医学影像仪器ppt课件
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• 由于放射性药物的特异性成像，借助核素标记， PET可以在分子水平的微观研究和宏观的整体研 究中建立起一座桥梁，被称为分子影像。
物理基础
• 核素是由一定数量的质子和中子构成的束缚态体 系，对应于一定的原子核能态。
• 放射性核素的衰变方式有：衰变（射线）、 衰变（正电子和电子）和衰变（射线）等。
• 放射性现象是由原子核内部的变化引起的，与核 外电子的状态无关，对放射性核素加温、加压或 者加磁场都不能抑制或明显改变射线的发射。
• γ照相机亦称闪烁照相机，是对体内脏器中的放射性核素 分布进行一次成像，并可进行动态观察的核医学仪器。
• 发射型计算机断层(emission computed tomography, ECT) 是在体外从不同角度来采集体内某脏器放射性分布 的二维影像，而后经计算机数据处理重建，并显示出三维 图像。可以分为SPECT和PET
• 常用半衰期T1/2描述放射性核素的衰变
放射性药物的生产
• 核医学成像过程中使用的放射性核素均为人工制 造，加速器、核反应堆及核素产生器是常见的三 种生产放射性核素的途径。
• 将稳定核素的材料放置在核反应堆的堆芯附近照 射。照射时间根据半衰期大小设定，取出照射后 的材料，用化学分离的方法分出相关核素。用于 生产出半衰期比较长的放射性核素。
频率ν=ω/2π变化的强电场
医用回旋加速器
• 把两个呈字母D形的盒子相对放置，就可得到交 变的加速电场。
• 理想的放射性药物应该 低辐射剂量 安全 方便 价格合理 • 放射性药物在人体内病灶来自百度文库位置上吸附比例应大
于正常组织。
γ射线与物质的相互作用
• γ射线与物质原子中的束缚电子发生作用时, 把全部能量传 递给某个束缚电子, 使其脱离原子发射出去而光子本身则 消失, 这种作用过程叫做光电效应，而发射出来的电子称 为光电子。
生物医学工程讲义
核医学成像设备（-）
• 概论 • 物理基础 • Γ照相机
内容提要
概论
利用γ射线作为探测手段，通过脏器内外或脏器内的 正常与病变组织之间的放射性浓度差别揭示人体 的代谢和功能信息。
• 先让人体接受某种放射性药物，这些药物聚集在 人体某个脏器中或参与体内某种代谢过程
• 对脏器组织中的放射性核素的浓度分布和代谢进 行成像
• 光电倍增管的数目根据晶体和光电倍增管的大小决定。 • 光耦合的方法是在光电倍增管与NaI晶体之间加入硅油以
减少光的反射，或者采用光导，以求尽量多地将晶体中的 荧光引导至光阴极。
准直器
准直器的功能是将被拍物体中某一空间区域内， 沿特定方向发射的γ射线投影到成像平面的相应面 积元上，吸收其它方向的γ射线。
录
光电倍增管
• 光电倍增管由光阴极、倍增极和阳极组成，这些 电极被封装在真空的玻璃管中。
• 闪烁光子作用在光阴极上时 由于光电效应可产生出电子 • 电子倍增是通过一系列
倍增极所构成的倍增系统完成 • 从阳极上得到的电子流与 入射到光电倍增管光阴极 上的闪烁光强度成正比
照相机
γ照相机是记录和显示被拍照的物体中γ射线活度分 布的一次成像照像系统。
射线的探测技术
用于探测射线的探测器包括有固体、气体和液体 探测器，最常用的是固体闪烁探测器。
• 入射的光子在闪烁晶体中发生光电效应、康普顿散射或 电子对效应，把能量传给电子
• 电子通过电离或激发作用将能量沉积在晶格中 • 晶体发生退激，释放出被沉积的能量，一部分以可见光的
形式释放出来 • 用光电倍增管将闪烁体发出的微弱光转变成电子，进行记
• 核医学影像不仅能得到人体脏器的解剖图像，还 可得到生理、生化、病理过程等功能图像。
设备的历史和分类
• 核医学的起源可以追溯到20世纪初，1948年Ansell和 Rotblat研制出了逐点扫描的核医学成像装置，并用于甲状 腺的测量。Anger在50年代研制出了商业化的γ相机。70 年代Kuhl等人完成了SPECT的商业化。PET的思想在 1951年由Wrenn等人提出，60年代末期出现临床应用的 设备。核医学成像设备的分类
• 入射γ光子与原子核外电子发生非弹性碰撞，光子的一部 分能量转移给电子，使其反冲出来，同时散射光子的能量 和运动方向发生改变，该作用过程被称为康普顿散射。
• γ光子在靶物质原子的原子核库仑场作用下，光子转化为 一对正负电子。 这种作用过程叫做电子对产生。
• γ射线通过物质时, 是强度逐渐减弱的过程，而能量保持不 变，故γ射线无射程可言。
主要由四部分组成： 闪烁探头 电子学线路 显示记录装置 附加设备。
平面γ照相机探头
探测器由准直器，闪烁晶体，光电倍增管等组成
• NaI晶体的直径大于60cm或者面积大于55cm×45cm，厚 度为0.96cm。
• 多采用一块大直径的NaI(Tl)晶体和37-91个按一定形状 （例如正六角形）排列分布的光电倍增管相耦合
• 这种装置被人们俗称为“母牛”
回旋加速器
利用磁场使运动中的带电离子回转，并利用电极间 交错变换的正负电场，使离子在回转过程中不断 地获得能量。
• 用激发电离气体的方式形成离子源 • 离子经一偏压电压吸引进入加速器内部的真空腔 • 带电离子受到磁场的磁力作用，开始旋转 • 外加在加速腔上的交变电极间产生垂直于B，以
核素产生器
从半衰期较长的母体核素中，分离出由母体核素 衰变产生的、半衰期较短的、适合临床应用的子 体核素的装置。
• 母体核素由核反应堆或加速器生产，注入装有吸附剂的层 析柱内
• 母体核素不断衰变为子体核素，由于化学性质不同，子体 核素可以选用适当的洗脱剂从层析柱上洗脱。
• 子体核素洗脱后，未衰变的母体核素仍然在层析柱中继续 衰变，不断产生子体核素
• 准直器常用钨铅合金制作，包含圆形、方形或者六角形的 小孔，覆盖在整个NaI晶体表面。
• PET是目前成像最为精确的核医学设备。
核医学成像的特点
• 诊断依据是人体内的放射性强度分布 • 可以探测生理参数，进行癌症的早期诊断 • 缺点是空间分辨率不够，不能精确地确定
病灶的解剖位置
新发展
• 为了克服核医学设备分辨率不高的缺点，研究人 员将SPECT、PET与CT结合在一起，解决核医学 图像不清楚的缺陷,同时采取X-CT图像进行全身能 量衰减校正。
物理基础
• 核素是由一定数量的质子和中子构成的束缚态体 系，对应于一定的原子核能态。
• 放射性核素的衰变方式有：衰变（射线）、 衰变（正电子和电子）和衰变（射线）等。
• 放射性现象是由原子核内部的变化引起的，与核 外电子的状态无关，对放射性核素加温、加压或 者加磁场都不能抑制或明显改变射线的发射。
• γ照相机亦称闪烁照相机，是对体内脏器中的放射性核素 分布进行一次成像，并可进行动态观察的核医学仪器。
• 发射型计算机断层(emission computed tomography, ECT) 是在体外从不同角度来采集体内某脏器放射性分布 的二维影像，而后经计算机数据处理重建，并显示出三维 图像。可以分为SPECT和PET
• 常用半衰期T1/2描述放射性核素的衰变
放射性药物的生产
• 核医学成像过程中使用的放射性核素均为人工制 造，加速器、核反应堆及核素产生器是常见的三 种生产放射性核素的途径。
• 将稳定核素的材料放置在核反应堆的堆芯附近照 射。照射时间根据半衰期大小设定，取出照射后 的材料，用化学分离的方法分出相关核素。用于 生产出半衰期比较长的放射性核素。
频率ν=ω/2π变化的强电场
医用回旋加速器
• 把两个呈字母D形的盒子相对放置，就可得到交 变的加速电场。
• 理想的放射性药物应该 低辐射剂量 安全 方便 价格合理 • 放射性药物在人体内病灶来自百度文库位置上吸附比例应大
于正常组织。
γ射线与物质的相互作用
• γ射线与物质原子中的束缚电子发生作用时, 把全部能量传 递给某个束缚电子, 使其脱离原子发射出去而光子本身则 消失, 这种作用过程叫做光电效应，而发射出来的电子称 为光电子。
生物医学工程讲义
核医学成像设备（-）
• 概论 • 物理基础 • Γ照相机
内容提要
概论
利用γ射线作为探测手段，通过脏器内外或脏器内的 正常与病变组织之间的放射性浓度差别揭示人体 的代谢和功能信息。
• 先让人体接受某种放射性药物，这些药物聚集在 人体某个脏器中或参与体内某种代谢过程
• 对脏器组织中的放射性核素的浓度分布和代谢进 行成像
• 光电倍增管的数目根据晶体和光电倍增管的大小决定。 • 光耦合的方法是在光电倍增管与NaI晶体之间加入硅油以
减少光的反射，或者采用光导，以求尽量多地将晶体中的 荧光引导至光阴极。
准直器
准直器的功能是将被拍物体中某一空间区域内， 沿特定方向发射的γ射线投影到成像平面的相应面 积元上，吸收其它方向的γ射线。
录
光电倍增管
• 光电倍增管由光阴极、倍增极和阳极组成，这些 电极被封装在真空的玻璃管中。
• 闪烁光子作用在光阴极上时 由于光电效应可产生出电子 • 电子倍增是通过一系列
倍增极所构成的倍增系统完成 • 从阳极上得到的电子流与 入射到光电倍增管光阴极 上的闪烁光强度成正比
照相机
γ照相机是记录和显示被拍照的物体中γ射线活度分 布的一次成像照像系统。
射线的探测技术
用于探测射线的探测器包括有固体、气体和液体 探测器，最常用的是固体闪烁探测器。
• 入射的光子在闪烁晶体中发生光电效应、康普顿散射或 电子对效应，把能量传给电子
• 电子通过电离或激发作用将能量沉积在晶格中 • 晶体发生退激，释放出被沉积的能量，一部分以可见光的
形式释放出来 • 用光电倍增管将闪烁体发出的微弱光转变成电子，进行记
• 核医学影像不仅能得到人体脏器的解剖图像，还 可得到生理、生化、病理过程等功能图像。
设备的历史和分类
• 核医学的起源可以追溯到20世纪初，1948年Ansell和 Rotblat研制出了逐点扫描的核医学成像装置，并用于甲状 腺的测量。Anger在50年代研制出了商业化的γ相机。70 年代Kuhl等人完成了SPECT的商业化。PET的思想在 1951年由Wrenn等人提出，60年代末期出现临床应用的 设备。核医学成像设备的分类
• 入射γ光子与原子核外电子发生非弹性碰撞，光子的一部 分能量转移给电子，使其反冲出来，同时散射光子的能量 和运动方向发生改变，该作用过程被称为康普顿散射。
• γ光子在靶物质原子的原子核库仑场作用下，光子转化为 一对正负电子。 这种作用过程叫做电子对产生。
• γ射线通过物质时, 是强度逐渐减弱的过程，而能量保持不 变，故γ射线无射程可言。
主要由四部分组成： 闪烁探头 电子学线路 显示记录装置 附加设备。
平面γ照相机探头
探测器由准直器，闪烁晶体，光电倍增管等组成
• NaI晶体的直径大于60cm或者面积大于55cm×45cm，厚 度为0.96cm。
• 多采用一块大直径的NaI(Tl)晶体和37-91个按一定形状 （例如正六角形）排列分布的光电倍增管相耦合
• 这种装置被人们俗称为“母牛”
回旋加速器
利用磁场使运动中的带电离子回转，并利用电极间 交错变换的正负电场，使离子在回转过程中不断 地获得能量。
• 用激发电离气体的方式形成离子源 • 离子经一偏压电压吸引进入加速器内部的真空腔 • 带电离子受到磁场的磁力作用，开始旋转 • 外加在加速腔上的交变电极间产生垂直于B，以
核素产生器
从半衰期较长的母体核素中，分离出由母体核素 衰变产生的、半衰期较短的、适合临床应用的子 体核素的装置。
• 母体核素由核反应堆或加速器生产，注入装有吸附剂的层 析柱内
• 母体核素不断衰变为子体核素，由于化学性质不同，子体 核素可以选用适当的洗脱剂从层析柱上洗脱。
• 子体核素洗脱后，未衰变的母体核素仍然在层析柱中继续 衰变，不断产生子体核素
• 准直器常用钨铅合金制作，包含圆形、方形或者六角形的 小孔，覆盖在整个NaI晶体表面。
• PET是目前成像最为精确的核医学设备。
核医学成像的特点
• 诊断依据是人体内的放射性强度分布 • 可以探测生理参数，进行癌症的早期诊断 • 缺点是空间分辨率不够，不能精确地确定
病灶的解剖位置
新发展
• 为了克服核医学设备分辨率不高的缺点，研究人 员将SPECT、PET与CT结合在一起，解决核医学 图像不清楚的缺陷,同时采取X-CT图像进行全身能 量衰减校正。