醫(yī)學影像設(shè)備學第8章核醫(yī)學成像設(shè)備

醫(yī)學影像設(shè)備學第八章核醫(yī)學影像設(shè)備

重點難點核醫(yī)學成像設(shè)備的基本部件準直器、晶體的基本結(jié)構(gòu)、特點SPECT的基本結(jié)構(gòu)及工作原理PET的基本結(jié)構(gòu)及工作原理雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備第一節(jié)概述目錄一、發(fā)展簡史二、分類及應用特點核醫(yī)學是醫(yī)學與核物理學、核電子學、化學、生物學以及計算機技術(shù)等學科相結(jié)合的產(chǎn)物。03也是和平利用原子能的重要方面。04核醫(yī)學是研究核技術(shù)在醫(yī)學中的應用及理論的學科。01應用放射性核素或核射線診斷疾病、治療疾病或進行醫(yī)學研究的學科。02核醫(yī)學定義第一節(jié)概述是一種以臟器內(nèi)外正常組織與病變組織之間的放射性濃度差別為基礎(chǔ)的臟器或病變的顯像方法。010203將放射性核素或其標記化合物引入體內(nèi)，利用核醫(yī)學成像儀器在體外探測體內(nèi)放射性藥物的分布并成像。亦稱為功能成像或代謝成像，這是其他技術(shù)難以實現(xiàn)的。核醫(yī)學成像第一節(jié)概述第一節(jié)概述1976197919501951一、發(fā)展簡史井型晶體閃爍計數(shù)器閃爍掃描儀目錄一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理二、探測器三、機架四、檢查床五、控制臺和計算機六、外圍設(shè)備第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理（一）基本結(jié)構(gòu)探測器（探頭）、旋轉(zhuǎn)機架、檢查床、圖像采集控制臺和圖像處理的計算機工作站以及外圍輔助設(shè)備。（二）工作原理

多探頭型（亦稱掃描機型）和γ照相機型。單探頭雙探頭三探頭探測器探測原理由準直器、NaI（Tl）閃爍晶體、光電倍增管（PMT）、前置放大器和計算電路等組成。傳統(tǒng)SPECT實際上與γ相機的探測器相同。12第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀二、探測器（二）技術(shù)進展采用新型準直器（PMT）。優(yōu)勢：降低探頭和SPECT機架整體的重量；提高了SPECT系統(tǒng)分辨率和圖像的信噪比；在SPECT探測器整體性能提高的基礎(chǔ)上，大幅提高分辨率：

如配置LEHR準直器后SPECT系統(tǒng)分辨率可達到7.5mm（使用NEMA推薦的重建方法）。第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀二、探測器（二）技術(shù)進展采用碲鋅鎘（CdZnTe，CZT）半導體探測器。原理：當具有電離能力的射線和CZT晶體作用時，晶體內(nèi)部產(chǎn)生電子和空穴對，并且數(shù)量和入射光子的數(shù)量成正比。帶負電的電子和帶正電的空穴朝不同的電極運動，形成的電荷脈沖經(jīng)過前置放大變成電壓脈沖，其強度與入射光子的能量呈正比。前置放大輸出的信號經(jīng)過后續(xù)電路處理，然后進行圖像重建。第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀二、探測器（二）技術(shù)進展

CZT半導體探測器的優(yōu)勢：對γ射線探測具有極高的系統(tǒng)靈敏度?？梢灾苯訉ⅵ蒙渚€轉(zhuǎn)化成電信號，具有更高的探測效率和能量分辨率（10keV～6MeV）。采用較厚的CZT晶體陣列（至少6mm）和小尺寸像素面元電極設(shè)計的面元陣列探測器，能同時得到好的能譜特性和高的空間分辨率，提高系統(tǒng)靈敏度從而減少放射性示蹤劑的用量，縮短掃描時間，提高圖像信噪比。高度集成化后可減輕整個SPECT設(shè)備探頭的重量。第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀二、探測器（二）技術(shù)進展采用碲鋅鎘（CdZnTe，CZT）半導體探測器。物理量傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（晶體+PMT）CZT半導體探測器有效原子數(shù)5049（平均）晶體密度/（g/cm3）3.675.78能量分辨率/（140keV）9%~12%5%~6%分辨率4~8mm2mm靈敏度高于傳統(tǒng)技術(shù)8~10倍

基于CZT探測器SPECT的性能第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀心臟專用SPECT心臟專用SPECT探頭是采用半環(huán)狀（180°）排列的CZT半導體

探測器；心肌斷層顯像時，探頭無需旋轉(zhuǎn)，避免了運動

偽影，提高了儀器的性能；空間分辨率明顯提高：固有空間分辨率由4～8mm提高到2.46mm；能量分辨率由9.5～12％提高到

6.2％。第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀乳腺專用顯像儀探頭是采用兩個互成180°的平板CZT半導體探測器構(gòu)成；采用99mTc-MIBI等為顯像劑，對乳腺進行顯像檢查。乳腺專用顯像儀由機械運動組件、機架運動控制電路、電源保障系統(tǒng)、機架手控盒及其運動狀態(tài)顯示器、實時監(jiān)視器等組成。機架圓環(huán)型機架SPECT旋轉(zhuǎn)機架的主要形式。懸臂形機架。懸吊式機架。龍門型機架。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀三、機架（二）運動形式1.運動方式：探頭及其懸臂以機架機械旋轉(zhuǎn)軸為中心，作順時針或逆時針的圓周或橢圓或人體輪廓的運動，檢查床與導軌垂直，主要適用于斷層采集；探頭及其懸臂沿圓周運動，半徑方向作向心或離心直線運動，可以使探頭在采集數(shù)據(jù)時盡可能貼近病人，縮短旋轉(zhuǎn)半徑，提高空間分辨率，也稱身體輪廓紅外探測掃描；探頭沿自身中軸作順時針和逆時針傾斜或直立運動，主要適用于雙探頭呈90o方式進行180o心肌血流灌注斷層顯像或兼顧雙探頭時的質(zhì)量控制的數(shù)據(jù)采集中。2.控制方式：手動和自動?！拜喞櫦夹g(shù)”第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀三、機架（三）功能根據(jù)操作控制命令，完成不同采集條件所需要的機架的各種運動；把心電R波觸發(fā)信號以及探頭的位置信號、角度信號等通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog-digitalconverter，ADC)傳輸給計算機，并接受計算機控制進行各種動作；保障整個系統(tǒng)(探頭、機架、檢查床、采集計算機及其輔助設(shè)備等)的供電，提供穩(wěn)定的各種規(guī)格的高低壓電源。機架運動的精確度和穩(wěn)定性是SPECT質(zhì)量控制的關(guān)鍵之一第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀三、機架（四）控制系統(tǒng)

受機架內(nèi)定位控制系統(tǒng)的控制。驅(qū)動馬達控制電路；位置信息存儲器；定位處理器：實際上是一個微型計算機，是控制探頭及機架轉(zhuǎn)動的角度、移動的距離及識別位置。其受主計算機的控制，并將各種定位數(shù)據(jù)傳輸給主計算機。第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀四、檢查床（一）普通功能床升降可以手動或自動完成，但前進和后退必須手動完成。（二）多功能床（目前SPECT/CT多采用）可以一次進行多床位的數(shù)據(jù)采集，而無需人工干預。為適應旋轉(zhuǎn)斷層的需要，檢查床的床板多由碳纖維或鋁質(zhì)材料制成，具有重量輕、硬度大，韌性高，對γ射線的衰減少等特點（要求對γ射線的衰減<5%），可承擔200kg以上的重量。

第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀五、控制臺和計算機（一）采集工作站基本信息的錄入：數(shù)據(jù)采集：采集模式：①靜態(tài)模式采集（staticmodeacquisition）；②動態(tài)模式采集（dynamicmodeacquisition）；③門控模式采集（gatedmodeacquisition）；④斷層模式采集（tomographymodeacquisition）；⑤門控斷層模式采集（gatedtomographymodeacquisition）；⑥全身采集（wholebodyacquisition）。采集數(shù)據(jù)管理：SPECT的質(zhì)量控制和各種校正：能量、線性、均勻性和旋轉(zhuǎn)中心校正圖實時校正采集數(shù)據(jù)。

第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀空間分辨率2空間線性4均勻性31平面源靈敏度33最大計數(shù)率5固有能量分辨率7其他：斷層均勻性、空間分辨率、斷層厚度、斷層靈敏度等9多窗空間位置重合性36旋轉(zhuǎn)中心38顯像系統(tǒng)的綜合評價10SPECT的質(zhì)量控制和性能評價第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀五、控制臺和計算機（二）處理工作站手工處理規(guī)程：感興趣區(qū)（regionofinterest，ROI）的勾畫等。臨床處理規(guī)程：心肌血流灌注斷層、肺通氣灌注、全身骨、腎動態(tài)顯像的常規(guī)處理軟件等。數(shù)據(jù)庫維護：數(shù)據(jù)的導入、導出、查詢等。

在核醫(yī)學影像診斷中具有重要作用。第三節(jié)單光子發(fā)射型計算機斷層掃描儀六、外圍設(shè)備（一）ECG觸發(fā)器（二）多功能運動踏車功量儀（三）肺通氣專用霧化器（四）打印機（五）各種質(zhì)量控制模型

線性模型、四象限鉛柵模型、SLIT鉛柵模型、系統(tǒng)靈敏度測試面源以及PECT/PET斷層模型等。SPECT-PET斷層模型（Model76-823）四象限鉛柵模型第四節(jié)正電子發(fā)射型計算機斷層掃描儀目錄01.基本結(jié)構(gòu)與工作原理02.探測器03.機架04.計算機和網(wǎng)絡系統(tǒng)第四節(jié)正電子發(fā)射型計算機斷層掃描儀正電子發(fā)射體發(fā)射出的正電子（β＋）在極短時間內(nèi)與其臨近的電子（β－）發(fā)生碰撞而發(fā)生湮沒輻射，即在二者湮沒的同時，產(chǎn)生兩個方向相反的能量皆為511keV的γ光子。兩個相對的γ閃爍探頭加符合電路組成湮沒符合探測裝置。上述兩個方向相反的γ光子可以同時分別進入這兩個探頭，通過符合電路形成一個Z信號，而被探測到。湮沒符合探測nb+b-~1-3mm511KeV511KeV第四節(jié)正電子發(fā)射型計算機斷層掃描儀RPMTPMTCOINCIDENCEPROCESSINGDETECTORRING符合探測裝置示意圖

ProcessingElectronics

ProcessingElectronicsCoincidenceProcessorDataSorting,HistogramImageReconComputerImages第四節(jié)正電子發(fā)射型計算機斷層掃描儀PET與γ照相機和SPECT相比具有以下優(yōu)點：不需要準直器檢測靈敏度高本底小，分辨率好易于吸收校正可正確定量探測器是PET設(shè)備的核心部分，它由閃爍晶體、光電倍增管和高壓電源組成。探測器的性能優(yōu)劣直接影響PET的整體性能好壞。目前有鍺酸鉍（BGO）及硅酸镥（LSO）等晶體。探測器晶體是組成探測器的關(guān)鍵部件之一，其主要作用是能量轉(zhuǎn)換，即將高能γ光子轉(zhuǎn)換為可見光子，再由光電倍增管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)一系列電子線路系統(tǒng)完成記錄。第四節(jié)正電子發(fā)射型計算機斷層掃描儀性能優(yōu)良的探測器需滿足以下幾點要求：高探測效率高的空間分辨率高可靠性和穩(wěn)定性短分辨時間第四節(jié)正電子發(fā)射型計算機斷層掃描儀第四節(jié)正電子發(fā)射型計算機斷層掃描儀三、機架機架主要用來固定探測器及讓探測器在其上以某種方式運動，根據(jù)探測器在機架上排列的陣列形狀，機架的中心孔可以是六角形或圓形的。按探測器在機架上的排列形狀和運動方式，PET可分：固定型旋轉(zhuǎn)型旋轉(zhuǎn)—平移型擺動—旋轉(zhuǎn)型第四節(jié)正電子發(fā)射型計算機斷層掃描儀四、計算機和網(wǎng)絡系統(tǒng)計算機是PET的重要組件，它控制所有的硬件設(shè)備，采集和組織數(shù)據(jù)，執(zhí)行各種誤差校正，重建斷層圖像，對圖像進行處理和分析，顯示圖像和有關(guān)信息。PET的核心軟件還包括數(shù)據(jù)庫管理及操作、圖像顯示、圖像硬拷貝及文件存檔、文件格式轉(zhuǎn)換及網(wǎng)絡傳輸?shù)?。第五?jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備目錄一、SPECT/CT設(shè)備二、PET/CT設(shè)備三、PET/MRI設(shè)備多模式融合影像技術(shù)早期發(fā)現(xiàn)病變生物特征可視化協(xié)助治療決策評估療效與轉(zhuǎn)歸提供在體分子診斷疾病相關(guān)蛋白細胞結(jié)構(gòu)DNA,RNA,酶2CH1VLVHCkCH3HC受體，轉(zhuǎn)運體，抗體SPECT/CTPET/CTPET/MRSPECT/CT設(shè)備第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備01SPECT/CT的基本結(jié)構(gòu)02SPECT/CT的優(yōu)勢第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備（一）SPECT/CT的基本結(jié)構(gòu)機架：SPECT/CT是將SPECT和CT兩種設(shè)備安裝在

同一個機架衰減校正：CT圖像提供的解剖結(jié)構(gòu)信息可以用于對SPECT圖像進行衰減校正兩種融合方式：一個是配置低劑量CT的SPECT/CT另一個發(fā)展方向是配置具有診斷價值CT的SPECT/DCT第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備（二）SPECT/CT的優(yōu)勢提高了影像診斷的準確性可以進行半定量分析實現(xiàn)了個性化的診斷CT掃描，提升醫(yī)學影像檢查的效價比PET/CT設(shè)備第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備PET/CT的基本結(jié)構(gòu)01PET/CT優(yōu)勢02探測器：PET/CT探頭還是由分離的PET探頭和CT探頭組成，CT探頭在前，PET探頭在后。01掃描系統(tǒng)：將PET和螺旋CT整合在一臺機器中，通過一個較長的檢查床將兩個相對獨立的、共軸的設(shè)備單元相連接，兩個設(shè)備單元將保持一個合理的距離，以避免電磁干擾。02兩套系統(tǒng)可各自獨立使用或聯(lián)合使用，一次掃描可獲得PET、CT及PET與CT的融合圖像，達到了取長補短、信息互補的目的。03PET/CT的基本結(jié)構(gòu)第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勢融合：一次掃描過程中，實現(xiàn)功能與結(jié)構(gòu)圖像的同機融合?？梢燥@示病變部位的病理生理變化及形態(tài)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了1+1>2的效果，明顯提高了診斷的準確性。PET/CT的優(yōu)勢第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備圖像融合+PETCTPET/CT第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備PET/MRI設(shè)備第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備PET/MRI臨床應用貳PET/MRI的基本結(jié)構(gòu)壹PET/MRI優(yōu)勢叁第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備（一）PET/MRI的基本結(jié)構(gòu)1.

PET/MRI的四種模式分離式結(jié)構(gòu)：PET和MRI并列放置于兩房間，MR和PET之間使用一個公共轉(zhuǎn)運床“穿梭系統(tǒng)”轉(zhuǎn)運患者，將獲得的圖像進行軟件融合。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)：PET與MRI按一定順序排列放置，類似于PET/CT中的串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，采用分步采集數(shù)據(jù)的方法。插入式結(jié)構(gòu)：PET探測器置于MRI設(shè)備內(nèi)。全身一體化PET/MR：將PET和MR有機組合在同一個機架內(nèi)，一次掃描即可同時完成全身PET和MR檢查。PET/MR的四種模式和發(fā)展歷程19972004200620092010+Imagefusion分離的PET+MR分體的PET+MR一體化PET/MR（小晶體）一體化PET/MR（大晶體）第五節(jié)雙模式分子影像技術(shù)和設(shè)備（一）PET/MRI的基本結(jié)構(gòu)

2.PET光電倍增管(Photomultipliertube,PMT)傳統(tǒng)PET光電倍增管：MRI磁場可改變電子運行軌跡進而造成探測電子損失，因此PMT無法在磁場中正常運行雪崩光電倍增管(Avalanchephoto-multiplier,APD)對磁場敏感度低，可以確保MR和PET之間互不干擾，PET的定量準確度不受PET探測器的物理性能和發(fā)熱的影響，更能發(fā)揮PET/MR多參數(shù)的