醫(yī)學(xué)影像儀器【業(yè)界研究】

1、核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（-）,張劍戈 Z,生物醫(yī)學(xué)工程講義,1,專業(yè)參考,內(nèi)容提要,概論 物理基礎(chǔ) 照相機,2,專業(yè)參考,概論,利用射線作為探測手段，通過臟器內(nèi)外或臟器內(nèi)的正常與病變組織之間的放射性濃度差別揭示人體的代謝和功能信息。 先讓人體接受某種放射性藥物，這些藥物聚集在人體某個臟器中或參與體內(nèi)某種代謝過程 對臟器組織中的放射性核素的濃度分布和代謝進行成像 核醫(yī)學(xué)影像不僅能得到人體臟器的解剖圖像，還可得到生理、生化、病理過程等功能圖像。,3,專業(yè)參考,設(shè)備的歷史和分類,核醫(yī)學(xué)的起源可以追溯到20世紀初，1948年Ansell和Rotblat研制出了逐點掃描的核醫(yī)學(xué)成像裝置，并用于甲狀腺的測量。An

2、ger在50年代研制出了商業(yè)化的相機。70年代Kuhl等人完成了SPECT的商業(yè)化。PET的思想在1951年由Wrenn等人提出，60年代末期出現(xiàn)臨床應(yīng)用的設(shè)備。核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的分類 照相機亦稱閃爍照相機，是對體內(nèi)臟器中的放射性核素分布進行一次成像，并可進行動態(tài)觀察的核醫(yī)學(xué)儀器。 發(fā)射型計算機斷層(emission computed tomography, ECT) 是在體外從不同角度來采集體內(nèi)某臟器放射性分布的二維影像，而后經(jīng)計算機數(shù)據(jù)處理重建，并顯示出三維圖像?？梢苑譃镾PECT和PET PET是目前成像最為精確的核醫(yī)學(xué)設(shè)備。,4,專業(yè)參考,核醫(yī)學(xué)成像的特點,診斷依據(jù)是人體內(nèi)的放射性強度分

3、布 可以探測生理參數(shù)，進行癌癥的早期診斷 缺點是空間分辨率不夠，不能精確地確定病灶的解剖位置,5,專業(yè)參考,新發(fā)展,為了克服核醫(yī)學(xué)設(shè)備分辨率不高的缺點，研究人員將SPECT、PET與CT結(jié)合在一起，解決核醫(yī)學(xué)圖像不清楚的缺陷,同時采取X-CT圖像進行全身能量衰減校正。 由于放射性藥物的特異性成像，借助核素標記， PET可以在分子水平的微觀研究和宏觀的整體研究中建立起一座橋梁，被稱為分子影像。,6,專業(yè)參考,物理基礎(chǔ),核素是由一定數(shù)量的質(zhì)子和中子構(gòu)成的束縛態(tài)體系，對應(yīng)于一定的原子核能態(tài)。 放射性核素的衰變方式有：衰變（射線）、衰變（正電子和電子）和衰變（射線）等。 放射性現(xiàn)象是由原子核內(nèi)部的變化

4、引起的，與核外電子的狀態(tài)無關(guān)，對放射性核素加溫、加壓或者加磁場都不能抑制或明顯改變射線的發(fā)射。 常用半衰期T1/2描述放射性核素的衰變,7,專業(yè)參考,放射性藥物的生產(chǎn),核醫(yī)學(xué)成像過程中使用的放射性核素均為人工制造，加速器、核反應(yīng)堆及核素產(chǎn)生器是常見的三種生產(chǎn)放射性核素的途徑。 將穩(wěn)定核素的材料放置在核反應(yīng)堆的堆芯附近照射。照射時間根據(jù)半衰期大小設(shè)定，取出照射后的材料，用化學(xué)分離的方法分出相關(guān)核素。用于生產(chǎn)出半衰期比較長的放射性核素。,8,專業(yè)參考,核素產(chǎn)生器,從半衰期較長的母體核素中，分離出由母體核素衰變產(chǎn)生的、半衰期較短的、適合臨床應(yīng)用的子體核素的裝置。 母體核素由核反應(yīng)堆或加速器生產(chǎn)，注入

5、裝有吸附劑的層析柱內(nèi) 母體核素不斷衰變?yōu)樽芋w核素，由于化學(xué)性質(zhì)不同，子體核素可以選用適當(dāng)?shù)南疵搫膶游鲋舷疵摗?子體核素洗脫后，未衰變的母體核素仍然在層析柱中繼續(xù)衰變，不斷產(chǎn)生子體核素 這種裝置被人們俗稱為“母?！?9,專業(yè)參考,回旋加速器,利用磁場使運動中的帶電離子回轉(zhuǎn)，并利用電極間交錯變換的正負電場，使離子在回轉(zhuǎn)過程中不斷地獲得能量。 用激發(fā)電離氣體的方式形成離子源 離子經(jīng)一偏壓電壓吸引進入加速器內(nèi)部的真空腔 帶電離子受到磁場的磁力作用，開始旋轉(zhuǎn) 外加在加速腔上的交變電極間產(chǎn)生垂直于B，以頻率=/2變化的強電場,10,專業(yè)參考,醫(yī)用回旋加速器,把兩個呈字母D形的盒子相對放置，就可得到交變

6、的加速電場。 理想的放射性藥物應(yīng)該 低輻射劑量 安全 方便 價格合理 放射性藥物在人體內(nèi)病灶的位置上吸附比例應(yīng)大于正常組織。,11,專業(yè)參考,射線與物質(zhì)的相互作用,射線與物質(zhì)原子中的束縛電子發(fā)生作用時, 把全部能量傳遞給某個束縛電子, 使其脫離原子發(fā)射出去而光子本身則消失, 這種作用過程叫做光電效應(yīng)，而發(fā)射出來的電子稱為光電子。 入射光子與原子核外電子發(fā)生非彈性碰撞，光子的一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，使其反沖出來，同時散射光子的能量和運動方向發(fā)生改變，該作用過程被稱為康普頓散射。 光子在靶物質(zhì)原子的原子核庫侖場作用下，光子轉(zhuǎn)化為一對正負電子。 這種作用過程叫做電子對產(chǎn)生。 射線通過物質(zhì)時, 是強度逐

7、漸減弱的過程，而能量保持不變，故射線無射程可言。,12,專業(yè)參考,射線的探測技術(shù),用于探測射線的探測器包括有固體、氣體和液體探測器，最常用的是固體閃爍探測器。 入射的光子在閃爍晶體中發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓散射或電子對效應(yīng)，把能量傳給電子 電子通過電離或激發(fā)作用將能量沉積在晶格中 晶體發(fā)生退激，釋放出被沉積的能量，一部分以可見光的形式釋放出來 用光電倍增管將閃爍體發(fā)出的微弱光轉(zhuǎn)變成電子，進行記錄,13,專業(yè)參考,光電倍增管,光電倍增管由光陰極、倍增極和陽極組成，這些電極被封裝在真空的玻璃管中。 閃爍光子作用在光陰極上時 由于光電效應(yīng)可產(chǎn)生出電子 電子倍增是通過一系列 倍增極所構(gòu)成的倍增系統(tǒng)完成 從

8、陽極上得到的電子流與 入射到光電倍增管光陰極 上的閃爍光強度成正比,14,專業(yè)參考,照相機,照相機是記錄和顯示被拍照的物體中射線活度分布的一次成像照像系統(tǒng)。 主要由四部分組成： 閃爍探頭 電子學(xué)線路 顯示記錄裝置 附加設(shè)備。,15,專業(yè)參考,平面照相機探頭,探測器由準直器，閃爍晶體，光電倍增管等組成 NaI晶體的直徑大于60cm或者面積大于55cm45cm，厚度為0.96cm。 多采用一塊大直徑的NaI(Tl)晶體和37-91個按一定形狀（例如正六角形）排列分布的光電倍增管相耦合 光電倍增管的數(shù)目根據(jù)晶體和光電倍增管的大小決定。 光耦合的方法是在光電倍增管與NaI晶體之間加入硅油以減少光的反射

9、，或者采用光導(dǎo)，以求盡量多地將晶體中的熒光引導(dǎo)至光陰極。,16,專業(yè)參考,準直器,準直器的功能是將被拍物體中某一空間區(qū)域內(nèi)，沿特定方向發(fā)射的射線投影到成像平面的相應(yīng)面積元上，吸收其它方向的射線。 準直器常用鎢鉛合金制作，包含圓形、方形或者六角形的小孔，覆蓋在整個NaI晶體表面。 準直器可以分為低能（小于150KeV）、中能（150-300KeV）和高能（300-600KeV）三種，低能準直器孔徑最小，空間分辨率最高；中能次之；高能最差。,17,專業(yè)參考,準直器的選擇,臨床應(yīng)用中根據(jù)入射射線能量，被成像臟器的位置和大小，探頭的形狀和大小，選擇合適的準直器。 平行孔準直器適用于比較大的臟器。 針孔

10、準直器可以對被測物體起到放大作用，常用于甲狀腺成像。 為了擴大視野，可以采用扇形準直器。 準直器會影響照相機的空間分辨率、靈敏度，準直器孔壁的穿透效應(yīng)對最終的成像質(zhì)量也有影響 。,18,專業(yè)參考,事件定位,根據(jù)光電倍增管讀出的信號，計算出該事件在閃爍晶體內(nèi)的作用位置（x,y坐標），將該作用點的坐標再通過準直器還原到物體表面，最終得到物體中放射性核素的分布。 問題：由于晶體面積大，光電倍增管數(shù)目多，熒光光子各向同性，某個事件在晶體上所激發(fā)的熒光會被全部的光電倍增管所采集。,19,專業(yè)參考,電阻加權(quán)定位,光電倍增管給出位置信號和能量信號。位置信號經(jīng)過矩陣電阻鏈分別輸入到四個放大器，其輸出給出晶體中熒光產(chǎn)生點的重心位置；能量信號通過加和電路作為總能量信號，大小與熒光光量成正比。,20