南方醫(yī)科大學(xué)王全師第2章核醫(yī)學(xué)儀器臨床醫(yī)學(xué)八年制核醫(yī)學(xué)教學(xué)課件核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第1頁(yè)核醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展簡(jiǎn)史井型晶體閃爍計(jì)數(shù)器閃爍掃描機(jī)19741979195719501951γ攝影機(jī)

PETSPECT

PET/CTSPECT/CT閃爍掃描機(jī)核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第2頁(yè)電離作用熒光現(xiàn)象感光作用第一節(jié)核探測(cè)儀器基本原理一、放射性探測(cè)基本原理核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第3頁(yè)二、放射性探測(cè)器種類（一）閃爍型探測(cè)器3.光電倍增管（photomultipliertube，PMT）2.光導(dǎo)（lightguide）：硅油，有機(jī)玻璃1.閃爍體(scintillator)：

NaI（Tl），BGO，GSO，LSO核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第4頁(yè)光電倍增管工作原理核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第5頁(yè)（二）電離型探測(cè)器電離室（ionizationchamber），正比計(jì)數(shù)器（proportionalcounter）蓋革計(jì)數(shù)器（Geiger-Mullercounter）

（三）半導(dǎo)體探測(cè)器碲鋅鎘（Cadmium-Zinc-Telluride，CZT）（四）感光材料探測(cè)器感光材料核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第6頁(yè)三、核探測(cè)器電子學(xué)線路（一）放大器前置放大器（preamplifier）主放大器（mainmplifie）作用：對(duì)電脈沖進(jìn)行放大、整形、倒相電子學(xué)線路核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第7頁(yè)（二）脈沖高度分析器（pulseheightanalyzer，PHA）

輸出信號(hào)B上甄別器下甄別器AC反符合線路BB輸入信號(hào)C輸入信號(hào)B,C單道脈沖高度分析器工作原理核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第8頁(yè)核射線測(cè)量?jī)x器組成框圖核射線閃爍體光導(dǎo)光電倍增管前置放大器主放大器脈沖高度分析器統(tǒng)計(jì)裝置工作電源核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第9頁(yè)核醫(yī)學(xué)顯像儀器與X線顯像儀器區(qū)分

第二節(jié)γ攝影機(jī)1957年，由HalAnger研制成功，所以，也稱為Anger型γ攝影機(jī)(γ-Camera)核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第10頁(yè)γ攝影機(jī)組成：準(zhǔn)直器（collimator）閃爍晶體光電倍增管（PMT）預(yù)放大器、放大器X、Y位置電路總和電路脈沖高度分析器（PHA）顯示或統(tǒng)計(jì)器件等核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第11頁(yè)核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第12頁(yè)一、準(zhǔn)直器1.空間分辨率

半峰值全寬度(FullWidthatHalfMaximum，F(xiàn)WHM)，簡(jiǎn)稱半高寬。2.靈敏度配置該準(zhǔn)直器γ攝影機(jī)探頭測(cè)量單位活度(如1MBq)放射性核素計(jì)數(shù)率(計(jì)數(shù)／s)。3.適用能量范圍孔間壁厚度與γ射線能量：0.3mm適合用于低能（≤150kev）1.5mm適合用于中能（150～350kev）2.0mm適合用于高能（＞350keV）。

核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第13頁(yè)4.準(zhǔn)直器類型核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第14頁(yè)五、脈沖高度分析器六、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）四、X、Y位置電路三、光電倍增管（PMT）二、閃爍晶體

NaI（Tl）晶體核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第15頁(yè)第三節(jié)SPECT及SPECT/CT一、SPECTSPECT：SinglePhotonEmissionComputedTomography單光子發(fā)射型電子計(jì)算機(jī)斷層γ照攝影機(jī)與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來一個(gè)核醫(yī)學(xué)顯像檢驗(yàn)儀器，在γ攝影機(jī)平面顯像基礎(chǔ)上，應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)增加了斷層顯像功效主要提供組織器官功效和代謝改變信息組成：探測(cè)器（探頭）、機(jī)架、檢驗(yàn)床和圖像采集處理工作站探頭是SPECT關(guān)鍵部件，探頭數(shù)通常為1~3個(gè)核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第16頁(yè)（一）單探頭SPECT核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第17頁(yè)（二）雙探頭SPECT核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第18頁(yè)（三）三探頭SPECT核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第19頁(yè)（四）雙探頭符合線路斷層顯像儀核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第20頁(yè)二、SPECT/CT（一）SPECT/CTSPECT和CT兩種成熟技術(shù)相結(jié)合形成一個(gè)新核醫(yī)學(xué)顯像儀器實(shí)現(xiàn)了SPECT功效代謝影像與CT解剖形態(tài)學(xué)影像同機(jī)融合

一次顯像檢驗(yàn)可分別取得SPECT圖像、CT圖像及SPECT/CT融合圖像能夠采取X線CT圖像對(duì)SPECT圖像進(jìn)行衰減校正（二）SPECT與CT結(jié)合兩種方式SPECT和CT位于同一機(jī)架：在SPECT探頭機(jī)架上安裝一個(gè)X線球管，對(duì)側(cè)安裝探測(cè)器SPECT與CT位于不一樣機(jī)架：在SPECT機(jī)架后再并排安裝一個(gè)高檔螺旋CT核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第21頁(yè)SPECT/CT核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第22頁(yè)三、SPECT圖像采集（一）采集方式靜態(tài)采集與動(dòng)態(tài)采集平面采集與斷層采集局部采集與全身采集門控采集（二）斷層采集SPECT探頭繞患者旋轉(zhuǎn)180°～360°每隔一定角度（3°～6°）采集1幀圖像取得靶器官各個(gè)方向放射性分布信息經(jīng)過電子計(jì)算機(jī)重建斷層圖像。核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第23頁(yè)由已知不一樣方向物體投影值求該物體內(nèi)各點(diǎn)分布稱為圖像重建，也就是利用物體在多個(gè)軸向投影圖像重建目標(biāo)圖像過程。

（一）濾波反投影法（filteredbackprojection，F(xiàn)BP）濾波(Filter)，反投影(Backprojection)。濾波：Ramp，Hann，Hanning，Butterworth重建方法：四、SPECT圖像重建核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第24頁(yè)反投影重建按照投影方向把投影數(shù)據(jù)反投向來方向。核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第25頁(yè)濾波反投影重建用濾波函數(shù)去除反投影重建圖像偽影。核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第26頁(yè)

（二）迭代重建法給待求斷層圖像賦予一個(gè)初始預(yù)計(jì)值依據(jù)初始值計(jì)算出理論投影值將它和實(shí)測(cè)投影值進(jìn)行比較，計(jì)算出每個(gè)像素修正量，對(duì)初始圖像進(jìn)行修正然后再依據(jù)新斷層圖像預(yù)計(jì)值計(jì)算理論投影值，與實(shí)測(cè)投影值比較，再次修正斷層圖像預(yù)計(jì)值。接著是第三次循環(huán)、第四次循環(huán)……。核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第27頁(yè)衰減校正方法為何要進(jìn)行衰減校正？在探頭對(duì)側(cè)設(shè)置放射源，利用放射源發(fā)射出γ射線由患者體外穿透人體，在SPECT探頭上成像。在同一臺(tái)SPECT上同時(shí)取得透射(transmission)圖像和發(fā)射(emission)圖像，從透射圖像求得被顯像部位三維衰減系數(shù)分布圖，對(duì)發(fā)射型斷層圖像進(jìn)行衰減校正。當(dāng)前，SPECT/CT可采取X線進(jìn)行圖像衰減校正。顯像用放射性核素γ射線能量主要在80~500keV之間人體組織衰減(Attenuation)對(duì)投影值有較大影響。SPECT斷層重建算法忽略了組織對(duì)γ射線衰減作用，使圖像定量不準(zhǔn)，出現(xiàn)偽影。圖像衰減校正(AttenuationCorrection，AC)是處理人體衰減主要方法。五、圖像衰減校正核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第28頁(yè)空間分辨率2空間線性4均勻性31平面源靈敏度33六、SPECT質(zhì)量控制和性能評(píng)價(jià)最大計(jì)數(shù)率5核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第29頁(yè)固有能量分辨率7其它：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)綜合評(píng)價(jià)109核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第30頁(yè)第四節(jié)PET、PET/CT及圖像融合技術(shù)一、PET

PET:PositronEmissioncomputedTomography正電子發(fā)射型電子計(jì)算機(jī)斷層核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第31頁(yè)（一）PET組成

機(jī)架（Gantry）、掃描床、電子柜、操作工作站、分析工作站及打印設(shè)備等。

核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第32頁(yè)1.機(jī)架探測(cè)器環(huán)、棒源（pinsource）、射線屏蔽裝置、事件探測(cè)系統(tǒng)（theeventdetectionsystem）、符合線路（thecoincidencecircuitry）及激光定位器等組成。主要功效為數(shù)據(jù)采集。核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第33頁(yè)（1）探測(cè)器環(huán)若干個(gè)晶體排列而成，是決定PET性能最主要部分。探頭晶體材料不一樣，接收光子并轉(zhuǎn)化為可見光性能也有差異。晶體主要有：鍺酸鉍（bismuthgerminate，BGO）硅酸釓（gadoliniumorthosillicate，GSO）硅酸镥（lutetiumoxyorthosillicate，LSO）LYSO等。臨床型PET（C-PET）采取NaI（Tl）晶體，但現(xiàn)在已經(jīng)趨于淘汰。

碘化鈉晶體探測(cè)器示意圖核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第34頁(yè)（2）棒源（pinsource）將68鍺（68Ge）均勻地封裝在中空小棒內(nèi)；也有使用半衰期較長(zhǎng)137Cs。作用：對(duì)PET掃描儀進(jìn)行質(zhì)量控制透射掃描進(jìn)行圖像衰減校正（3）隔板（speta）隔板包含2部分：一部分是探測(cè)器環(huán)兩邊厚鉛板，作用是屏蔽探測(cè)器外射線；另一部分為厚度為1mm環(huán)狀鎢板，位于探測(cè)器環(huán)與環(huán)之間，將軸向視野分隔成若干環(huán)，鎢隔板作用是屏蔽其它環(huán)視野如射光子對(duì)，與準(zhǔn)直器作用相同；3D采集時(shí)，將鎢隔板撤出顯像視野，取消屏蔽作用。當(dāng)前，僅有3D采集模式PET已經(jīng)無隔板。核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第35頁(yè)5.打印設(shè)備4.操作工作站及分析工作站3.電子柜2.掃描床核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第36頁(yè)18F+

（二）PET顯像原理-γγ核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第37頁(yè)雙探頭SPECT符合探測(cè)原理示意圖核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第38頁(yè)（三）PET采集計(jì)數(shù)類型單個(gè)計(jì)數(shù)真符累計(jì)數(shù)隨機(jī)符累計(jì)數(shù)散射符累計(jì)數(shù)核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第39頁(yè)

2D采集與3D采集示意圖（四）PET圖像采集1.發(fā)射掃描2D采集和3D采集靜態(tài)采集和動(dòng)態(tài)采集門控采集局部采集和全身采集核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第40頁(yè)2．透射掃描透射掃描是利用棒源圍繞身體旋轉(zhuǎn)，采集放射性源從體外透射人體后所剩下光子。透射掃描和空白掃描結(jié)果相結(jié)合能夠計(jì)算得到組織衰減系數(shù)。透射掃描主要目標(biāo)是對(duì)發(fā)射掃描進(jìn)行衰減校正。作用：對(duì)發(fā)射掃描進(jìn)行衰減校正3．早期顯像和延遲顯像早期顯像（earlyimaging）延遲顯像（delayedimaging）雙時(shí)相顯像（dual-timepointimaging）核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第41頁(yè)濾波反投影法OSEM法濾波反投影與OSEM法圖像質(zhì)量比較（五）圖像重建濾波反投影法（filteredback-projection）有序子集最大期望值法（orderedsubsetsexpectationmaximization，OSEM）核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第42頁(yè)4.歸一化校準(zhǔn)（normalizationcalibration）5.井型計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)（wellcountercalibration）3.光電倍增管增益調(diào)整（PMTSingleUpdategainadjustment）

2.符累計(jì)時(shí)校準(zhǔn)（coincidenceTimingcalibration）

1.空掃（blankscan）（六）PET質(zhì)量控制核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第43頁(yè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)（NationalElectricManufacturersAssociation，NENA）于1994年制訂了PET性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法NEMANU2-1994，年對(duì)其進(jìn)行了更新，更新后版本為NEMANU2-。國(guó)際電工委員會(huì)（InternationalElectronicCommittee，IEC）于1998年制訂了IEC61675-1PET性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，另外，日本、澳大利亞、新西蘭等國(guó)家也制訂了對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)年頒布了《放射性核素成像設(shè)備性能和測(cè)試規(guī)則》第一部分：正電子發(fā)射斷層成像裝置（GB/T18988.1-/IEC61675-1：1998）。PET性能評(píng)價(jià)需要使用標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行測(cè)試，測(cè)定結(jié)果與使用模型相關(guān)，使用模型不一樣，結(jié)果也有差異。當(dāng)前，國(guó)際上多采取NEMA標(biāo)準(zhǔn)。PET性能參數(shù)測(cè)試主要包含空間分辨率、靈敏度、探測(cè)器效率、噪聲等效計(jì)數(shù)率、時(shí)間和能量分辨率等。（七）PET性能評(píng)價(jià)核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第44頁(yè)二、PET/CTPET/CTCT數(shù)據(jù)可用于PET圖像透射衰減校正顯像檢驗(yàn)時(shí)間大大降低。同時(shí)取得全身PET、CT及PET/CT圖像。實(shí)現(xiàn)了PET（功效）與CT（形態(tài)）圖像同機(jī)融合舉例：衛(wèi)星云圖與地圖核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第45頁(yè)（一）PET/CT結(jié)構(gòu)及功效

由PET和多排螺旋CT組合而成同一個(gè)機(jī)架內(nèi)有PET探測(cè)器、CT探測(cè)器和X線球管共用同一個(gè)掃描床、圖像采集和圖像處理工作站能夠采取X線CT圖像對(duì)PET圖像進(jìn)行衰減校正核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第46頁(yè)P(yáng)ET/CT是一個(gè)全新系統(tǒng)PET影像（功效）CT影像（形態(tài)）一體化機(jī)架系統(tǒng)一體化檢驗(yàn)床一體化操作工作站系統(tǒng)1+1>2不是簡(jiǎn)單“PET+CT”核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第47頁(yè)P(yáng)ET/CT圖核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第48頁(yè)CT掃描&PET掃描PET采集，發(fā)射掃描與前面所述PET圖像采集相同采取棒源進(jìn)行透射掃描可由X線CT掃描代替CT掃描：通常先進(jìn)行CT掃描CT掃描目標(biāo)：衰減校正、解剖定位、CT診療僅用于衰減校正和解剖定位，可采取低毫安/秒設(shè)置，降低病人輻射劑量用于CT診療，提議采取標(biāo)準(zhǔn)毫安/秒設(shè)置，以優(yōu)化CT掃描空間分辨率調(diào)整球管電流將病人受到輻射劑量最小化。（二）PET/CT圖像采集核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第49頁(yè)P(yáng)ET/CT包含PET和CT應(yīng)該分別對(duì)PET和CT進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，再對(duì)PET/CT整體進(jìn)行性能評(píng)。PET性能評(píng)價(jià)如前所述。CT性能測(cè)試按我國(guó)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局與國(guó)家衛(wèi)生部于1998年12月7日頒布《X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置影像質(zhì)量確保檢測(cè)規(guī)范》（GB/T17589-1998）進(jìn)行。檢測(cè)項(xiàng)目共有9項(xiàng)，包含定位光精度、層厚偏差、CT值、噪聲、均勻性、高對(duì)比分辨率、低對(duì)比分辨率、CT劑量指數(shù)、診療床定位精度。PET/CT整機(jī)性能測(cè)試主要是采取PET圖像與CT圖像進(jìn)行融合精度評(píng)價(jià)。當(dāng)前，尚無權(quán)威機(jī)構(gòu)制訂標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。（三）PET/CT性能評(píng)價(jià)核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第50頁(yè)三、圖像融合技術(shù)將解剖形態(tài)圖像和功效代謝圖像融合為一體圖像融合是將不一樣醫(yī)學(xué)影像或同一類型醫(yī)學(xué)影像采取不一樣方法取得圖像進(jìn)行空間匹配或迭合使兩個(gè)或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)集融合到一幅圖像上PET/CT融合圖像PET圖像CT圖像核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第51頁(yè)第五節(jié)功效測(cè)定儀器甲狀腺功效測(cè)定儀甲狀腺功效測(cè)定儀腎功效測(cè)定儀多功效測(cè)定儀探針核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第52頁(yè)腎功效測(cè)定儀核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第53頁(yè)多功效測(cè)定儀核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第54頁(yè)探針核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第55頁(yè)第六節(jié)體外樣本測(cè)量?jī)x器核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第56頁(yè)第六節(jié)體外樣本測(cè)量?jī)x器γ免疫計(jì)數(shù)器核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第57頁(yè)液體閃爍計(jì)數(shù)器核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第58頁(yè)活度計(jì)核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第59頁(yè)輻射劑量監(jiān)測(cè)儀是專門用于放射性工作場(chǎng)所劑量監(jiān)測(cè)裝置，含有劑量率、累計(jì)劑量測(cè)量、超劑量聲光報(bào)警、閾值記憶和多點(diǎn)掃描數(shù)據(jù)管理等功效。

第七節(jié)輻射防護(hù)儀器表面污染檢測(cè)儀核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第60頁(yè)便攜式劑量?jī)x熱釋光個(gè)人劑量?jī)x核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第61頁(yè)一、半導(dǎo)體探測(cè)器與SPECT（一）半導(dǎo)體探測(cè)器碲鋅鎘（Cadmium-Zinc-Telluride，CZT）:最新研制半導(dǎo)體探測(cè)器探測(cè)效率高、能量分辨率好CZT探測(cè)器能夠直接將射線轉(zhuǎn)化成電信號(hào)探測(cè)原理：射線和CZT晶體作用時(shí)晶體內(nèi)部產(chǎn)生帶負(fù)電荷電子和帶正電荷空穴對(duì)產(chǎn)生電子和空穴正確數(shù)量和入射光子量成正比電子和空穴向不一樣電極運(yùn)動(dòng)形成電荷脈沖經(jīng)過前放大變成電壓脈沖經(jīng)過再放大，由后續(xù)電子學(xué)線路處理進(jìn)行圖像重建第八節(jié)核醫(yī)學(xué)儀器研究進(jìn)展核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第62頁(yè)（二）心臟專用SPECT探頭是采取半環(huán)狀（180°）排列CZT半導(dǎo)體探測(cè)器心肌斷層顯像時(shí)，探頭無需旋轉(zhuǎn)，防止了運(yùn)動(dòng)偽影，提升了儀器性能空間分辨率顯著提升：固有空間分辨率由4～8mm提升到2.46mm；能量分辨率由9.5～12％提升到6.2％。心臟專用SPECT核醫(yī)學(xué)儀器專題培訓(xùn)第63頁(yè)CZT半導(dǎo)體探測(cè)器心臟專用SPECT/CT（三）心臟專用SPECT/CT實(shí)現(xiàn)了SPECT功效代謝影像