3.核医学仪器设备

适用的能量 范围
临床应用
75~170 keV
99mTC标记的放射
性药物
170~300 keV
67GA标记的放射
性药物
131I标记的放射
高能通用准直器
270~360 keV
性药物
18F-FDG代谢类显
超高能高分辨准直器
511 keV
像剂
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
晶体

功能：把高能的γ光子转换成可见闪烁光 射线入射到晶体上，

闪烁光的位置：
X i Ii X Ii

Y
Yi I i Ii
X、Y的数值不受γ射线能量大小的影响，图像的大小与γ射线的能量无关
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
脉冲幅度分析器（pulse height analyzer，PHA）

功能：甄别能量，选择一定能量范围，剔除散 射、噪声
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT与γ相机探头

准直器
晶体NaI(Tl)
光电倍增管(PMT)
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
准直器


构成: 由单孔或多孔的铅合金制作成
功能：让一定方向入射的γ射线通过，吸收其 它方向入射的γ射线，按照一定规律把放射性 核素的分布投影到γ照相机探头的晶体上。
获得平面、断层 、全身图像。具有γ相机的所有功能，其 性能高于普通γ相机。
在很多临床应用中，SPECT只应用了其γ相机的功能，
γ相机逐渐被SPECT取代
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT与γ相机系统

硬件系统
– 探头、电子线路部分、机架、扫描床及计算机

软件系统
– 采集软件、校正软件、图像处理软件及显示软件等





2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT断层成像工作原理概述

旋转采集
– 探头围绕患者旋转

投影图像
– 根据需要在预定时间内采集360度或180度范围内不同
角度处的平面图像，任一角度处的平面图像称为投影 图像（projection image）。

重建
– 利用多幅投影图像，通过数据处理、校正、图像重建
散射校正

散射校正基本原理
– 估计散射光子对成像的贡献 – 将其从投影数据或重建图像中减掉散射成分
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT和γ相机性能指标

SPECT性能
– 探头性能（平面图像性能）——γ相机性能指标

反映平面图像的质量 反映断层图像的质量
– 断层性能指标

– 全身扫描性能

2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT与γ相机框图
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT与γ相机

SPECT与γ相机的机架与扫描床
– γ相机的机架：固定支撑探头 – SPECT机架：还提供使探头绕扫描床旋转的功能 – γ相机通常没有专用的扫描床 – SPECT配有专用的扫描床，扫描时，扫描床可移动，获得全身

NaI 晶体大小
– 30cm×30cm--50cm×60cm
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
光电倍增管

功能：把晶体产生的闪烁光信 号转换成电信号并将之放大。
– 光电倍增管由光阴极、电子聚焦
系统、多级倍增极和阳极组成： 荧光→光阴极→光电子→倍增极 →二次发射电子→倍增极→倍增 级→……

2009年核医学大型设备上岗证技师培训
衰减

I=I0e-μd
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
衰减校正

软件校正
– 用某种算法，在图像重建前或后或重建中，进行校正。

假设成像的组织器官是均匀的，非均匀衰减的校正效果不理想

透射扫描校正法
– 用放射源或CT投射扫描获得成像组织衰减的分布，即衰
减图。利用衰减图在图像重建过程中进行衰建校正。
量甄别，信号定位、时间符合、各种校正等）

各种附加部件
– 辅助作用，按不同的检测目的而配备（如床、计
算机、自动控制系统、显示系统和储存系统等）
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT与γ相机

SPECT（single photon emission computed tomography)由 γ相机旋转构成，核心部件为γ相机。
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
准直器的主要性能参数

几何参数：孔数、孔径、孔长及孔间壁厚度 空间分辨率：区别两个邻近点源的 能力，以点源或线源响应曲线的半 高宽度（FWHM）表征准直器的空间 分辨率
– 半高宽度越小，表示空间分辨率越好 – 几何参数决定分辨率

灵敏度：准直器对γ光子的通过率
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
核医学仪器设备
中国医学科学院肿瘤医院核医学科 耿建华 2009-11-24
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
核医学仪器设备——按用途分类
计量仪器

活度计 测污仪、环境监测、个人剂量仪 计数器、液闪仪、放免仪
辐射防护

体外样品测定仪器

非显像测定仪器
– SPECT机架及扫描床比γ相机复杂
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT基本结构
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT断层图像校正


衰减校正
散射校正
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
衰减校正（attenuation correction，AC）
γ光子在人体内的衰减造成SPECT重建断层图像 “中 空”或称“热边”现象，使深部计数减低，图像失真 ——需要衰减校正
– 总和电路输出幅度为
的脉冲信号，由脉冲 幅度分析器（PHA）分析，使满足设定能窗的γ光 子被记录，剔除低能γ光子（例如，散射光子）及 高能γ光子。 – 对99mTc发出的140keV，能窗为±10%，只记录能量 为126~154 keV的光子。经放大的电脉冲幅度∝入 射γ射线能量
Ii
单道脉冲分析器---单能窗 多道脉冲分析器---多能窗
-几何参数决定分辨率
适用能量范围：由孔长和孔间壁厚度决定
– 高能准直器孔长，孔间壁厚
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
准直器分类

从形状分类
– 平行孔型 – 发散孔型 – 针孔型 – 聚焦型
准直器
类型 特点 临床应用 应用最广泛， 适用于各脏器 显像 备注 图像大小与脏 器相同，没有 失真
平行孔准直器 准直器到源的距离影响 图像质量,但不影响图像 大小.

– 射线与晶体原子相互作用

光电效应 康普顿散射
– 使晶体原子激发。 – 退激回到基态，发射荧光（闪烁光 ）410nm – 一个光子产生多个荧光光子。

闪烁晶体(scintillating crystal)，闪烁成像
(scintillating imaging)
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT与γ相机的电路


放大
位置电路 能量电路 各种校正 ……
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
位置电路和能量电路

位置电路
– 光电倍增管接收光强 Ii，根
据位置，权重为 Xi和Yi ， 输出幅度分别为： ∑XiIi 和∑YiIi

能量电路
– 输出信号幅度为全部光电倍
增管探测到的光强度之合 ∑Ii，Z信号（总和电路）， 代表了γ射线的能量 ，将之 输入到PHA，进行能量甄别， 在能窗内，记录
针孔准直器
图像倒置，图像大小与 源到准直器的距离有关
甲状腺显像
图像失真
汇聚孔准直器 从准直器表面到汇聚点 内的物体产生放大的图 像 发散孔准直器 扩大视野，图像缩小， 不同深度的分布有不同 的缩小
脑显像
图像失真
尺寸小的探头 对大器官成像
图像失真
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
平行孔准直器

分辨率:

对于非均匀衰减的情况能校正出较为理想的重建图像 用X-CT获取透射投影，由于X光和γ光子的能谱不同，人体组 织对它们的衰减系数是不一样的，所以X-CT测量出的衰减系数 μ值需要修正后才能用来校正。(Xray for Attenuation)
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
散射校正 (scattering correction)
一定的时间后,放射性药物在体内达到显像的要求，开始进行γ 相机或SPECT成像 从人体中发射出的γ光子首先到达准直器，准直器限制入射γ光 子的方向，只允许与准直器孔方向相同的γ光子透过，以便于γ 光子定位 到达晶体的γ光子与晶体相互作用，被晶体吸收并产生多个闪烁 光子 闪烁光经过光导被各个光电倍增管接收。光电倍增管将闪烁光转 变成电脉冲信号 该电脉冲信号经过特殊位置电路定位、能量电路甄别被记录，成 为一个计数 成像装置记录大量的闪烁光点，经过处理、校正，形成一幅人体 放射性浓度分布图像，即为一幅γ相机图像或SPECT平面图像。
获得体内断层图像，即SPECT断层图像。
– 重建算法

滤波反投影法
迭代法
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT与γ相机

γ相机探头绕人体旋转——SPECT
SPECT与γ照相机相同
– SPECT探头与γ相机探头结构原理相同 – SPECT具备γ相机的功能

SPECT与γ照相机不同
– SPECT性能（均匀性、线性、稳定性）优于γ相机 – SPECT探头绕人体旋转，图像重建——SPECT断层图像 – SPECT可获得断层图像、全身平面图像及局部平面图像 – γ相机只能获得局部平面图像 – SPECT要求高配置工作站

γ射线在患者体内及晶体内行进的过程中，与体内组织及晶体相 互作用发生康普顿散射 散射使光子能量损失，且运动方向发生偏移，使位置信息产生偏 差，造成混淆和假计数，使图像变模糊，分辨率下降。本底计数 提高，造成不均匀的本底噪声，降低了图像的对比度，可使小病 灶淹没在本底中。

2009年核医学大型设备上岗证技师培训

甲状腺功能测定仪、肾功能仪、γ探针
γ相机、SPECT、PET 回旋加速器、药物合成仪、薄层扫描仪、高压液相仪
显像设备

放药生产及质控设备

2009年核医学大型设备上岗证技师培训
探测仪器基本构成原理
基本构成由三部分组成

探头
– 将射线的辐射能转变为电信号

电子线路部分
– 对Байду номын сангаас头输出的电信号进行处理（如信号放大、能

反映全身扫描图像的质量
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT探头和γ相机性能指标

固有（intrinsic）性能:卸下准直器
–与准直器性能无关

系统 （ system ）性能: 安装准直器
–
与准直器性能有关
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT探头和γ相机性能指标

有效视野（useful field of view，UFOV）
图像。

计算机
– SPECT或γ相机的工作站
– 功能：控制SPECT或γ相机的采集、处理、存储及显示图像 – SPECT的断层图像需重建及各种校正软件，并需要更大图像存
储空间，因此要求更高配置的计算机
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
SPECT与γ相机工作原理概述


将特定放射性药物注入患者体内
– 准直孔越小，准直器越厚(孔
长越长），探头距病人距离越 近，分辨率越高

灵敏度:
– 准直孔越大，准直器越薄(孔
长越短），孔间壁越小，灵敏 度越高。与被显像物与准直器 间距无关

分辨率↑→灵敏度↓
平行孔准直器
准直器类型
准直器名称 低能通用准直器 低能高分辨准直器 中能通用准直器
缩写 Low energy general purpose LEGP Low energy high resolution LEHR High energy general purpose MEGP High energy general purp HEGP Ultra high energy general purpose UHEHR
晶体

NaI 晶体厚度：
– 厚度↑→分辨率↓，灵敏度↑? – 厚度↓→分辨率↑，灵敏度↓

2/8 ″(6.35mm ) 低能单光子成像 3/8 ″(9.525mm ) 低能单光子成像 5/8 ″(15.875mm) 兼顾低能、高能单光子及符合成像 8/8 ″(25.4mm ) 兼顾低能、高能单光子及符合成像
– 探头尺寸的95%

中心视野（central field of view，CFOV）
光电倍增管接收闪烁光的表面 形状有圆形、六角形及方形等 光电倍增管数量依据探头尺寸， 从十几个到上百个 – 光电倍增管的数量越多，空 间分辨率越高
2009年核医学大型设备上岗证技师培训
光电倍增管

光电倍增管的输出分为两路
– 位置电路：X、Y定位信号 – 能量电路：能量总和、甄别
2009年核医学大型设备上岗证技师培训