核医学成像原理及设备
成像设备核医学成像设备
成像设备：核医学成像设备引言核医学成像是一种现代医学影像学技术，通过使用放射性同位素来观察和评估人体内部的生物活动。
核医学成像设备是实现核医学成像的重要工具。
本文将介绍核医学成像设备的概念、分类、工作原理和应用领域。
概念核医学成像设备是一种专门用于探测和记录放射性同位素在人体内的分布及其代谢活动的设备。
它能够非侵入性地获取人体内部的图像，并提供有关器官功能和病理过程的信息。
通过核医学成像设备，可以诊断和评估多种疾病，如癌症、心血管疾病和神经系统疾病。
分类核医学成像设备根据不同的成像原理和探测器类型可以分为以下几类：1.单光子发射计算机断层扫描（SPECT）：SPECT设备使用探测器来测量外源性放射性同位素在人体内的发射射线，从而生成具有三维空间信息的图像。
2.正电子发射计算机断层扫描（PET）：PET设备使用探测器来测量正电子与电子相遇并产生的光子，从而生成具有高分辨率和灵敏度的图像。
3.放射性核素摄影机（Gamma Camera）：Gamma Camera是一种常用的核医学成像设备，它通过探测患者内部的放射性同位素来获得图像，主要用于诊断心血管疾病和肿瘤等疾病。
4.头颅扫描仪（SPECT/CT）：SPECT/CT设备将SPECT技术和X射线计算机断层扫描（CT）技术结合在一起，提供了更准确的图像信息，用于诊断脑部疾病。
工作原理核医学成像设备的工作原理基于放射性同位素的衰变过程。
放射性同位素被注射或摄入到患者体内后，它们会放射出带有能量的粒子或光子。
核医学成像设备通过探测这些粒子或光子，并根据其数量和能量分布来生成人体内部的图像。
SPECT设备利用旋转的伽马相机和一组探测器来探测和记录放射性同位素发出的伽马射线。
通过收集大量从不同角度接收到的伽马射线信息，SPECT设备可以重建出放射性同位素在人体内的分布图像。
PET设备使用正电子放射性同位素来进行成像。
正电子在体内与电子相遇时会产生两个相对运动方向相反的光子。
核医学成像原理及设备课件
多模态成像技术
总结词
多模态成像技术是核医学成像的另一个重要 发展趋势，通过结合多种成像模式，能够提 供更全面的医学信息，有助于医生更全面地 了解患者的病情。
详细描述
多模态成像技术是利用多种成像模式进行医 学影像获取的方法。这种技术能够结合不同 模式的成像特点，提供更全面的医学信息， 有助于医生更全面地了解患者的病情，提高
和医学影像技术的不断发展，分子成像技术在核医学成像中的应用将越来越广泛。
06 核医学成像设备安全与防 护
辐射防护原则
辐射防护三原则
防护、隔离、减量。
辐射防护最优化
在满足诊断和治疗效果的前提下，尽量减少患者 和医务人员的辐射剂量。
剂量限值
根据不同人群和不同照射情况，设定合理的剂量 限值，确保辐射安全。
肿瘤治疗
核医学成像设备还可以用于肿瘤 的治疗，如放射性碘治疗甲状腺 癌、骨转移瘤的放射性核素治疗 等。
心血管疾病诊断
冠心病诊断
核医学成像技术可以检测心肌缺血和 心肌梗死，通过心肌灌注显像和代谢 显像等方法，评估心脏功能和诊断冠 心病。
心功能评估
核医学成像设备可以评估心脏功能， 通过放射性核素心室造影等技术，测 定心脏射血分数等指标，了解心脏的 收缩和舒张功能。
规定。
个人剂量监测
为医务人员配备个人剂量计，实时 监测和记录个人辐射剂量，保障医 务人员健康。
环境辐射监测
对核医学成像设备周围的环境进行 辐射监测，确保环境安全。
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核医学成像的优点
无创、无痛、无辐射，能 够提供人体生理和病理过 程的详细信息。
核医学成像的应用
在肿瘤、心血管、神经系 统等领域具有广泛的应用 价值。
医学影像设备学第8章 核医学成像设备
不足：
空间分辨率、灵敏度、图像对比度和进行动态显像的能力显然不 如专用PET；
进行18F-FDG显像的检查时间较长，无法使用超短半衰期正电子 核素（11C和15O等）。
第一节 概述
（四）PET
结构： 探测器和电子学线路 、扫描机架和同步检 查床、计算机及其辅 助设备。
第一节 概述
（四）PET
第一节 概述
（二）SPECT
不足： 灵敏度低。 衰减及散射影响较大：体内发射的光子碰到高密度物 质(例如骨、准直孔边缘等)发生的散射同样也会使正 常图像叠加上一幅完全不均匀的伪像。这一直是发射 显像明显存在的固有缺陷。 重建图像的空间分辨率低：固有空间分辨率为 3～ 4mm半高宽度（full width at half maximum， FWHM），重建图像固有空间分辨率为 6～8mm。
主要由孔长及孔间壁厚度决定。
高能准直器孔更长，孔间壁也更厚。
• 厚度0.3mm左右者适用于低能（＜150keV）射线探测 • 1.5mm左右者适用于中能（150keV～350keV）射线探测 • 2.0mm左右者适用于高能（＞350keV）射线探测
第二节核医学成像设备的基本部件
（二）准直器的类型
SPECT/CT
PET/CT
PET/MR
k
H LV V H 1 C
C
第一节 概述
（一）γ照相机
结构： 闪烁探头、电子线路、显示记录装置以及一些附加设备。 优势：
通过连续显像可进行脏器动态研究； 检查时间相对较短，方便简单，特别适合儿童和危重病人检查； 显像迅速，便于多体位、多部位观察； 通过图像处理，可获得有助于诊断的数据或参数。
核医学的原理
核医学的原理
核医学是利用放射性同位素对生物体进行研究和诊断的医学技术。
其原理主要包括以下几个方面：
1. 放射性同位素的选择：核医学使用放射性同位素作为示踪剂，在体内发射放射线并通过探测器检测。
选择合适的放射性同位素是核医学的关键，通常需考虑其生物学半衰期、放射线能量及剂量等因素。
2. 吸收和分布：将含有放射性同位素的药物或物质通过注射、口服或吸入等方式引入人体后，放射性同位素会被生物体吸收和分布到不同的组织和器官中。
放射性同位素的摄入或注射剂量会根据检查目的和患者情况进行调整。
3. 探测和成像：通过放射线探测器对体内的放射性同位素进行探测和记录，形成图像。
探测器一般包括放射线闪烁晶体或固体闪烁探测器。
探测到的放射线信号会被转换成电信号，经过放大和处理后录制成图像。
4. 数据处理和分析：通过计算机对得到的图像数据进行处理和分析，包括图像增强、剂量校正和图像配准等。
这些处理可以提高图像质量和对异常变化的敏感性，帮助医生做出准确的诊断。
核医学在临床上广泛应用于各种疾病的诊断，如癌症、心脏病、骨科疾病等。
通过核医学技术，医生可以对患者的生理、代谢
和功能等方面进行全面的评估，帮助制定治疗方案和监测治疗效果。
8. 核医学成像设备
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。
1. 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。
2. 对脏器组织中的放射性核素的浓度分布和代谢进行 成像。
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飞利浦TruFlight: 实现卓越PET成像的解决方案 新型探测器晶体-硅酸镥晶体技术（LSO）
36 8.5 双模式分子影像技术和设备
8.5.1 SPECT/CT设备 8.5.2 PET/CT设备 8.4.3 PET/MRI设备
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8.5.1 SPECT/CT设备
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7 8.1.2 分类及应用特点 核医学成像设备的分类 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 PET是目前成像最为精确的核医学设备。
1. γ相机（闪烁照相机）
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。
2. SPECT γ照相机+探头旋转装置。
高性能、大视野、多功能的γ照相机和支架旋转装置、图像重建软件等组 成，可进行多角度、多方位的采集数据。每采集一幅图像后，探头旋转 一个角度继续采集下一幅图像，采集总角度为360度或180度。
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8.3.1 基本结构与工作原理
SPECT
γ照相机型，高性能、大视野、多功能的γ照相机和支架旋转装置、图像重 建软件等组成，可进行多角度、多方位的采集数据，实现体层显像。
第七章 核医学成像-完全版(给学生)
第七章核医学成像第一节概述第二节核医学成像的基本原理和技术第三节γ照相机第四节单光子发射计算机体层仪第五节正电子发射计算机体层设备第一节概述一、核医学成像原理核医学成像的过程是先把某种放射性同位素标记在药物上，形成放射性药物并引入人体内，当它被人体的脏器和组织吸收后，就在体内形成了辐射源。
用γ射线检测装置可以从体外检测体内放射性核素在衰变过程中放出的γ射线，从而构成放射性同位素在体内分布密度的图像。
核医学成像的特点⑴核医学成像是以脏器内、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。
图像不仅能反映人体组织、脏器和病变的位置、形态和大小，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的差别。
⑵核医学成像具有多种动态成像方式。
由于脏器对放射性药物的摄取、吸收、排泄等作用，使脏器、病变的血流和功能情况得以动态且定量的显示出来。
⑶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。
而这些单靠形态学检查常常难以实现。
二、核医学成像的发展1、20世纪30年代后期，人们借助131I开始研究甲状腺病症；2、50年代，核医学设备开始问世。
1951年，美国加州大学的卡森（Cassen）研制出第一台自动γ闪烁扫描机，通过逐点打印获得器官的放射性分布图像，促进了显像的发展，1952年纽厄尔(Newell )等设计出扫描机的聚焦型准直器。
但这些早期的成像设备只能对放射源逐点扫描，成像速度很慢；3、1957年，安格（Hal O. Anger）研制出第一台γ照相机，称安格照相机，使得核医学的显像由单纯的静态步入动态阶段，并于60年代应用于临床。
1959年，他又研制了双探头的扫描机进行断层扫描，并首先提出了发射式断层的技术，从而为日后发射式计算机断层扫描机—ECT的研制奠定了基础；4、70年代后期，研制出正电子发射型计算机体层成像设备（Positron emission Computed tomography，PET），和单光子发射型计算机体层成像设备（Single photon emission Computed tomography，SPECT），总称为发射型计算机体层（Emission Computed tomopraphy，ECT）。
核医学仪器探测的基本原理
核医学仪器是用于诊断、治疗和研究核医学领域的设备。
它们基于放射性同位素的放射性衰变和放射性粒子的相互作用，通过测量和检测放射性信号来获取有关组织、器官或生物过程的信息。
以下是几种常见核医学仪器的基本原理：
伽马摄像机（Gamma Camera）：伽马摄像机是一种用于核医学显像的仪器。
它利用放射性同位素释放的伽马射线与探测器（如闪烁晶体）发生相互作用。
当伽马射线通过闪烁晶体时，晶体会发出闪烁光，探测器接收并转换为电信号。
通过分析和处理这些电信号，可以重建出图像，显示出放射性同位素在体内的分布情况。
单光子发射计算机断层摄影（SPECT）：SPECT是一种核医学显像技术，通过使用一台旋转的伽马摄像机来获取多个角度的图像数据。
通过伽马射线与探测器的相互作用，获得关于放射性同位素在体内分布的信息。
然后，通过计算和重建处理，生成三维的断层图像，用于诊断和研究。
正电子发射计算机断层摄影（PET）：PET是一种核医学显像技术，利用正电子放射性同位素与电子相遇时产生的正电子湮灭事件。
正电子与电子相遇后，会发生湮灭，释放出两个伽马射线。
通过在患者体内放置一组环形探测器，可以检测到伽马射线的事件并记录下来。
通过计算和重建处理，生成高分辨率的三维图像，用于诊断和研究。
这些仪器的基本原理是利用放射性同位素的放射性衰变和放射性粒子与物质的相互作用。
通过测量和记录放射性信号，并进行计算和重建处理，可以获得有关组织、器官或生物过程的定量和定位信息，对疾病诊断、治疗和研究提供支持。
第八章 核医学成像原理与设备
若原子核在不受外力的作用时，核内的成 分及能级不发生变化，为稳定性核素。
若原子核需要通过核内结构或能级调整才 能趋于稳定，这种核素被称为不稳定核素。
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核衰变(nuclear decay)和放射性：
核内能级和结构的调整过程称为核衰变。
核衰变的同时，将释放出一种或一种以上的射线，这种
迈向新的分子显像、代谢显像和基因成像，不
仅提供诊断信息，还提供治疗信息。
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正电子和正电子放射性核素
正电子放射性核素通常为富质子的核素 ， 它们衰变时会发射正电子。原子核中的 质子释放正电子和中微子并衰变为中子： P → β＋ + n + ν
其中 P为质子，n为中子，β＋为正电子，ν 为中微子。
与X-CT的区别：
图像粗造，空间分辨率低。 属发射型体层摄影；
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正电子发射型计算机体层设备(PET)
使用发射正电子的放射性核素； 测量湮没辐射产生的γ光子。 优点：
空间分辨率高，一般4~5mm，最佳3mm。
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核医学成像的物理基础
利用湮灭辐射的特点和两个相对探测器的符合来 2019/确9/17定闪烁事件位置和时间的方法称电子准直。 29
PET的基本结构
扫描装置： 机架： 检查床： 计算机接口及计算机系统：
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MRI图像和PET图像对比
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N（中子）P（质子）+ β-
投影数据采集 预处理电路
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放射免疫分析 活化分析
放射性核素显像 器官功能测定
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核衰变及放射性简介
放射性：
原子核自发地放射各种射线的现 象称为放射性
放射性 现象是 由原子 核的变 化引起 的
与核外电子状态的改变关系很小，外 界的温度、压力、电磁场都不能抑制 或显著改变射线的发射
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核医学成像原理
▪ 核医学成像是一种以正常组织与病变之间 的放射性药物的浓度差别为基础的脏器或 病变的显像方法。是核医学的主要内容。
▪ γ照相机型SPECT同时也具有一般γ相机的功能， 可以进行脏器的平面和动态（功能）显像。
▪ 目前已经有三探头的旋转γ照相机型，显像速度 快，质量也好。
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SPECT的构成
▪ SPECT的构成：探头、机架、床、控制台、 计算机和外围设备。
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SPECT的性能特点
▪ 能量探测范围：50~600keV ▪ 体层图像 ▪ 衰减伪影小 ▪ 空间分辨率好 ▪ 灵敏度较高 ▪ 价格
▪ 按探测器在机架上的排列和运动方式可以分为
：固定型、旋转型、旋转-平移型、摆动-旋转
型。
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▪ 作为一种无创伤检查手段,PET可以从体外 对人体内的代谢物或药物的变化进行定量、 动态检测,成为诊断和指导治疗各类肿瘤疾 病、冠心病和脑部疾病的最佳方法。PET的 发展及其成功的临床应用是当代高科技医 疗诊断技术的主要标志之一。PET在临床医 学的应用主要集中于神经系统、心血管系 统、肿瘤三大领域。但PET价格昂贵，需配 置小型医用回旋加速器，日常管理费用高， 难以普遍推广。
▪ 分辨率 ▪ 灵敏度 ▪ 均匀性 ▪ 线性 ▪ 能量分辨率 ▪ 最大计数率 ▪ 死时间 ▪ 有效视野 ▪ 象限数
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γ照相机的临床应用
▪ 可对脏器进行平面显像、动态显像、门控 显像和全身显像。动态显像和门控显像主 要用于心脏血管检查，平面显像和全身显 像有甲状腺显像、脑显像、肺显像、肾脏 显像、肝胆显像和骨全身显像等。
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正电子发射型计算机体层设备（PET）
▪ 是目前国际上最尖端的医学影像诊断设备，也 是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先 进的医学影像技术。PET的基本原理是利用加 速器生产的超短半衰期同位素,如18F、13N、 150、11C等作为示踪剂注入人体,参与体内的 生理生化代谢过程。
▪ 构成：扫描机架、操作控制台、检查床、计算 机和外围设备。
①图像的衰减校正, 校正后的图像可真实反映脏 器的放射性分布,用 X线进行衰减校正,较以往 的固体源有扫描速度明显提高、 患者流通量明 显增加的优点；
②功能性分子影像与 C T的解剖影像相融合,使病 灶在脏器内的部位得以精确定位；
③P E T和 C T两者相互补充提高诊断的准确性。
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▪ P E T / C T的问世, 为肿瘤诊断、 良恶 性病变的鉴别诊断提供了极重要的信息, P E T / C T已成肿瘤诊断和鉴别诊断不可缺 少的方法, 经多年应用, 已为肿瘤学家、 放疗学家和内外科各类专家共识。
▪ 其基本条件：
▪ 引入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药物浓度差达到一定 程度
▪ 利用核医学成像仪器探测到这种放射性药物的 浓度差别，并根据需要以一定方式将它们显示 成像，即脏器或病变的影像。
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核医学成像与MRI方法不同
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这种信息之所以重要是因为它无法由其他的成像技术提供
用放 射性 同位 素成 像
获得一些和相关病理变化的前兆 有关的生理和生化信息
可了解其生物学功能或者确定某些疾病所在位置
有效的放射性化学药物拥有的特性大致上分为三种： 药物屑性、物理属性和化学属性
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γ照相机
▪ γ照相机可对人体内脏器中的放射性核素 分布进行一次成像，同时可动态观察、显 示、记录放射性药物在人体脏器内的代谢 情况。所以γ照相机不仅具有人体脏器的 形态显像功能，而且具有功能显像功能， 同时又具有动态显像功能。
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PET-CT融合设备
▪ 将PET与螺旋CT整合成一台设备，实现独 立扫描并重建，最后进行图像融合。
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▪ P E T / C T为 P E T和 C T仪器及其图像融为 一体的最先进设备, 其开创了分子影像和解剖 图像两者融合的先河, 可为临床提供更多信息 。
▪ C T在 P E T / C T的作用有：
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SPECT
▪ SPECT指的是单光子发射型计算机断层显像 仪。
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▪ 根据探测器的运动方式可以分为扫描 机型（多探头型）和γ照相机型。
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▪ 多探头型目前很少，γ照相机型应用较多
▪ γ照相机型SPECT它实际上就是一个探头可以围绕 病人某一脏器进行360°旋转的γ相机，在旋转时 每隔一定角度（3°或6°）采集一帧图片，然后 经电子计算机自动处理，将图像叠加，并重建为 该脏器的横断面、冠状面、矢状面或任何需要的 不同方位的断层，切面图像，重建方法主要是滤 波反投影法。
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基本原理
▪ 光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电 场(或磁场)加速，聚焦于第一次极。这些冲击次 极的电子能使次极释放更多的电子，它们再被聚 焦在第二次极。这样，一般经十次以上倍增,放大 倍数可达到几百上千倍。最后,在高电位的阳极收 集到放大了的光电流。
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光电倍增管阵列
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2、利用核医学成像仪器(γ照相机、SPECT、PET)探 测到这种浓渡差，并根据需要按一定方式将它们显示 成像，即显示脏器或病变组织的影像。
显像剂
探测 放射性浓度差别
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Γ照相机、SPECT、PET是探测放射性核素或标记化 合物在脏器、组织的摄取、分布、代谢等特点达到 成像的目的
与其他影像主要区别
▪ P E T / C T的机型主要为 G E 、 S i e m e n s和 P h i l i p s公 司 的 D I S C O V E R Y 、 B I O G R A P H Y和G E ME N I , 分别占 5 9 %、 3 2 %和 9%
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补充：生产正电子药物的加速器
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γ照相机成像原理
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γ照相机原理：
光纤
γ光子
准
荧光
直 闪烁晶体
器
光电流 光电倍增管
后处理
前置放大器、定位电路、 图像处理电路、控制电路等
电源
显示器等
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γ照相机结构
γ照相机主要由闪烁探头、探头支架、病床 和操作控制台组成。
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闪烁探头
1、闪烁晶体
将入射的γ射线转换成光电子即闪烁萤光体 Nal(TL)晶体 放射性核素 TL(铊)和Tc(锝)均发射低能γ射
复习
放射治疗设备分类（两种分类标准） 立体定向放射治疗设备（结构、原理、 治疗过程）
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主要内容
▪ 核医学分类 ▪ 核医学成像原理及设备（结构、原理、临
床应用）
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核医学分类
临 床 核 医 学 核 医 学 基 础 核 医 学
诊断 核医学
治疗 核医学
辐射防护
体外诊断 核医学
体内诊断 核医学
▪ 3．检查摄片：在拍片前医生会通知病人排尿、进食 或其他一些准备。拍片时病人躺在床上，可以正常呼 吸，根据医生的要求采取一定的姿势，探测器会尽量 靠近病人的身体，拍摄一张或多张照片，这时仅仅拍 照而已，并不增加额外的放射性。
▪ 4．分析结果：核医学科的医生会综合分析病人的病 情，所拍摄的照片以及其他各种检查结果：生化、血 液、超声、CT等，对临床诊断和治疗提供可靠准确的
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PET的优点
▪ 不需要准直器 ▪ 检测灵敏度高 ▪ 本底小，分辨力好 ▪ 易于吸收校正 ▪ 可正确定量
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▪ 全身三维定位(肺癌转移) wholeboay Triangulation
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肺癌治疗后评价 肺腺鳞癌术后2年，放疗及化疗 后，出现喝水后呛咳等症状 1、为胸部CT无异常病灶出现， 2、为同期PET见纵隔处高浓集病 灶 3、为三月后CT发现病灶
准直器
▪ 由铅（钨）材料做成，使非规定范围和非 规定方向的γ射线不得进入闪烁晶体，所 以有定位采集的作用。
▪ 主要性能参数有孔数、孔径、孔长及间壁 厚度，决定空间分辨力、灵敏度、适用能 量范围等。如何决定？
▪ 如果给定某种核素和其γ射线的能量，则 分辨力和灵敏度是一对矛盾。
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γ照相机性能指标
线 大视野通用γ照相机最多的是采用厚度6.3mm的Nal(TL)晶体
2、光电倍增管
电子倍增,将入射γ光子在光阴极转换成光电子,经n个打拿极, 使成2的n次方倍增长,阳极形成脉冲。
3、定位电路 将每个光电倍增输出经加/减精电品课路件求信号和得信号位置输出
3、准直器
起定位采集
限制非规定方向和非规定能量 范围的射线进入探测器
▪ 拥有加速器的 P E T / C T单位,并能 就地生产除 1 8 F以外的其他正电子 药物, 如 1 1 C 、 1 3 N甚至 1 5 O 等, 则能进一步开展 1 1 C等显像, 对肿瘤的鉴别诊断更有帮助 。
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▪ 1．检查前的准备：大多数的核医学检查不需要特殊 的准备。
▪ 2．注射显像剂：注射之前医生会让您口服一种胶囊， 这是为了保护正常的器官，注射之后根据不同的检查， 病人等候的时间也不相同，有的只需数分钟；有的要 2-3小时；有的要1-2天后，让注射的显像剂能充分到 达所需检查的部位。
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分析结果。
总结
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光电倍增管
▪ 光电倍增管是一种真空器件。 ▪ 它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、