生物医学工程专业医学成像4
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（二）准直器
1、地位：它决定γ相机的系统均匀性、分辨 率、灵敏度等重要性能指标，是探头的很 重要的组成部分。
2、组成：因为碘化钠晶体价格昂贵，又脆弱 易碎，经不起机械撞击和挤压，经不起 ±2℃的温度变化，铅制的准直器又成为它 的最好的保护层。即准直器是铅质，多孔 的探头前端的覆盖物。
3、发展：早期的探头受工艺限制大多数为圆形， 视野也小（有效直径约350mm）。为了适应 早期（60～70年代）使用的放射性药物的能量 （如364keV的碘－131、410keV的金－198等）， 所用的晶体较厚（＞1.27cm）。厚晶体增加了
系统流程：
人体→ → 准直器→ → 闪烁晶体→ → 光电倍增管→ → 前置放大器→ →定位器→ →图象处理电路→ → 显示器→ →照相机
γ相机的结构和主要部件
如图所示，γ相机主要由探头、电子线 路和显示系统三部分组成。
探头
探头是γ相机的核心部件，它包括准直 器、闪烁晶体、光电倍增管、前置放大电 路、光导和定位网络电路等。
3、不成平衡 母核半衰期远小于各代子核。易知给
定时间后，母核将几乎全部转换为子核， 然后，子核按自己的方式衰减。
二、 γ照相机
γ扫描机逐点扫描，成像时间长，不能 获得动态图像。
γ照相机是一种快速显像设备，它不仅 能提供静态图像，而且可提供动态图像， 了解血流和代谢过程，是诊断肿瘤和循环 系统疾病的重要设备。
Q：核医学成像的基本特点
1、核医学成像以脏器内外或脏器内各部分之 间的放射性浓度差别为基础，显示的静态 和动态图像，该图像不仅反映了人体组织、 脏器和病变的位置、形状和大小，而且还 提供了包括整体或局部组织功能，以及脏 器功能的每个微小局部变化和差别。
2、核医学具有多种动态成像方式
3、一些放射性核素具有向脏器或病变的特异 性聚集，由此而获得的核素成像具有较高 的特异性，可显示不同组织类型的肿瘤、 各种神经受体、炎症、转移灶等组织器官 的影像。
用于脊椎
（4）针孔型 适用于较表浅的小脏器和小病变 甲状腺
（三）闪烁晶体
P77 闪烁晶体是γ相机探头很重要的组成部分。 基本功能： 1、吸收r光子 2、将r图像转变为光学图像
要求：
1、对入射光子有较高的俘获效率 2、与入射光子相互作用后的发光效率高，但
发光的持续时间较短
3、材料的发光效率高，具有良好的光学性能， 对荧光的传播呈透明且折射小等等
（四）光电倍增管阵列与位置计算电路
P78 1、光电倍增管阵列 （1）光电倍增管构成平面矩阵 （2）结构 光电阴极，窗材料，聚焦电极，
倍增极，阳极（P78图4.6） （3）作用：将微弱的光成比例的转换为较大
的电脉冲
（闪烁晶体激起）荧光→ → 光电倍增管→ → 闪烁点的二维分布→ →各光电管的光电 子数→ →电路矩阵电路（使屏上亮点的位 置和光电管编码有对应关系）
放射性核素成像系统
生物医学工程教研室 张汇泉
引入内容： Q：核医学成像过程是怎样的？
P73
1.核医学成像的基本条件
① 具有能够选择性聚集在特定脏器或病变 的放射性核素或其标记化合物，使该脏器 或病变与临近组织之间的放射性浓度差达 到一定程度
② 利用核医学成像仪探测到这种放射性浓 度差，并根据需要以一定的方式将它们显 示成像
始的十余只增加到数十只，甚至近百只，
准直器由针孔型、平行孔型、扩散孔型又 增加了扇型准直器。这些改进或进展使γ相 机的系统性能指标得到较大提高。
4、作用：实现空间定位 5、分类（P75） （1）平行孔型 常用，灵敏度高。肝脏 （2）张角型（扩散型）用于全身显像 （3）聚焦型（会聚型）灵敏度、分辨率高
中、高能量的灵敏度，却降低了固有分辨率， 因此，早期γ相机的性能不甚理想。
随着锝-99m（99mTc）放射性核素的 广泛应用，金-198、碘-131等中高能放射性 核素已基本不在γ相机上使用，使γ相机的
晶体有可能减薄，现在大多采用厚度为 0.95cm的晶体。随之探头视野增大，更多 的γ相机采用有效视野（U-FOV）为 500×400mm的矩形探头，光电倍增管由开
同量异位素：具有相同质量素（中子和 质子的总数），但原子序数不同的核 素。
同中子异核素：具有相同数目中子的核 素。
（二）衰变 物理半衰期，生物半衰期 （三）射线性质 （四）放射性材料的选择
1、放射性方面 2、生产成本方面 3、子体核素分离技术 4、防护与污染
（五）递次衰变规律
不稳定原子核 → 子核（仍然有放射性） → 新代子核→ ……→ 稳定核素 （六）放射平衡
（一）系统构成
由准直器、闪烁晶体、光电倍增管、前 置放大器、定位电路、显著记录装置、机 械支架和床组成。 其中将准直器、闪烁晶 体、光电倍增管、前置放大器、 电子矩阵 电路等固定在一个支架上，组成探测器探 头。
γ相机的基本组成如图所示。
当受检者注射放射性同位素标记药物后，
放射性核素有选择地浓聚在被检脏器内，该脏 器就成了一个立体射线源，该射线源放射出的 γ射线经过准直器射在NaI(TL)晶体上，立即产 生闪烁光点。闪烁光点发出的微弱荧光被光导 耦合至光电倍增管（PMT），输出脉冲信号。 这些脉冲信号经后面的电子线路处理形成能量 和位置两个通道的信号，位置信号确定显示光 点的位置，能量信号确定该光点的亮度。经过 一定时间的积累，便形成一幅闪烁图像，并可 用照相机拍摄下来，就完成了一次检查。
２．核医学成像设备发展史 P73
一、放射性核素成像的物理基础
P73 （一）同位素
1、放射性 放射性有无？
大多数放射性转变是分步转变的：
同量异位转变（包括β发射，正电子 发射，电子俘获），之后是同质异能转变 （包括r发射，内转换）和沿轨道运行电子 相互作用
2、概念
同质异能素：具有相同组成但是能量不 同的核素。
递次衰变中，当衰变常数之间存在某 种对比关系时，可出现平衡现象
1、暂时平衡 此种情况，子核B将按母核A的衰变规
律变化，这时两者的数目都减少，它们之 间保持固定比例，叫暂时平衡。
2、长期平衡 只要母核A半衰期比子核B长得多，在
观测时间内，母核数目变化极小，则子核 及活度就会达到饱和，两核活度相等，叫 长期平衡。
（二）准直器
1、地位：它决定γ相机的系统均匀性、分辨 率、灵敏度等重要性能指标，是探头的很 重要的组成部分。
2、组成：因为碘化钠晶体价格昂贵，又脆弱 易碎，经不起机械撞击和挤压，经不起 ±2℃的温度变化，铅制的准直器又成为它 的最好的保护层。即准直器是铅质，多孔 的探头前端的覆盖物。
3、发展：早期的探头受工艺限制大多数为圆形， 视野也小（有效直径约350mm）。为了适应 早期（60～70年代）使用的放射性药物的能量 （如364keV的碘－131、410keV的金－198等）， 所用的晶体较厚（＞1.27cm）。厚晶体增加了
系统流程：
人体→ → 准直器→ → 闪烁晶体→ → 光电倍增管→ → 前置放大器→ →定位器→ →图象处理电路→ → 显示器→ →照相机
γ相机的结构和主要部件
如图所示，γ相机主要由探头、电子线 路和显示系统三部分组成。
探头
探头是γ相机的核心部件，它包括准直 器、闪烁晶体、光电倍增管、前置放大电 路、光导和定位网络电路等。
3、不成平衡 母核半衰期远小于各代子核。易知给
定时间后，母核将几乎全部转换为子核， 然后，子核按自己的方式衰减。
二、 γ照相机
γ扫描机逐点扫描，成像时间长，不能 获得动态图像。
γ照相机是一种快速显像设备，它不仅 能提供静态图像，而且可提供动态图像， 了解血流和代谢过程，是诊断肿瘤和循环 系统疾病的重要设备。
Q：核医学成像的基本特点
1、核医学成像以脏器内外或脏器内各部分之 间的放射性浓度差别为基础，显示的静态 和动态图像，该图像不仅反映了人体组织、 脏器和病变的位置、形状和大小，而且还 提供了包括整体或局部组织功能，以及脏 器功能的每个微小局部变化和差别。
2、核医学具有多种动态成像方式
3、一些放射性核素具有向脏器或病变的特异 性聚集，由此而获得的核素成像具有较高 的特异性，可显示不同组织类型的肿瘤、 各种神经受体、炎症、转移灶等组织器官 的影像。
用于脊椎
（4）针孔型 适用于较表浅的小脏器和小病变 甲状腺
（三）闪烁晶体
P77 闪烁晶体是γ相机探头很重要的组成部分。 基本功能： 1、吸收r光子 2、将r图像转变为光学图像
要求：
1、对入射光子有较高的俘获效率 2、与入射光子相互作用后的发光效率高，但
发光的持续时间较短
3、材料的发光效率高，具有良好的光学性能， 对荧光的传播呈透明且折射小等等
（四）光电倍增管阵列与位置计算电路
P78 1、光电倍增管阵列 （1）光电倍增管构成平面矩阵 （2）结构 光电阴极，窗材料，聚焦电极，
倍增极，阳极（P78图4.6） （3）作用：将微弱的光成比例的转换为较大
的电脉冲
（闪烁晶体激起）荧光→ → 光电倍增管→ → 闪烁点的二维分布→ →各光电管的光电 子数→ →电路矩阵电路（使屏上亮点的位 置和光电管编码有对应关系）
放射性核素成像系统
生物医学工程教研室 张汇泉
引入内容： Q：核医学成像过程是怎样的？
P73
1.核医学成像的基本条件
① 具有能够选择性聚集在特定脏器或病变 的放射性核素或其标记化合物，使该脏器 或病变与临近组织之间的放射性浓度差达 到一定程度
② 利用核医学成像仪探测到这种放射性浓 度差，并根据需要以一定的方式将它们显 示成像
始的十余只增加到数十只，甚至近百只，
准直器由针孔型、平行孔型、扩散孔型又 增加了扇型准直器。这些改进或进展使γ相 机的系统性能指标得到较大提高。
4、作用：实现空间定位 5、分类（P75） （1）平行孔型 常用，灵敏度高。肝脏 （2）张角型（扩散型）用于全身显像 （3）聚焦型（会聚型）灵敏度、分辨率高
中、高能量的灵敏度，却降低了固有分辨率， 因此，早期γ相机的性能不甚理想。
随着锝-99m（99mTc）放射性核素的 广泛应用，金-198、碘-131等中高能放射性 核素已基本不在γ相机上使用，使γ相机的
晶体有可能减薄，现在大多采用厚度为 0.95cm的晶体。随之探头视野增大，更多 的γ相机采用有效视野（U-FOV）为 500×400mm的矩形探头，光电倍增管由开
同量异位素：具有相同质量素（中子和 质子的总数），但原子序数不同的核 素。
同中子异核素：具有相同数目中子的核 素。
（二）衰变 物理半衰期，生物半衰期 （三）射线性质 （四）放射性材料的选择
1、放射性方面 2、生产成本方面 3、子体核素分离技术 4、防护与污染
（五）递次衰变规律
不稳定原子核 → 子核（仍然有放射性） → 新代子核→ ……→ 稳定核素 （六）放射平衡
（一）系统构成
由准直器、闪烁晶体、光电倍增管、前 置放大器、定位电路、显著记录装置、机 械支架和床组成。 其中将准直器、闪烁晶 体、光电倍增管、前置放大器、 电子矩阵 电路等固定在一个支架上，组成探测器探 头。
γ相机的基本组成如图所示。
当受检者注射放射性同位素标记药物后，
放射性核素有选择地浓聚在被检脏器内，该脏 器就成了一个立体射线源，该射线源放射出的 γ射线经过准直器射在NaI(TL)晶体上，立即产 生闪烁光点。闪烁光点发出的微弱荧光被光导 耦合至光电倍增管（PMT），输出脉冲信号。 这些脉冲信号经后面的电子线路处理形成能量 和位置两个通道的信号，位置信号确定显示光 点的位置，能量信号确定该光点的亮度。经过 一定时间的积累，便形成一幅闪烁图像，并可 用照相机拍摄下来，就完成了一次检查。
２．核医学成像设备发展史 P73
一、放射性核素成像的物理基础
P73 （一）同位素
1、放射性 放射性有无？
大多数放射性转变是分步转变的：
同量异位转变（包括β发射，正电子 发射，电子俘获），之后是同质异能转变 （包括r发射，内转换）和沿轨道运行电子 相互作用
2、概念
同质异能素：具有相同组成但是能量不 同的核素。
递次衰变中，当衰变常数之间存在某 种对比关系时，可出现平衡现象
1、暂时平衡 此种情况，子核B将按母核A的衰变规
律变化，这时两者的数目都减少，它们之 间保持固定比例，叫暂时平衡。
2、长期平衡 只要母核A半衰期比子核B长得多，在
观测时间内，母核数目变化极小，则子核 及活度就会达到饱和，两核活度相等，叫 长期平衡。