中國醫(yī)大影像核醫(yī)學(xué)課件01核醫(yī)學(xué)影像基礎(chǔ)與設(shè)備

第一章

核醫(yī)學(xué)影像基礎(chǔ)與設(shè)備第一章核醫(yī)學(xué)影像基礎(chǔ)與設(shè)備第一節(jié)核物理基礎(chǔ)第二節(jié)核醫(yī)學(xué)儀器基礎(chǔ)第三節(jié)單光子發(fā)射斷層顯像第四節(jié)正電子發(fā)射斷層顯像第五節(jié)質(zhì)量控制與方法第一節(jié)

核物理基礎(chǔ)一、基本概念原子核+電子-物質(zhì)的性質(zhì)，如元素的化學(xué)、物理及光譜特性與核外電子有關(guān)放射性現(xiàn)象盧瑟福模型原子是由原子核及若干繞核運(yùn)動(dòng)的電子組成,原子核帶正電荷,占有原子質(zhì)量的99.9%以上,,但其半徑不到原子半徑的萬分之一。原子核:由中子和質(zhì)子組成,中子和質(zhì)子是兩種質(zhì)量基本相等的粒子,統(tǒng)稱核子（A)。質(zhì)子:

正電,電量與電子電量相等,質(zhì)量1U(Z)。中子:

不帶電,質(zhì)量為1U(N)。一、基本概念核子數(shù)（A）=質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（N）元素（element）：具有相同質(zhì)子數(shù)的同類原子。

碘12553I，12853I，13153I核素（nuclear）：具有一定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)，并在特定能量狀態(tài)的原子。

氫11H，氘21H，氚31

一、基本概念穩(wěn)定性核素：中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)保持一定比例：N/Z=1-1`5放射性核素：能自發(fā)地發(fā)出某種射線而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素。一、基本概念1896HenriBecquereldiscoveredmysterious"rays"fromuranium1897MarieCurienamedthemysteriousrays"radioactivity."同位素（isotope）：周期表上位置相同的元素。

質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同原子序數(shù)相同原子量不同化學(xué)性質(zhì)相同物理性質(zhì)不同

235U238U一、基本概念同質(zhì)異能素（nuclearisomer）原子核的質(zhì)子`中子數(shù)均同，但處于不同能量狀態(tài)的核素。

锝9943Tc

基態(tài)（T1/221萬年）

9943Tcm激發(fā)態(tài)（T1/26hr）

m

表示核素屬于激發(fā)態(tài)一、基本概念核衰變：放射性核素自發(fā)地釋放出一種或一種以上的射線并轉(zhuǎn)變成另外一種核素的過程.其類型與方式取決于原子核內(nèi)的固有特征,與外界無關(guān)。二、核衰變?chǔ)了プ?/p>

核子總數(shù)過多（Z》82）AZX

A-4Z-2Y+42He+Q位移規(guī)律：22688Ra

22286Rn二、核衰變?chǔ)了プ兡Ｊ綀Dαγ二、核衰變

β衰變

核電荷改變，核子數(shù)不變的核衰變二、核衰變?chǔ)?

衰變

富中子核素中子數(shù)過多,中子轉(zhuǎn)換為質(zhì)子。

位移規(guī)律:AZX

AZ+1Y+β-+Q+γ-

3215P

3216S二、核衰變?chǔ)?衰變模式圖β-γ二、核衰變二、核衰變?chǔ)?

衰變

貧中子核素內(nèi)由質(zhì)子數(shù)轉(zhuǎn)換為中子。

位移規(guī)律:AZX

AZ-1Y+β++Q+γ

189F

188O二、核衰變?chǔ)?衰變模式圖β+γ二、核衰變PET

的基本原理二、核衰變電子俘獲

貧中子核素從核外內(nèi)層電子軌道俘獲一個(gè)軌道電子,使核內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)換為中子。位移規(guī)律:AZX+-1e

AZ-1Y+γ

5526Fe

5525Mn二、核衰變電子俘獲模式圖γ標(biāo)志X射線二、核衰變?chǔ)盟プ兲幱诩ぐl(fā)態(tài)的原子核向低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時(shí)，發(fā)射γ光子（60Co治療）。

AmZX

AZY+γ+Q

99m43Tc9943Tc內(nèi)轉(zhuǎn)換：激發(fā)態(tài)原子核向較低能態(tài)躍遷時(shí)，多余能量傳遞核外的殼層電子，使成為自由電子。并可產(chǎn)生標(biāo)志X射線和俄歇電子二、核衰變二、核衰變二、核衰變二、核衰變放射性粒子比較二、核衰變核衰變規(guī)律：各種放射性核素的總放射性核素都隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減。N=N0e-λt

二、核衰變半衰期物理半衰期（T1/2）：放射性強(qiáng)度衰減到原來的半數(shù)所需要的時(shí)間

生物半衰期（T1/2）：元素從體內(nèi)由于生物過程而減少一半所需要的時(shí)間

有效半衰期（Te）：由于放射形衰變和生物排除的綜合作用，使核素放射性強(qiáng)度減少一半所需的時(shí)間二、核衰變衰變常數(shù)(λ)表示某種放射性核素的一個(gè)核在單位時(shí)間內(nèi)自發(fā)衰變的比率,反映核衰變的速度。衰變常數(shù)與半衰期成反比T=0.693/λ二、核衰變各種常用核素的半衰期二、核衰變放射性活度（A）：一定量的放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)，反映核衰變率。A=dN/dt單位：貝可（Bq）=S-1；表示每秒內(nèi)發(fā)生核衰變次數(shù)。

居里（Ci）=3.7*1010

Bq

Bq=2.703*10-11Ci比活度:單位質(zhì)量(容積)放射性制劑中的放射性活度。Bq/mgBq/ml二、核衰變照射量：是直接度量射線對(duì)空氣電離能力的量，可間接反映射線劑量的強(qiáng)弱。X=dQ/dm

單位：庫侖/千克（C/Kg）倫琴（R）1R=2.58*10-4C/Kg三、輻射劑量及其單位吸收劑量

被照射物質(zhì)所吸收的輻射能量（適用于任何射線對(duì)任何物質(zhì)）D=dE/dm單位

戈瑞（Gy）=焦耳/千克（J/Kg）拉德（rad）1Gy=100rad三、輻射劑量及其單位劑量當(dāng)量不同射線在相同吸收劑量產(chǎn)生的生物效應(yīng)不同，需進(jìn)行修正加權(quán)H=D*Q*N西澳特（SV）=焦耳/千克雷姆（rem）三、輻射劑量及其單位常用輻射量及其單位三、輻射劑量及其單位第二節(jié)

核醫(yī)學(xué)儀器基礎(chǔ)各種粒子與物質(zhì)相互作用后可產(chǎn)生不同的作用

一、射線與物質(zhì)的相互作用帶電粒子與物質(zhì)的相互作用電離：失去或得到電子形成離子的過程。電離密度：速度、電量及物質(zhì)密度一、射線與物質(zhì)的相互作用帶電粒子與物質(zhì)的相互作用激發(fā)：從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)的現(xiàn)象。

X射線熒光分析一、射線與物質(zhì)的相互作用帶電粒子與物質(zhì)的相互作用韌致輻射：電磁場(chǎng)電磁輻射光子。能量、原子序數(shù)、質(zhì)量一、射線與物質(zhì)的相互作用帶電粒子與物質(zhì)的相互作用湮沒輻射：正負(fù)電子

一、射線與物質(zhì)的相互作用光子與物質(zhì)的相互作用一、射線與物質(zhì)的相互作用光子與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng)：光子吸收后，發(fā)射軌道電子的過程。內(nèi)層（K、L）并形成電子空位處于激發(fā)態(tài)。一、射線與物質(zhì)的相互作用光子與物質(zhì)的相互作用康普頓效應(yīng)：物質(zhì)散射、較外層的電子康普頓電子康普頓散射光子一、射線與物質(zhì)的相互作用光子與物質(zhì)的相互作用電子對(duì)生成：能量大于兩個(gè)電子靜止能量1.02Mev一對(duì)正負(fù)電子一、射線與物質(zhì)的相互作用探測(cè)和記錄放射性核素所放出射線的能量、種類、活度、時(shí)間變化和空間分布的儀器

二、γ閃爍探測(cè)器感光作用

熒光現(xiàn)象電離作用二、γ閃爍探測(cè)器thyroidrenal二、γ閃爍探測(cè)器一）閃爍體：閃爍探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器固體探測(cè)器、液體探測(cè)器二）光電倍增管三）前置放大器四）記錄和分析脈沖信號(hào)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

1.定標(biāo)器

2.脈沖幅度分析器

3.計(jì)數(shù)率儀二、γ閃爍探測(cè)器高壓電源低壓電源定時(shí)器放大器甄別器數(shù)字顯示計(jì)數(shù)器前置放大光電倍增管晶體射線探測(cè)器記錄分析系統(tǒng)二、γ閃爍探測(cè)器閃爍體光電倍增管前置放大器γγγ閃爍探測(cè)器基本原理示意圖二、γ閃爍探測(cè)器二、γ閃爍探測(cè)器1929cyclotron

1952gammacamera

1951rectilinearscanner

1958Technetium-99mgenerator

1976fluorine-18FDG

1959emissioncomputedtomography

1974PETcamera

1980s1990s2000s2000s二、γ閃爍探測(cè)器記錄單位時(shí)間（通常是60秒）的射線計(jì)數(shù)。放射免疫分析儀，甲狀腺吸碘率儀

三、常用醫(yī)學(xué)儀器放射性腎圖儀，單光子骨密度儀二、γ閃爍探測(cè)器二、γ閃爍探測(cè)器SPECTPETPET和SPECT加速器二、γ閃爍探測(cè)器二、γ閃爍探測(cè)器NatureClinicalPracticeOncology5,160-170(01Mar2008)

二、γ閃爍探測(cè)器二、γ閃爍探測(cè)器第三節(jié)

單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像

SPECTSinglePhotoEmissionComputedTomography

單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層:采用探測(cè)器環(huán)繞人體長(zhǎng)軸，在人體外從不同角度進(jìn)行直線掃描；記錄在每一條線上體內(nèi)放射性核素發(fā)出的射線，集合成一個(gè)投影截面，完成后將信號(hào)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，在計(jì)算機(jī)內(nèi)按預(yù)定程序重建成放射性密度分布的三維斷層圖象。一、SPECT成像的基本原理二、基本結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)單探頭雙探頭三探頭環(huán)型探頭SPECT二、基本結(jié)構(gòu)SPECT/CT二、基本結(jié)構(gòu)三、圖像采集門控?cái)鄬尤D像采集重建方法四、圖像重建四、圖像重建衰減校正均勻性非均勻性四、圖像重建四、圖像重建肺栓塞的血管左側(cè)腎上腺嗜鉻細(xì)胞瘤甲狀腺右葉下極甲旁腺瘤第四節(jié)

正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像正電子顯像技術(shù)（PET）一、成像原理正電子發(fā)射體發(fā)射的正電子與周圍介質(zhì)作用，很快和電子結(jié)合，發(fā)生“湮沒輻射”。即產(chǎn)生能量相等（511Kev），方向相反（幾近180o）的兩個(gè)光子。目前的單光子不能勝任雙光子的接受，必須具有精確的，分辨時(shí)間達(dá)到10-8秒的符合電路的雙探頭斷層裝置。僅識(shí)別和接受在同一時(shí)間相對(duì)方向的光子.常用正電子核素一、成像原理符