放射性核素成像第1頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五伽瑪照相機(jī)第2頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第3頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五內(nèi)容梗概放射性核素顯像的特點(diǎn)原子核反應(yīng)的基本概念放射性衰變規(guī)律γ射線(xiàn)探測(cè)準(zhǔn)直器γ照相機(jī)和單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層PET-CT技術(shù)第4頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五放射性核素顯像

RNI主要是功能性顯像，采用放射性核素示蹤的間接檢測(cè)技術(shù)可以獲取定性、定量、定位的生物體內(nèi)物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。第5頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五放射性制劑放射性制劑是制劑分子中含有放射性核素的放射性制劑或放射性藥物的總稱(chēng)。放射性制劑可以是放射性核素及其簡(jiǎn)單化合物,如NaI,也可以是用放射性標(biāo)記的化合物,如18F-去氧葡萄糖。第6頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五放射性制劑在其制備過(guò)程中的要求1．高產(chǎn)率。即最大限度的利用放射性核素。2．微量、低濃度。3．簡(jiǎn)便、快速。4．安全。第7頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五放射性制劑制備的方法化學(xué)合成法同位素交換法第8頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核外電子與原子核

原子的結(jié)構(gòu)是由位于原子中心的原子核及按一定軌道圍繞原子核運(yùn)行核外電子組成。原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)核子。中子不帶電，質(zhì)子帶電，其電量與電子電量相等.

第9頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五幾個(gè)基本概念

核素

凡是具有一定原子序數(shù)、一定質(zhì)量數(shù)和一定能量狀態(tài)的各種原子，統(tǒng)稱(chēng)為核素。

同位素

具有相同原子序數(shù)，但質(zhì)量數(shù)不同的核素稱(chēng)為同位素。

同質(zhì)異能素

凡具有相同的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)，處于不同能量狀態(tài)的一類(lèi)核素，彼此稱(chēng)為同質(zhì)異能素。第10頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五穩(wěn)定性核素（又稱(chēng)非放射性核素）：

原子核能夠穩(wěn)定的存在于自然界中，不會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生變化，這種核素通常稱(chēng)為非放射性核素（穩(wěn)定性核素）。

放射性核素（不穩(wěn)定性核素）（RadioactiveNuclide）

原子核即使沒(méi)有任何外來(lái)因素作用下，也會(huì)自發(fā)地放出射線(xiàn)而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素，這類(lèi)核素稱(chēng)為放射性核素。

第11頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核衰變

放射性核素特點(diǎn)特定的半衰期

物理半衰期（physicalhalflife）

符號(hào)T1/2,在單一的放射性核素衰變過(guò)程中，放射性活度降至原有值一半時(shí)所需要的時(shí)間，稱(chēng)為物理半衰期，簡(jiǎn)稱(chēng)半衰期（T1/2）。

第12頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五生物半衰期(biologicalhalflife)符號(hào)Tb,

生物半衰期是指進(jìn)入生物機(jī)體內(nèi)的放射性核素，由于生物代謝過(guò)程從體內(nèi)排出到原來(lái)放射性活度的一半時(shí)所需要的時(shí)間。

第13頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五有效半衰期（effectivehalflife）

符號(hào)Te，進(jìn)入生物機(jī)體內(nèi)的放射性核素由于放射性衰變及生物代謝的共同作用，該放射性核素的活度減少到一半所需的時(shí)間稱(chēng)為有效半衰期。即放射性核素被引入生物機(jī)體內(nèi)時(shí)，放射性活度一方面按衰變規(guī)律減少，另一方面還會(huì)通過(guò)生物代謝排出。

第14頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五α衰變

β衰變

γ衰變

放射性核素及其衰減規(guī)律第15頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核衰變規(guī)律核衰變規(guī)律公式

半衰期T1/2：放射性原子核數(shù)目衰變到一半所需要的時(shí)間其中： N為t時(shí)刻衰變核的剩余數(shù)目

N0為t=0時(shí)刻的衰變核數(shù)目

λ為衰變常數(shù)半衰期T1/2的含義半衰期T1/2與λ的關(guān)系例如： Ra的半衰期為1590年， 磷-32的半衰期為14.3天， 銫-135的半衰期為2.8×10-10S。第16頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五放射性活度（又稱(chēng)放射性強(qiáng)度）

是一定量的放射性核素在一個(gè)很短的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)除以該時(shí)間間隔。也就是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的衰變的原子核數(shù)。

第17頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五放射性活度的單位

1、貝克勒爾（Becquerel）:簡(jiǎn)稱(chēng)貝克（Bq）

1Bq=1次核衰變/秒（1S-1）

2、居里（Curie,符號(hào)Ci）1居里表示：放射性核素在1秒內(nèi)發(fā)生3.7×1010次核衰變。第18頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核醫(yī)學(xué)始于20世紀(jì)50年代。

1950年，建立了晶體井型計(jì)數(shù)儀，用于體外的放射性測(cè)量。

1951年，

cassen用晶體加準(zhǔn)直器研制成功閃爍掃描儀，獲得了人體第一張甲狀腺掃描圖。

1957年，

HalAnger研制了γ照相機(jī)。

1964年，世界上便有了商品γ照相機(jī)供應(yīng)，開(kāi)創(chuàng)了核醫(yī)學(xué)顯像的新紀(jì)元。

1979年，Kuhl等人在長(zhǎng)期研究基礎(chǔ)上制成了世界上第一臺(tái)發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層(ECT)。第19頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核醫(yī)學(xué)儀器的類(lèi)型

（一）測(cè)量用核醫(yī)學(xué)儀器：

主要在醫(yī)學(xué)研究和臨床檢驗(yàn)中，用于對(duì)被檢測(cè)樣品如血、尿、糞便、組織中的放射性測(cè)量。常用的儀器有γ閃爍計(jì)數(shù)器、液體閃爍計(jì)數(shù)器。

第20頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核醫(yī)學(xué)儀器的類(lèi)型（二）診斷用核醫(yī)學(xué)儀器：

主要在臨床核醫(yī)學(xué)工作中，用來(lái)進(jìn)行臟器功能測(cè)定和臟器顯像。

臟器功能測(cè)定儀（腎功能測(cè)定儀、甲狀腺功能測(cè)定儀、γ心臟功能測(cè)定儀、多探頭臟器功能測(cè)定儀等）。

臟器顯像儀器（γ照相機(jī)、發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層攝影儀（ECT））。

第21頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核醫(yī)學(xué)儀器的類(lèi)型防護(hù)用核醫(yī)學(xué)儀器：

為了保障核醫(yī)學(xué)工作的順利進(jìn)行，用于對(duì)工作環(huán)境、器皿物件以及工作人員體表可能受到的污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)的儀器。如個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)儀、α、β或γ輻射表面污染測(cè)量?jī)x等。第22頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核醫(yī)學(xué)儀器分類(lèi)用于放射性藥物的活度測(cè)量的活度計(jì)活度計(jì)又稱(chēng)強(qiáng)度計(jì)、同位素刻度計(jì)、居里計(jì)。

用于個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)和防護(hù)監(jiān)測(cè)的儀器個(gè)人劑量計(jì)、熱釋光劑量計(jì)、表面沾染儀、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀等。

第23頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核醫(yī)學(xué)儀器分類(lèi)用于體外樣品分析的樣品測(cè)量裝置放射免疫計(jì)數(shù)器、液體閃爍計(jì)數(shù)器。

用于臟器功能測(cè)定的儀器甲狀腺功能儀、腎功能儀、心功能儀、肺密度儀、骨密度儀等。

用于臟器顯像的裝置閃爍掃描儀、伽瑪照相機(jī)、SPECT、PET。第24頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一些儀器活度計(jì)免疫計(jì)數(shù)器功能儀第25頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一些儀器閃爍掃描儀伽瑪照相機(jī)SPECTPET全身骨成像第26頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

γ射線(xiàn)探測(cè)

利用放射性探測(cè)儀器（或測(cè)量裝置）可以探測(cè)和記錄放射性同位素所放出射線(xiàn)（或粒子）的種類(lèi)、數(shù)量（強(qiáng)度）和能量（能譜）等。第27頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五γ射線(xiàn)探測(cè)臨床應(yīng)用價(jià)值

臨床醫(yī)學(xué)上常通過(guò)探測(cè)放射性的方法來(lái)觀(guān)察放射性同位素在人體臟器內(nèi)的分布，以診斷臟器是否存在病變和確定病變所在的位置等。

第28頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器是射線(xiàn)探測(cè)的基本儀器，它由閃爍體、光學(xué)收集系統(tǒng)和光電倍增管組成。第29頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五閃爍計(jì)數(shù)器測(cè)量原理

1.射線(xiàn)在晶體內(nèi)產(chǎn)生熒光，利用光導(dǎo)和反射器組成的光收集器將光子投射到光電倍增管的光陰極上，擊出光電子；

2.光電子在光電倍增管內(nèi)被倍增、加速，在陽(yáng)極上形成電流脈沖輸出；

3.電流脈沖的高度與射線(xiàn)的能量成正比，電流脈沖的個(gè)數(shù)與輻射源入射晶體的光子數(shù)目成正比，即與輻射源的活度成正比。第30頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五閃爍計(jì)數(shù)器的優(yōu)勢(shì)

1.既可以測(cè)量光子也可以探測(cè)帶電粒子，特別是對(duì)射線(xiàn)有很高的探測(cè)效率；

2.經(jīng)光電倍增管給出的電流脈沖有較強(qiáng)抗干擾能力，適用于較復(fù)雜環(huán)境的工作。第31頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五脈沖幅度分析器脈沖幅度甄別器閃爍計(jì)數(shù)器所產(chǎn)生的電流脈沖的幅度和輻射光子的能量成正比，如測(cè)出脈沖幅度與計(jì)數(shù)的關(guān)系曲線(xiàn)就等于測(cè)出了幅射能譜。

第32頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五單道脈沖幅度分析器能直接測(cè)出幅度在之間脈沖計(jì)數(shù)的儀器叫單道脈沖幅度分析器，它由兩個(gè)甄別器組成。上限甄別器有較高的甄別閾值，下限甄別器閾值為V，其差值叫道寬。第33頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備原理簡(jiǎn)介

同位素掃描儀(RadionuclideScanner)

第34頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第35頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五掃描圖：甲狀腺癌的轉(zhuǎn)移第36頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五γ照相機(jī)和單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層γ照相機(jī)第37頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五γ照相機(jī)作用

γ照相機(jī)是將人體內(nèi)放射性核素分布快速、一次性顯像的設(shè)備。它不僅可以提供靜態(tài)圖像也可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀(guān)測(cè)，既可提供局部組織臟器的圖像，也可以提供人體人身的照片。圖像中功能信息豐富，是診斷腫瘤及循環(huán)系統(tǒng)疾病的重要裝置。第38頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五γ照相機(jī)的原理

γ照相機(jī)的探測(cè)器(探頭)固定不動(dòng)，在整個(gè)視野上對(duì)體內(nèi)發(fā)出的γ射線(xiàn)都是敏感的，所以是一次性成像。檢測(cè)器所得數(shù)據(jù)要輸入計(jì)算機(jī)，γ照相可以對(duì)圖像作后處理。能把形態(tài)學(xué)和功能性信息顯示結(jié)合起來(lái)。第39頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五伽瑪照相機(jī)的組成探頭探頭支架病床操作控制臺(tái)及數(shù)據(jù)處理裝置第40頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五伽瑪照相機(jī)電路結(jié)構(gòu)第41頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五伽瑪照相機(jī)的探頭結(jié)構(gòu)準(zhǔn)直器NaI(Tl)晶體光電倍增管(PMT)定位電路顯示第42頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PMT的排列方式每一個(gè)邊排列3個(gè)，總共19個(gè)；每一個(gè)邊排列4個(gè)，總共37個(gè)；每一個(gè)邊排列5個(gè)，總共61個(gè)；每一個(gè)邊排列6個(gè)，總共91個(gè)；每一個(gè)邊排列7個(gè)，總共127個(gè)。第43頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五P2位置計(jì)算電路P1P3伽瑪射線(xiàn)X1X2X30NaI(Tl)P1,P2,P3為PMT的輸出信號(hào)值，反映了進(jìn)入PMT的光強(qiáng)。X1,X2,X3為PMT的位置值X發(fā)光點(diǎn)的總強(qiáng)度：P=P1+P2+P3即Z信號(hào)的值發(fā)光點(diǎn)的X坐標(biāo)值：X=P1X1+P2X2+P3X3P1+P2+P3重心法求發(fā)光點(diǎn)的位置原理X第44頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五伽瑪照相機(jī)的特點(diǎn)探頭不需要移動(dòng)，可一次成像。成像效率高，特別是對(duì)低能量伽瑪射線(xiàn)。能做連續(xù)動(dòng)態(tài)顯像，可以觀(guān)察臟器對(duì)藥物隨時(shí)間的吸收、代謝情況，判斷臟器的功能。第45頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五伽瑪照相機(jī)的缺點(diǎn)1．結(jié)構(gòu)與電子線(xiàn)路較為復(fù)雜，獲得優(yōu)質(zhì)圖像的設(shè)備調(diào)整的過(guò)程較為復(fù)雜。2．圖像受臟器的厚度影響較大。3．γ照相的空間分辨力還較低，在形態(tài)學(xué)診斷上還不及X—CT射線(xiàn)及MRI。第46頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀EmissionComputedTomography(ECT)分類(lèi)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀SinglePhotonEmissionComputedTomography(SPECT)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀PositronEmissionComputedTomography(PECT)，簡(jiǎn)稱(chēng)PET第47頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五為什么叫ECT？相對(duì)于TCT(TransmissionComputedTomography)而言，即射線(xiàn)源在人體的外部，X線(xiàn)CT即為T(mén)CT。而ECT的射線(xiàn)源在人體內(nèi)部，即放射線(xiàn)藥物引入人體后，藥物釋放出伽瑪射線(xiàn)。ECT的本質(zhì)是由在體外測(cè)量發(fā)自體內(nèi)的γ射線(xiàn)技術(shù)來(lái)確定在體內(nèi)的放射性核素的活度。

第48頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五SPECT原理第49頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五SPECT原理

SPECT的放射性制劑都是發(fā)生γ衰變的同位素，體外進(jìn)行的是單個(gè)光子數(shù)量的探測(cè)。

第50頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五SPECT的成像原理旋轉(zhuǎn)平面成像線(xiàn)投影通過(guò)濾波反投影法重建圖像立體成像面投影通過(guò)濾波反投影法重建圖像第51頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五SPECT的成像原理

SPECT的成像算法與X－CT類(lèi)似，也是濾波反投影法：

1.由探測(cè)器獲得斷層的投影函數(shù)；

2.用適當(dāng)?shù)臑V波函數(shù)進(jìn)行卷積處理；

3.將卷積處理后的投影函數(shù)進(jìn)行反投影，重建二維的活度分布。第52頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層原理

發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層是通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像重建來(lái)顯示已進(jìn)人體內(nèi)的放射性核素在斷ECT分為單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層（SPECT）及正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層（PET）。第53頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五SPECT的衰減校正SPECT是通過(guò)γ射線(xiàn)的體外計(jì)數(shù)來(lái)標(biāo)定體內(nèi)放射性活度，不希望穿出人體的γ射線(xiàn)有衰減，在無(wú)衰減情況下，計(jì)數(shù)大小正比于放射性話(huà)度。但是衰減是不可避免的，它的存在嚴(yán)重影響了活度的精度。第54頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五SPECT的特點(diǎn)

可提供任意方位角的斷層圖像及三維立體圖的成像數(shù)據(jù)；提供功能性測(cè)量的量化信息，較γ照相機(jī)大大提高了腫瘤及臟器的功能性診斷效率。測(cè)量靈敏度低；量化精度較差；圖像空間分辨率低；引入的放射性制劑的量較大。第55頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五SPECT與CT的比較1.比X線(xiàn)CT圖像重建復(fù)雜必須修正伽瑪射線(xiàn)被組織的吸收。必須修正散射線(xiàn)的影響。人體組織小體積元探頭第56頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五SPECT與CT的比較2.X線(xiàn)CT測(cè)定的是人體組織對(duì)X線(xiàn)的衰減值，反映的是組織的物理特性(組織密度值)；而SPECT測(cè)定的是人體組織對(duì)放射性藥物的吸收情況，反映的是人體組織的生理、生化信息，以及組織的功能代謝情況。第57頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET簡(jiǎn)介PET歷史

1953年，Dr.BrXwnell和Dr.Sweet就已研制了用于腦正電子顯像的PET顯像儀。60年代末，出現(xiàn)了第一代商品化PET掃描儀，可進(jìn)行斷層面顯像。1976年，由Dr.Phelps和DrX.Hoffman設(shè)計(jì)，由ORTEC公司組裝生產(chǎn)了第一臺(tái)用于臨床的商品化的PET。第58頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET歷史20世紀(jì)80年代，更多公司投入了PET研制，島津(Shimadzu，1980)、CTI公司(1983)、西門(mén)子公司(Siemens，1986)、通用電氣公司(GE，1989)、日立公司(Hitachi，1989)和ADAC公司(1989)。PET系統(tǒng)已日趨成熟，許多新技術(shù)用于PET產(chǎn)品。90年代中期，在發(fā)達(dá)國(guó)家PET已成為重要的影像學(xué)診斷工具。第59頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET的發(fā)展2001年GEDISCOVERY-LS1964年環(huán)狀頭部PET第60頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描儀

PET的優(yōu)勢(shì)

PET的最大優(yōu)勢(shì)是能定量評(píng)價(jià)在體組織的生理、生化功能，相對(duì)于SPECT又有空間分辨力高、靈敏度高，測(cè)量精度高，引入的放射性制劑量少等特點(diǎn)，被譽(yù)為活體的分子斷層圖像。第61頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET的特點(diǎn)1．采用了人體富有的貧中子短壽命同位素作為放射性制劑

2．采用具有自準(zhǔn)直符合計(jì)數(shù)方法

3．衰減校正較好

4．PET的檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度較高

第62頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五湮滅輻射產(chǎn)生的雙光子飛行在同一直線(xiàn)上，但方向相反。在β＋衰變發(fā)生的區(qū)域兩側(cè)，放置兩個(gè)光子探測(cè)器，當(dāng)兩個(gè)探側(cè)器同時(shí)接收到光子時(shí)．符合電路會(huì)給出一個(gè)計(jì)數(shù)。Return第63頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五湮滅輻射有自準(zhǔn)直作用，無(wú)需準(zhǔn)直器，這樣PET的靈敏度大大提高，引入體內(nèi)的放射性制劑的量大為減少。而X—CT中的X射線(xiàn)，SPECT中的γ射線(xiàn)就要在探測(cè)器中加裝準(zhǔn)直器，這樣很多的光子就被準(zhǔn)直器擋掉了。第64頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五符合探測(cè)帶來(lái)的另一好處是湮滅輻射發(fā)生地點(diǎn)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響不大，而這個(gè)不大的影響還可以得到很精確的校正。Return第65頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET影像設(shè)備正電子核素制備

回旋加速器

正電子示蹤劑制備

放化標(biāo)記設(shè)備

PET影像獲取

PET影像系統(tǒng)

第66頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五正電子藥物正電子核素 半衰期 產(chǎn)物

Carbon-11 20.5min 14N(p,α)11CNitrogen-13 10.0min 16O(p,α)13NOxygen-15 2.1min 14N(d,n)15OFluorine-18 110min 18O(p,n)18F(F-) 20Ne(d,α)18F(F2)Gallium-68 68min Ge-68的子體(271天)Rubidium-82 1.27min Sr-82的子體(25天)C,N,O,F等成分直接參與人體生化代謝第67頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五正電子成像的物理基礎(chǔ)

正電子放射性核素通常為富質(zhì)子的核素，它們衰變時(shí)會(huì)發(fā)射正電子。原子核中的質(zhì)子釋放正電子和中微子并衰變?yōu)橹凶樱?/p>

P→β＋

+n+ν

其中P為質(zhì)子，n為中子，β＋為正電子，ν為中微子。第68頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五正電子湮滅正電子發(fā)射體發(fā)射出的正電子（β＋）在極短的時(shí)間內(nèi)與其臨近的電子（β－）碰撞而發(fā)生湮滅輻射，即在兩者湮滅的同時(shí)，產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的能量都為511KeV的γ光子，此即質(zhì)量湮滅現(xiàn)象。

第69頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五正電子湮滅正電子湮滅前在人體組織內(nèi)行進(jìn)1-3mm。湮滅作用產(chǎn)生：能量(光子是511KeV)。動(dòng)量nb+b-~1-3mm511KeV511KeV同時(shí)產(chǎn)生互成180度的511keV的伽瑪光子。第70頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五常用正電子放射性核素的物理特性放射性核素

半衰期

最大正電子能量

最大射程

平均射程

（min）

（MeV）

（mm）

（mm）

11C 20.3 0.96 5.0 0.28 13N 10.0 1.19 5.4 0.60 15O2.0 1.70 8.2 1.10 18F109.80.64 2.4 0.22

68Ga 67.8 1.89 9.11.35 82Rb 1.3 3.35 15.6 2.60第71頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五符合探測(cè)原理

湮滅輻射發(fā)生的位置限于這兩個(gè)探頭的有效視野內(nèi)，凡在此視野外或在此視野內(nèi)發(fā)生的湮滅輻射，所產(chǎn)生的兩個(gè)γ光子不能同時(shí)進(jìn)入兩個(gè)探頭者，都不能形成符合信號(hào)，因而不能被記錄，此即符合檢測(cè)原理。第72頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五符合探測(cè)原理符合探測(cè)技術(shù)能在符合電路的時(shí)間分辨范圍內(nèi)，檢測(cè)同時(shí)發(fā)生的放射性事件。利用符合探測(cè)技術(shù)可以進(jìn)行正電子放射性核素示蹤成像。使用符合探測(cè)技術(shù)，起到電子準(zhǔn)直作用，大大減少隨機(jī)符合事件和本底的同時(shí)提高了探測(cè)靈敏度。探測(cè)器1探測(cè)器2

脈沖處理器符合脈沖處理器第73頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET影像分辨率的極限正電子湮滅作用過(guò)程中粒子的動(dòng)量變化會(huì)導(dǎo)致511keV光子在探測(cè)野中產(chǎn)生約4‰弧度的不確定性偏離。對(duì)探測(cè)環(huán)橫斷面視野直徑為70cm的PET，會(huì)導(dǎo)致2－3mm的位置不確定性。這一微小偏差，以及正電子發(fā)射位置與湮滅輻射的發(fā)生點(diǎn)之間存在微小間距，使PET的分辨率有一極限值制約。對(duì)大視野（FOV）PET而言，最高分辨率約為3－4mm。第74頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET影像分辨率的極限正電子湮滅行程(~1-3mm)的影響：

-正電子能量影響湮滅行程的距離

-18F影像(Emax=0.6MeV)與

15O(Emax=2.1MeV)影像相比,分辨率較高點(diǎn)源相反運(yùn)動(dòng)γ光子非直線(xiàn)的影響：

-探測(cè)環(huán)直徑影響：非180度夾角每50CM探測(cè)環(huán)直徑使分辨率(FWHM)變壞~1mm第75頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五真符合、隨機(jī)符合和散射符合11. 真符合時(shí)間22. 因靈敏度或死時(shí)間丟失的真符合事件33. 因光子衰減丟失的真符合事件44. 散射符合事件5a5b5.a,b隨機(jī)符合事件第76頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五R光電倍增管光電倍增管處理符合探測(cè)器環(huán)PET的數(shù)據(jù)處理過(guò)程

處理電路

處理電路符合處理器數(shù)據(jù)重組圖像重建圖像第77頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET的電子準(zhǔn)直第78頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET的探頭和探測(cè)環(huán)X-Y平面為PET的橫斷面，與探測(cè)環(huán)平面平行。Z軸是

PET的長(zhǎng)軸，與探測(cè)環(huán)平面垂直。第79頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET選用的晶體早期研制的PET儀晶體材料為NaI（碘化鈉），第一臺(tái)商品化PET也是應(yīng)用NaI晶體作探測(cè)晶體。80年代初期，EG&GOrtec與Scanditronix公司將BGO（鍺酸鉍）與GSO（硅酸釓）兩種晶體用作PET探測(cè)晶體。第80頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET選用的晶體從1980年至2000年，BGO是主要的PET晶體材料之一，而NaI與GSO在商品化PET中應(yīng)用相對(duì)較少。1990年，LSO（硅酸镥）晶體的研究引起人們的很大關(guān)注.第1臺(tái)商品化臨床LSOPET儀于2001年由CTI/CPS推出，這種新型探測(cè)器材料對(duì)PET的發(fā)展具有重要貢獻(xiàn)。第81頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五表1理想PET閃爍晶體的特性晶體特性目的高密度提高γ射線(xiàn)探測(cè)效率高原子序數(shù)提高γ射線(xiàn)探測(cè)效率余輝時(shí)間短好的符合時(shí)間高光輸出量允許每個(gè)光電探測(cè)器晶體數(shù)目多好的能量分辨率全能事件的清晰辨認(rèn)發(fā)射波長(zhǎng)接近400nm光電倍增管反應(yīng)匹配好發(fā)射波長(zhǎng)透明度使光子均勻通過(guò)光電倍增管光子從晶體到光電倍增管的傳輸好輻射低晶體性能穩(wěn)定包裝簡(jiǎn)單允許小晶體單元的生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)濟(jì)制造成本低第82頁(yè)，共92頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PET選用的晶體NaI(Tl)晶體能量分辨率較高，價(jià)格便宜。BGO晶體密度大，探測(cè)效率高、穩(wěn)定性好。LSO、GSO等晶體密度大、衰減常數(shù)小、光產(chǎn)額高。性能指標(biāo) NaI CeF1 BaF2 BGO CsI(Tl) LSO YAP GSO

物理密度(g/cm3) 3.67 6.16 4.89 7.13 4.51 7.35 5.55 6.71輻射長(zhǎng)度(cm) 2.59 1.70 2.10 1.12 1.86 0.88 2.70線(xiàn)衰減系數(shù)(1/cm)0.34 0.64 0.47 0.92 0.60 0.87

0.62

發(fā)射波長(zhǎng)(nm) 410 310 220 480