(jī),組成：準(zhǔn)直器、晶體、光導(dǎo)、光電倍增管矩陣、位置電路、能量電路、顯示系統(tǒng)和成像裝置等,第二節(jié) 照相機(jī),準(zhǔn)直器 由鉛或鉛鎢合金從中央打孔或者是四周合攏形成的裝置，放于病人與晶體之間。 保證照相機(jī)的分辨率和定位的準(zhǔn)確,針孔型準(zhǔn)直器,多孔型準(zhǔn)直器,第二節(jié) 照相機(jī),晶體 NaI（Tl）摻鉈碘化鈉。 作用是把經(jīng)準(zhǔn)直器進(jìn)入的射線能量轉(zhuǎn)換成熒光光子。 Tl元素在這里仍作激活劑用，減少信號失真，增加探測效率。,第二節(jié) 照相機(jī),光電倍增管 為數(shù)眾多的光電倍增管均勻地排列在晶體的后面，緊貼著晶體。 數(shù)量多少與定位的準(zhǔn)確性有關(guān)。 脈沖幅

6、度分析器 有選擇性地記錄從晶體和光電倍增管輸送來的電脈沖信號。 排除本底及其他干擾信號。,第二節(jié) 照相機(jī),信號分析和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),包括電子學(xué)線路和計算機(jī)。 電子學(xué)線路除脈沖幅度分析器外還有前置放大器、主放大器及均勻性校正電路、位置線路等。,第二節(jié) 照相機(jī),照相機(jī)工作原理 探測到光子經(jīng)電子學(xué)線路分析形成脈沖信號，經(jīng)計算機(jī)采集, 處理,最后以不同灰度或色階顯示二維臟器顯影或放射性分布。,應(yīng)用：各種臟器靜態(tài)顯像，快速連續(xù)動態(tài)顯像，附有特殊裝置，可進(jìn)行全身顯像。,第三節(jié) SPECT及雙探頭符合探測,SPECT基本結(jié)構(gòu) 單光子計算機(jī)發(fā)射斷層顯像儀 single photon emission compu

7、ted tomography 組成：在高性能 相機(jī)上增加了支架旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部分、斷層床、圖像重建軟件,單探頭SPECT,雙探頭SPECT,第三節(jié) SPECT及雙探頭符合探測,SPECT工作原理 探頭圍繞受檢對象或部位呈180 和/或360旋轉(zhuǎn)，從多角度、多方位采集一系列平面投影像，經(jīng)計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)重建獲得橫斷層面、冠狀面和矢狀面影像。,第三節(jié) SPECT及雙探頭符合探測,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,第三節(jié) SPECT及雙探頭符合探測,SPECT數(shù)據(jù)

8、采集和斷層圖像重建 圖像重建方法：濾波反投影技術(shù)（filtered back-projection）,第三節(jié) SPECT及雙探頭符合探測,雙探頭符合探測（coincidence circuit SPECT） 既可以做常規(guī)的SPECT，又可以對正電子湮滅輻射產(chǎn)生的兩個方向相反的 511 keV 光子進(jìn)行符合探測成像。 主要由可變角雙探頭SPECT系統(tǒng)、符合探測技術(shù)和衰減校正裝置構(gòu)成。,第三節(jié) SPECT及雙探頭符合探測,符合線路SPECT衰減校正方法 放射源技術(shù)（銫137Cs、鋇133Ba） X-CT 技術(shù) X-CT 技術(shù)可進(jìn)行同機(jī)解剖結(jié)構(gòu)與功能代謝圖像融合，（fusion imaging）對病

9、灶可做出精確定位診斷。,圖像融合:是指不同圖像(SPECT, PET, CT, MRI)之間的空間配準(zhǔn)或結(jié)合。利用各種成像方式的特點，為不同的影像提供互補(bǔ)信息，增加圖像質(zhì)量，以期對臨床診斷和治療的定位、觀察提供有效的方法。,第三節(jié) SPECT及雙探頭符合探測,SPECT配置高能準(zhǔn)直器 一種單光子探測方式。主要用于心肌锝99mTc-MIBI 心肌血流灌注和氟18F-FDG心肌代謝斷層顯像 SPECT配置1英寸晶體,技術(shù) 1英寸厚碘化鈉晶體 特殊切割小槽 優(yōu)勢 最大限度提高高能靈敏度 提高中能靈敏度 最大限度減少低能探測的散射作用,第三節(jié) SPECT及雙探頭符合探測,1英寸切割晶體符合線路SPEC

10、T 18F-FDG 顯像（冠狀面）,第三節(jié) SPECT及雙探頭符合探測,SPECT/CT 同時提供功能血流灌注、代謝影像 和解剖形態(tài)結(jié)構(gòu)影像，為臨床提供 科學(xué)診斷依據(jù),第四節(jié) PET、PET/CT及圖像融合技術(shù),PET positron emission tomography 正電子發(fā)射計算機(jī)斷層顯像儀,第四節(jié) PET、PET/CT及圖像融合技術(shù),PET基本結(jié)構(gòu)及原理 基本結(jié)構(gòu)由探頭(晶體、光電倍增管、高壓電源)、電子學(xué)線路、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、掃描機(jī)架及同步檢查床組成。,+-,發(fā)射+正電子放射性核素在體內(nèi)經(jīng)湮滅輻射產(chǎn)生兩個能量相同、方向相反的511keV 光子同時入射至互成180環(huán)繞人體的多個探測

11、器而被接收，把這些光子對按不同的角度分組，可獲得放射性核素分布在各個角度的投影。 常用發(fā)射正電子核素主要有：18F、碳11C、氧15O、氮13N、溴76Br等。,第四節(jié) PET、PET/CT及圖像融合技術(shù),PET/CT及圖像融合技術(shù) 圖像融合技術(shù)是將來自相同或不同成像方式的圖像進(jìn)行一定的變換處理，使其之間的空間位置、空間坐標(biāo)達(dá)到匹配的一種技術(shù)。,PET/CT以PET特性為主，同時將PET影像疊加在CT圖像上，使得PET影像更加直觀，解剖定位更加準(zhǔn)確。,第四節(jié) PET、PET/CT及圖像融合技術(shù),女性患者，50yr，非霍奇金病8年。CT (上):左腋下腺病；PET-FDG (中):CT見病變部位呈明顯局限性異常FDG攝取增高；PET/CT(下):病變組織的功能代謝狀況和定位明確。,第四節(jié) PET、PET/CT及圖像融合技術(shù),小動物PET,專門用于小動物顯像的PET掃描儀的空間分辨率等主要指標(biāo)要遠(yuǎn)高于人體PET ，正逐漸成為現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究的一項重要工具。,1991年，Ingvar M等將臨床用PET掃描儀進(jìn)行了大鼠腦顯像，首次將PET用于動物實驗研究。,主要應(yīng)用：藥物開發(fā)、疾病研究、基因顯像等 。,第五節(jié) 功能測定儀器, 功能測定儀由一個或多個探頭、電子線路、計算機(jī)和記錄顯示裝置組成。,甲狀腺功能測定儀,采用帶張角型準(zhǔn)直器的 閃