医学成像第四章放射性核素成像

放射性核素成像
20世纪30年代后期，人们借助 131I开始研究甲状腺疾病，这是放射性 同位素在医学领域中最早的应用。50 年代，放射性核素的成像设备开始问世。 先是同位素扫描仪，后是γ照相机。70 年代中开始研究发射型CT，可获得人 体断面的图像。1978年第一台商品化 的单光子CT问世，正电子CT也在80年 代形成了商品化仪器。
? 核医学显像方法简单、灵敏、特异、无创伤 性、安全（病人所受辐射剂量低于一次X摄 片所受剂量）、易于重复、结果准确、可靠， 并能反映脏器的功能和代谢，因此在临床和 基础研究中的应用日益广泛。
核医学仪器
? γ照相机
? 可同时记录脏器内各个部份的射线，以快速形 成一帧器官的静态平面图像
? 可观察脏器的动态功能及其变化 ? 既是显像仪又是功能仪
1.放射性核素成像的物理基础
? 1:同位素 指具有相同质子数(原子序数)但具有不同
中子数的核数。一般分为两种，一是同位素 性质比较稳定（没有放射性），一是具有放 射性。 ? 2:衰变
指核素自发的发生结构和能量状态的改变， 放射出α、β、γ射线并转变成另一种核素的 过程。
1.放射性核素成像的物理基础
γ射线的产生：原子核衰变产生γ射线
=
+ γ射线
例如： γ衰变 α衰变、β衰变、核裂变过程中伴随γ射线的产生
11
核衰变
? 核衰变主要由以下几种
? α 衰变
反应式：ZA X ?
? Y A ? 4
Z?2
?
?Q
α射线由α粒子构成,α粒子实际上是氦原子核
4 2
He
Y为子核,Q表示衰变时从核内放出的能量----衰变能 ?? － 衰变
? γ 衰变
A Z
X
?
Z ?A1Y ? ? ? ? ? ? Q
原子核由高能态向低能态跃迁时，释放出 γ光子的现象。
来自百度文库
γ射线的波长和能量根据放射性元素的种类而定。
? 性质：
同X—Ray一致，但是二者的 来源不一样 ，X线是原子核外 发射出来的射线，而 γ射线是原子核内发射出来的射线。
核衰变的规律
? 对于给定的处在一定状态的放射性核素，核衰变 进行的速度和核素存在的物理、化学状态无关， 而是自发的按照一定规律进行。
反应式：ZA X ? Z ?A1Y ? ? ? ? ? ? Q
? ? 粒子实际上是电子，这种衰变是由于放射性核
素中有一个中子变为质子的结果：
n ? P ? ? ? ?? ? Q
（中子） （质子）
（中微子） （能量）
核衰变
? ? ? 衰变
当原子核中有一个质子转变为中子时，放射出一个正电子 反?应01 e式：
γ相机
目前临床上取而代之的是γ照相机，它可 以摄下所感兴趣的区域中放射性药物浓度的分 布图。形成一幅完整的图像大约只需零点几秒。 如果在一定的时间间隔中摄取一系列的药物分 布图，就可以对脏器的功能进行动态分析。
特点：
? 可同时记录脏器内各个部份的射线，以快速形成一 帧器官的静态平面图像
? 可观察脏器的动态功能及其变化
N ? N0 * e??t
其中：λ为衰变常数 ? 物理半衰期 T1/ 2
放射性核素的原子核数目减少到原来的一半所需 要的时间。
T 1/ 2
?
ln 2
?
核衰变的规律
? 生物半衰期(Tb)
指生物体内的放射性核素由于生物代谢从体内 排出一半所需要的时间。
? 有效半衰期(Teff) 指放射性核素由于放射性衰变和生物代谢过程
? ECT
? SPECT ? PET
放射性核素成像
将某种放射性同位素标记在药物 上并引入体内，当它被人体的脏器和组 织吸收后，在体内形成了辐射源。用核 子探测装置可以从体外检测体内同位素 在衰变过程中放出的γ射线，得到放射 性同位素在体内分布密度的图像。
放射性核素成像
由于放射性药物保持着对应稳定 核素或被标记药物的化学性质和生物 学行为，能够正常参与机体的物质代 谢，因此放射性同位素图像不仅反映 了脏器和组织的形态，更重要的是提 供了有关脏器功能及相关的生理、生 化信息。
放射性核素成像
放射性核素成像的主要特点是 能同时提供脏器或组织的形态与功能 信息。如将含有131I 的制剂引体内后， 由于甲状腺对碘具有自然的亲合性， 就可以在体外观察甲状腺摄碘的功能。 一般来说，在疾病形成过程中，脏器 或组织功能上的变化要早于其形态上 的变化，因此放射性核素成像在临床 中有特殊重要的意义。
? 既是显像仪又是功能仪
该系统由准直器、 闪烁晶体、光电倍增管 陈列、位置计算电路、 脉冲高度分析器与装置 组成。准直器的作用是 人体内向外辐射的γ射击 线能准确地投射到闪烁 晶体的位置上以构成闪 烁图像。
γ相机结构
? 相机准直器（Collimator） ? 闪烁探测器（NaI晶体） ? 光电倍增管(PMT) ? 位置电路 ? 数据分析计算机
准直器固 定结构
准直器孔
探头周围铅屏蔽 NaI 晶体
光电倍增管
预放器阵列
位置变换电路
X+
X-
Y+
Y-
E
行地址
能
量
窗
口
A/D
A/D
列地址
计数式 图像帧存
读写控制
处理和显示
γ照相机
相机准直器
? 准直器位于晶体之前，是探头中首先和γ射 线相接触的部分。准直器的性能在很大成 度上决定了探头的性能。准直器能够限制 散射光子,允许特定方向γ光子和晶体发生 作用。
共同作用，减少到原来的一半所需要的时间。
满足关系：λeff =λ＋λb
1 ? 1 ?1
T eff
T 1/ 2
Tb
1.γ照相机
早期使用的同位素成像系统是 同位素闪烁扫描机。它由一套机械 传动机构带动核子探测器移动进行 逐行逐点的扫描，并记录下体内各 部位辐射γ射线的强度，由此形成闪 烁图。它的最大缺点是无法进行动 态观察。
核医学的方法
? 在进行脏器显像和/或功能测定时，医生根 据检查目的，给病人口服或静脉注射某种放 射性示踪剂，使之进入人体后参与体内特定 器官组织的循环和代谢，并不断地放出射线。
? 这样我们就可在体外用各种专用探测仪器追 踪探查，以数字、图像、曲线或照片的形式 显示出病人体内脏器的形态和功能。
核医学的特点
生物医学工程 医学成像技术
第四章 放射性核素成像系统
核医学
? 又称原子（核）医学，是研究同位素及核辐 射的医学应用及理论基础的科学，是核技术 和医学相结合的一门新兴学科，也是人类和 平利用原子能的一个重要方面。
? 核医学的任务是用核技术诊断、治疗和研究 疾病。
? 核医学诊断技术包括脏器显像、功能测定和 体外放射免疫分析。