核医学仪器笔记

绪论

核医学的物理学基础知识 γ照相机

单光子发射计算机断层（SPECT） 正电子发射计算机断层显像（PET） 核医学仪器的质量控制 核的衰变及其方式

一、 有关的几个基本概念 1、 衰变

2、 母核和子核

3、 放射性核素和放射性同位素 4、 核衰变的自发性 二、核的衰变形式 1、 β-衰变

2、 （β-γ）衰变

3、 同质异能衰变与内转换 4、 电子俘获 5、 β+衰变

6、 α衰变和核裂变

γ照相机

一、基本原理和组成（掌握）

1、 基本工作过程;2、 准直器;3、 晶体

4、 光导和光电倍增管、5、 位置电路和能量电路 6、 成像装置

二、γ照相机的性能指标（熟悉） 1、 固有性能;2、 系统性能 三、质控（熟悉） 四、软件系统

单光子发射断层扫描仪(SPECT)

一、绪论

二、 SPECT的成像原理 三、投影采样

四、重建算法

五、校正原理和质量控制 六、单探头SPECT系统

—— SPECT质量控制及校正 七、衰减和散射校正 八、软件和定量分析

单光子发射断层扫描仪(SPECT)定量分析

正电子发射断层扫描仪(PET)原理应用及进展

引言

基本工作原理与过程 临床应用

国外PET研究发展现状 国内外市场概况

国内PET研究发展现状

1．简述放射性核素显像原理和特点。

放射性核素显像是利用脏器和病变组织对放射性药物摄取的差别，通过仪器来显示出脏器或病变组织影像的诊断方法。 采用的方法有两种：一种是利用正常脏器有选择性浓聚放射性药物的能力，而病变组织浓聚能力缺乏或减弱，在显像图上呈现为放射性缺损区或\冷\区，称为阴性显像。另一种是病变组织有选择性浓聚放射性药物的能力，而正常的脏器摄取能力缺乏或较差，在显像图上呈现为放射性浓聚区或\热区\，称为阳性显像。

显像在方式上又分为静态显像和动态显像两种。静态显像，即在注入放射性药物后一定时间显示放射性药物在脏器或病变组织内的分布，主要用于检查器质性病变，特别是占位性病变(图1－1)；动态显像即在一定时间内多次显像，以动态观察放射性药物在脏器和病变组织内的分布，所得结果不仅可反映病变的部位，而且能反映病变部位的功能状态。(图1－2)

2．什么是放射性核素？核衰变的方式有哪些？

放射性核素是指原子核不稳定的核素，会自发地变成另一种核素，同时释放出一种或一种以上的射线

放射性核素主要衰变方式有： α衰变、 β- 衰变、 β+衰变、核外电子俘获以及γ跃迁和同质异能跃迁。

3．简述射线和物质的相互作用。

它包括射线对物质的作用（引起物质的电离、激发等）和物质对射线的作用（引起射线的减速、散射及吸收等）两个相互联系的方面。

电离作用是指射线使物质中的原子失去轨道电子而形成正负离子对，它是某些探测器测量射线的物质基础，又是射线引起物理、化学变化及生物效应的主要机制。电离作用的强弱常用射线在每厘米路程上产生的离子对数来度量，即电离密度或比电离。

激发作用指射线使某些原子的轨道电子从低能级跃迁至高能级。当该电子退激时，这部分能量以光子或热能形式释出。激发作用是另一些探测器工作的物理基础，也是射线引起物理、化学、生物效应的机制之一。

散射作用是指带电粒子受到物质原子核库仑电场的电作用时，或光子与物质的轨道电子碰撞时，射线发射偏离原来的方向而进行。散射作用对测量及防护都有一定影响。吸收作用是由于射线动能全部或将近全部丧失时，会和周围物质发生一些特殊的相互作用，如湮没， 轫致辐射。

4．单位时间内通过粒子计数器的粒子数为N，若已知计数器的分辨时间为τ1，记录装置的分辨时间为τ2，试确定计数器的记录装置单位时间内输出的脉冲数，讨论下列情形： （1）τ1>τ2； （2）τ1<τ2。

5．γ照相机由哪几部分组成？最适宜的γ射线的能量为多少？

γ 相机通常由以下主要部分组成：准直器，探测器（晶体），光电倍增管（PMT），预放大器，放大器，脉冲高度分析器（PHA），X、Y位置电路、总和电路，以及显示或记录器件。带有计算机的γ 相机还有模/数（A/D）转换器和数字计算机。

最适宜的γ射线的能量为100～250keV。

6．影响定量SPECT的因素有哪些？给出均匀性校正的方法。

影响SPECT的因素分为3大类，即：人体因素、物理因子、技术因素。 干扰类型 影响因素 人体因素 人体结构 病人身体体积大小、解剖结构 时间因素 病人移动、放射性药物的生物代谢 衰减、散射 探测器响应、探测效率、死时间、能量分辨率、均匀性、线性、系统定位 投影角数目，每个投影的采集时间、探头旋转半径、旋转轨道形状 物理因素 仪器 技术因素 采集 重建/处理 重建算法、校正方法、图像处理技术 NEMA标准中表示均匀性的有两个指标，即积分均匀度和微分均匀度。积分均匀度是指测量的投影之间的最大偏差；微分均匀度都是指在一定距离内（一般为5个像素之间）测量投影值的最大变化。

NEMA标准中，对单探头SPECT，使用0.1mci的99mTc点源，置于距UFOV直径5倍距离处。采集的图像矩阵为64×64，在图像中心处的计数至少达到4000以上，总计数需要累计到12M以上。同时采集的数据必须进行平滑处理，可采用九点窗口平滑： 1 2 1 2 4 2 1 2 1

均匀度的计算：

?100积分均匀度 =

Max?Min

Hi?Low微分均匀度 = ?100Max?Min

上式中Max为UFOV或CFOV内的最大计数，Min为最小计数。将面源所成的像分为多个行、列，逐个比较每行、列中5个像素之间的计数差值，从而可以得到最大差值的行或列，Hi为最大差值行（列）5个像素中的最大计数，Low为最大差值行（列）5个像素中的最小计数。

导致不均匀性的原因可以分为两类：空间畸变以及点源灵敏度变化。尤其对定量测量来说，将这两种因素加以区分并测量点源灵敏度的变化十分重要。

点源灵敏度的测量：用一个经过准直的99mTc点源，在间距为3cm的各点进行测量，各点的测量时间选择应保证每一点的计数值在100,000以上。经过衰变校正后，点源灵敏度的计算如下：

Max?Min点源灵敏度 = ?100

Hi?LowMax?Min均匀度校正：从上面的均匀度测量可以得到计数的平均值，如图一右下方所示。对于每个像素可以计算得到比值：a = 平均计数值 ，得到一个均匀度校正矩阵因测量计数值子，用该矩阵因子与实际应用中的测量数据进行相乘可以得到均匀校正后的数据。也可以分别对空间非线性和点源灵敏度分别进行校正，非线性的校正方法见下面，点源灵敏度的校正方法：用各位置测得的点源计数值除以平均值，得到一个点源灵敏度校正矩阵因子，用该矩阵因子与实际应用中的测量数据进行相乘可以得到均匀校正后的数据。

7．什么是核医学图像的断层重建？描述常用的几种重建技术。

知道了某个断层在所有观测角的一维投影，投影是断层图像沿投影线的积分，重建则是其逆运算，可以推出用投影表示断层图像的解析式。就能计算出该断层的图像。从投影求解断层图像的过程称作断层重建

重建算法可分成解析法和迭代法两大类。解析法是以中心切片定理(Central Slice Theorem)为理论基础的求逆过程。常用的一种解析法称为滤波反投影法(Filte-red

Back-Projection，FBP)。FBP法首先在频率空间对投影数据进行滤波，再将滤波后的投影数据反投影得到重建断层图像。滤波器选为斜坡函数和 某一窗函数的乘积，窗函数用于控制噪声，其形状权衡着统计噪声和空间分辨。常用的窗函数有Hanning窗，Hamming窗，Butterworth窗以及Shepp-Logan窗。

迭代法首先给待求的断层图像赋予一个初始估计值(例如各象素的值均为1)，根据此初始值计算出理论投影值，将它和实测投影值进行比较，计算出每个象素的修正量，对初始图

像进行修正。然后再根据新的断层图像估计值计算理论投影值，与实测投影值比较，再次修正断层图像估计值。接着是第三次循环、第四次循环……。只要修正方法正确，每次迭代都能更逼近正确的断层图像。

对断层图像修正的目标和准则各种各样，所以迭代方法种类繁多，如代数重建技术(Algebraic Reconstruction Technique，ART)、加权的最小平方(Weighted-Least Squares，WLS)法、共轭梯度法(Conjugate Gradient Met-hod)、最大似然函数—期望值最大化(Maximum Likelihood-Expectation Maximization，ML-EM)算法等等。

8．什么是放射性药物？用于PET的正电子核素有哪些？

放射性药物：用于机体内进行医学诊断或治疗的含放射性核素标记的化合物或生物制剂。

核素 15O 核反应式 14N（d , n）15O / 15N( p , n )15O 半衰期(min) 2.05 标记药物 15O2，H215O，C15O2 C15O， 15O-氧络血红蛋白，15O-羧络血红蛋白 13N 11C 16O ( p , ? ) 13N 14N ( p , ? ) 11C 9.96 20.34 13NH3，13N-氨基酸 11CO，11CO2，11C-葡萄糖，11C-氨基酸，11C-醇类，11C-多巴胺，11C-异丙嗪 18F 18O ( p , n ) 18F / 20Ne (d , ? )18F 110 18F-类固醇，18F-氟代脱氧葡萄糖（FDG），18F-氨基酸，18F-抗癌药物，18F-二乙烯三胺五醋酸DTPA）

9．绘制正电子发射断层扫描仪（PET）的结构原理框图，分析工作过程。

符合探测区间 探测器 湮灭事件 单光子事件 探测器 幅度甄别器 幅度甄别器 符合电路 存贮器

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