第三章核医学常用仪器
核医学仪器及放射防护课件
SPECT成像具有操作简便、价格相对较 低和能够反映血流灌注和代谢变化的优 点，因此在心血管、脑和骨关节疾病的
诊断中具有广泛应用。
SPECT成像的基本原理是利用单光子发 射示踪剂，在人体内产生γ射线，通过 探测器测量γ射线的能量和方向，重建
出人体内部的图像。
核磁共振成像技术
MRI成像具有高分辨率、无辐射损伤和非侵入性的优 点，因此在神经系统、骨骼肌肉系统和心血管疾病的 诊断中具有广泛应用。
Hale Waihona Puke 监测治疗效果通过核医学仪器监测治疗 效果，医生可以及时调整 治疗方案，提高治疗效果 。
科学研究
核医学仪器在生物学、医 学、药学等领域的研究中 发挥着重要作用，有助于 推动相关学科的发展。
核医学仪器的分类与特点
核磁共振成像仪
利用磁场和射频波激发原子核，通过测量和解析共振信号进行成像。
正电子发射断层扫描仪（PET）
利用正电子标记的示踪剂进行生物体功能成像。
单光子发射断层扫描仪（SPECT）
利用放射性示踪剂和γ相机进行生理功能成像。
X射线机
利用X射线穿透人体组织，检测异常病变。
核医学仪器的发展历程与趋势
发展历程
从最早的X射线机到现代的核磁共振成像仪和PET、SPECT等 高端设备，核医学仪器经历了漫长的发展历程。
有力保障。
核医学仪器在食品安全检测中也 有广泛应用，如放射性同位素标 记的农药残留检测试剂盒等，有 助于保障食品安全和公众健康。
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核医学仪器及放射 防护课件
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目录
• 核医学仪器概述 • 核医学仪器原理与技术 • 放射防护基础知识 • 核医学仪器操作与安全 • 核医学仪器在医疗领域的应用 • 未来核医学仪器的发展趋势与挑战
核医学
1.核医学（Nuclear medicine) 是用放射性核素及其标记物进行诊断、治疗疾病和医学研究的医学学科2.核医学常用仪器：γ照相机，SPECT单光子发射型计算机断层扫描仪，PET正电子发射型计算机断层显像，扫描机3.放射性药物含有放射性核素, 用于医学诊断和治疗的一类特殊制剂。
用于获得体内靶器官或病变组织的影像或功能参数，进行疾病诊断的一类体内放射性药物。
也称为显像剂(imaging agent)或示踪剂(tracer)。
4.放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期(Half-life)。
核素（nuclide)是指质子数、中子数均相同，并且原子核处于相同能级状态的原子称为一种核素。
同位素（isotope):凡具有相同质子数但中子数不同的核素互称同位素。
同质异能素：（isomer)是指质子数和中子数都相同，但原子核处于不同能态的原子放射性核素(radionuclide)：原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素。
放射性衰变：放射性核素自发的释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原子的过程。
5.a粒子：质量大，带电荷，故射程短，穿透力弱。
主要用于治疗β-衰变：射线的本质是高速运动的电子流，主要发生于富中子的核素。
特点：穿透力弱，在软组织中的射程仅为厘米水平。
可用于治疗。
β+衰变：射线的本质是正电子，主要发生于贫中子的核素。
特点：正电子射程短. 在通常环境中不可能长时间稳定地存在，它碰到电子就会发生湮灭，产生一对能量为511kev、方向相反的γ光子。
主要用于正电子发射断层仪显像（PET）y衰变：原子核从激发态回复到基态时，以发射 光子形式释放过剩的能量。
往往是继发于α衰变或β衰变后发生特点：本质是中性的光子流，不带电荷，运动速度快（光速），穿透力强。
适合放射性核素显像6.天然本底照射；是指人类受到天然存在的各种电离辐射源的照射。
比如，人们乘坐飞机旅行时受到的宇宙射线辐射，人们在户外受到的存在于土壤和空气中的天然放射性元素辐射照射等。
3.核医学仪器设备
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
– 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
-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.
核医学仪器 例行试验 第3部分：正电子发射断层成像装置-最新国标
核医学仪器例行试验第3部分：正电子发射断层成像装置1范围本部分描述了正电子发射断层成像装置（PET）的试验方法。
本部分适用于正电子发射断层成像装置（PET）。
作为质量控制的一部分，本部分规定了正电子发射断层成像装置的用户为维持适当操作条件而要执行的例行试验。
例行试验的结果与验收试验期间或验收试验后确定的参考数据进行比较。
目前正电子发射断层成像装置通常包括X射线计算机体断层扫描（CT）设备。
本文中，PET/CT装置代表国际先进技术水平，不含X射线组件的专用正电子发射断层成像装置仅为特例。
PET/CT装置中的CT组件的质量控制试验在GB/T17006.11-2015标准中描述。
CT还需根据GB9706.1和适用的并列和专用标准进行型式试验。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本部分必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本部分；不标注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本部分。
GB9706.1-2020医用电气设备第1部分：基本安全和基本性能的通用要求GB/T17006.11-2015医用成像部门的评价及例行试验第2-6部分：X射线计算机体层摄影设备成像性能稳定性试验（IEC61223-2-6:2006，IDT）GB/T18988.1-20XX放射性核素成像设备性能和试验规则第1部分：正电子发射断层成像装置（IEC61675-1:20XX，MOD）GB/T20013.1-20XX核医学仪器例行试验第1部分：γ辐射计数系统（IEC TR61948-1：2016，IDT）3术语和定义下列术语和定义适用于本部分。
3.1验收试验ACCEPTANCE TEST在新设备安装后或对现有设备进行重大修改后实施的试验，其目的是验证设备满足合同规定。
注：在验收试验期间或验收试验后立即收集参考数据作为标准，以便与未来的例行试验进行比较。
[来源：IEC TR60788：2004,rm-70-01,有修改：增加注]3.2湮没辐射ANNIHILATION RADIATION当一种粒子与其反粒子（方向相反、能量相同）互相作用而自身消失的过程。
第三章 核医学常用仪器
（二）应用
各种脏器静态显像，快速连续动态显像，附有特殊装置， 各种脏器静态显像，快速连续动态显像，附有特殊装置，可进行全身显像
二、SPECT
单光子计算机发射断层显像仪 single photon emission computed tomography David Kuhl1959年用 David Kuhl1959 1959年用 双探头的扫描机进行 断层扫描， 断层扫描，并进一步 研制和完善断层显像 仪器，使得SPECT SPECT和 仪器，使得SPECT和 PET成为核医学显像的 PET成为核医学显像的 主要方法 （一）结构与原理 组成： 上增加了支架旋转的机械部分、断层床、 组成：在高性能γ 相机上增加了支架旋转的机械部分、断层床、
（二）应用
各种脏器动静态断层显像及全身显像 。 为核医学最广泛应用的显像仪器， 为核医学最广泛应用的显像仪器，三级甲等医院必 备仪器。 备仪器。
符合线路SPECT 符合线路
一、结构与原理
主要由可变角双或三探头SPECT系统、符合线路探测技术和 系统、 主要由可变角双或三探头 系统 衰减校正装置， 衰减校正装置，可以进行正电子显像
优势
最大限度提高高能灵敏度 提高中能灵敏度 最大限度减少低能探测的散射作用
肺部肿物 前位 1英寸切割晶体符合线路 英寸切割晶体符合线路SPECT 英寸切割晶体符合线路 18F-FDG 显像（冠状面） 显像（冠状面） 后位
1英寸切割晶体符合线路 英寸切割晶体符合线路SPECT 英寸切割晶体符合线路 99mTc-MDP全身骨显像 全身骨显像
图像融合 是指不同图像 是指不同图像(SPECT, PET, CT, MRI)之间的空 之间的空
间配准或结合。利用各种成像方式的特点， 间配准或结合。利用各种成像方式的特点，为不同的影像提供 互补信息，增加图像质量，以期对临床诊断和治疗的定位、 互补信息，增加图像质量，以期对临床诊断和治疗的定位、观 察提供有效的方法。 察提供有效的方法。
核医学常用仪器
Basic principle of scintillation detector
闪烁荧光 photoelectric effect 电子数倍增 电子流(电位降) 一个入射光子 产生一个闪烁事件 产生一个脉冲
二、应用
主要应用于血、尿等各类组织样品及体外分析标本的放射性测量
第三节 功能测定仪
功能测定仪由一个或多个探头、电子线路、计算机和记录 显示装置组成。其对射线的探测原理见上述 闪烁探测器。
（一）甲状腺功能测定仪
采用带张角型准直器的 闪烁探头和定标器组合的装置。
a：正常志愿者 b：甲亢 c：甲亢高峰前移 d：甲低
应用
甲状腺摄碘功能测定。
（二）肾图仪
肾图仪由带铅屏蔽壳和准直器的闪烁探头和计数率 仪的微机组成。 将检查时获得肾图曲线相应计数率和参数结果记录 并打印在报告纸上。
图像融合 是指不同图像(SPECT, PET, CT, MRI)之间的空
间配准或结合。利用各种成像方式的特点，为不同的影像提供 互补信息，增加图像质量，以期对临床诊断和治疗的定位、观 察提供有效的方法。
SPECT配置高能准直器
一种单光子探测方式。主要用于心肌锝[99mTc]-MIBI 心肌血流灌注和氟[18F]-FDG心肌代谢断层显像。
• • •
GE HawkEye
多探头接收 电子准直 符合窗时间
二、应用
SPECT功能和半衰期较长的正电子符合探测断层显像
符合线路SPECT AC方法
放射源技术（铯[137Cs]、钡[133Ba]） X-CT 技术 X-CT 技术可进行同机解剖结构与功能代谢图像融合， （fusion imaging）对病灶可做出精确定位诊断。
核医学成像设备
SPECT的基本本成像原理
正电子发射型计算机断层显像（Positron Emission Computed Tomography），是核医学领域比较先进的临床检查影像技术。
PET是目前惟一可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术，现已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面。 （1）灵敏度高。 （2）特异性高。 （3）全身显像。 （4）安全性好。
设备的历史和分类
由准直器、闪烁晶体、光电倍增管、前置放大器、定位电路、显示记录装置、机械支架和床组成。
病人体内发出的γ射线
准直器
Na(T1)晶体
光电倍增管
γ射线
闪烁荧光
光电流
前置放大
定位电路
图像处理电路
显示器
照相机
其中将准直器、闪烁晶体、光电倍增管、前置放大器和电子矩阵电路等固定在一个支架上 ，组成探测器（探头）
光电倍增管
光电倍增管由光阴极、倍增极和阳极组成，这些电极被封装在真空的玻璃管中。
01
闪烁光子作用在光阴极上时 由于光电效应可产生出电子
02
电子倍增是通过一系列 倍增极所构成的倍增系统完成
03
从阳极上得到的电子流与 入射到光电倍增管光阴极 上的闪烁光强度成正比
04
单光子发射计算机断层成像术(Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT)
核医学成像的基本部件
准直器
准直器常用钨铅合金制作，包含圆形、方形或者六角形的小孔，覆盖在整个NaI晶体表面。
准直器可以分为低能（小于150KeV）、中能（150-300KeV）和高能（300-600KeV）三种，低能准直器孔径最小，空间分辨率最高；中能次之；高能最差
第三章 核医学常用仪器
常用核医学仪器
1、γ闪烁探测器 2、γ照相机 3、单光子发射断层扫描仪 4、正电子发射断层扫描仪
5、甲状腺功能测定仪、肾图仪
（上尿路通否？）
Γ闪烁探测器
γ照相机结构----静态动态显像
准值器collimator
NaI（TlI）crystal
探头 光导
photomultiplier tube matrix
(二)后续电子学线路
1.前置放大器 2.主放大器 3.脉冲高度分析器(甄别器) 4.定标器数据处理和定时系统等 5、计算机输出系统
液体闪烁探测器 （liduid scintillation detector）
探测效率（E） 经测量得到的放射源的计数率（cps）与 该放射源在单位时间内的衰变数（dps） 的比值
电脑屏幕
单光子发射断层扫描仪
探头
显示屏
床
单光子发射断层扫描仪（γ光子）
探头（多个探头多角度采集信号提高 灵敏度、空间分辨率） 机架、计算机 光学照相、检查床 图象重建系统
SPECT与X-CT的比较
仪器种类 射线性质 SPECT（属于发射型CT） γ射线，光子流 X-CT透射 X射线，光子流
入射方式
符合线路
飞行时间测量装置
计算机数据处理
图象显示 断层床
PET显像原理
11C13N15O18F
引入体内
β+
ANIHHILATION
方向相反γ 光子
空间位置信
号能量信号
多角度核素 分布投影
不同角度分组
互成180。探头
计算机重建 多断面影像
功能代谢影像 各种生理参数
分子显像
PET优点（与SPECT相比）
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准值器collimator
探头
NaI（TlI）crystal 光导
photomultiplier tube matrix
位置电路
能量电路
成像及显示装置
γ照相机探头结构
原理示意图
显示屏 探 头
能量窗内，脉冲幅度分析器输出脉冲，做显示 系统发光信号，选择显像光子能量。显示系统 在位置信号和发光信号驱动下，显闪烁光点， 接着成像装置记录大量闪烁光点。计算机采集 处理得到灰度不同的脏器放射性核素二惟分布 图，依据放射性浓度差异定位脏器和病变部位。
3、心血管疾病患者：能检查出冠心病心肌缺血的部位、范围， 并对心肌活力准确评价，确定是否需要行溶栓治疗、安放冠脉 支架或冠脉搭桥手术。能通过对心肌血流量的分析，结合药物 负荷，测定冠状动脉储备能力，评价冠心病的治疗效果 。
但PET价格昂贵，要陪加速器、正电子核素标记 物贵
PET应用范围
1、肿瘤诊断、疗效评价：现多用于肺癌、乳腺癌、大肠癌、卵 巢癌、淋巴瘤，黑色素瘤等的检查，其诊断准确率在90％以上。 在肿瘤化疗、放疗的早期，PET检查即可发现肿瘤治疗是否已 经起效 。
2、神经系统疾病和精神病患者：可用于癫痫灶定位、老年性痴 呆早期诊断与鉴别、帕金森病病情评价以及脑梗塞后组织受损 和存活情况的判断。
PET 正电子发射断层扫描仪
床
防
护
罩
SHEILD
探头，Detector
正电子发射断层扫描仪- 动静态断层显像/分子显像 （positron emission computed tomographer）
结构：晶体（锗酸铋 硅酸镥 硅酸钆Ga） 电子准直器 符合线路 飞行时间测量装置 计算机数据处理 图象显示 断层床
（二）固体探测器（solid scintillation detector ） 放免仪Radioimmunoassay detector （三）液体闪烁探测器（liduid scintillation
detector） （四）半导体探测器（semiconductor detector）
用于活化分析activation analysis
影响探测效率的因素
1.几何位置 2.吸收 3.核衰变方式 4.仪器分辨时间 5.散射和反散射 6.本底等其它因素
四、常用放射性测量仪器
（一）放射性活度测量仪器 如：γ闪烁计数器、 液体闪烁测量仪
（二）诊断用仪器 如：脏器功能测定仪（甲 状腺功能测定仪、肾图仪） 、脏器显像仪器如 SPECT、PET
PET显像原理
11C13N15O18F 引入体内 β+ ANIHHILATION
方向相反γ 光子
空间位置信 号能量信号
多角度核素 分布投影
不同角度分组 互成180。探头
计算机重建 多断面影像
功能代谢影像 各种生理参数 分子显像
PET优点（与SPECT相比）
1、仪器空间分辨率高 2=采用电子准直符合线路，灵敏度提高10-20倍 3、采用11C13N15O18F均为人体构成元素，参与代谢， 使得显像更符合生理状况，反映机体生理、生化、代谢， 准确显示脏器核素浓度代谢显像和各种生理参数 4、更容易进行衰减校正和定量分析
正电子核素SPECT显像
核素发射正电子与物质作用，湮灭辐射产生方向相 反一对γ光子在15纳秒（nanosecond，ns）被方 向相反的一对探头同时测到，电子线路将在5-15ns 内产生的两脉冲信号送入显像系统，计算机合成处 理并成像。不在5-15ns产生的脉冲信号就不能被电 子线路送入显像系统，不能成像。
X-CT透射 X射线，光子流 体外发出射线 清晰，分辨率高 静态
正电子核素SPECT显像
符合线路SPECT：利用互成180。无准值器双或三探头 SPECT对正电子湮灭辐射产生的一对方向相反γ光子进 行符合探测成像。（coincidence circuit SPECT） 结构 可变角双或三探头SPECT系统、符合探测系统、 衰减校正系统 （attenuation correction system） 电子准直：用湮灭辐射和相对探头做符合测量对射线 进行限束技术（electrical collimation）
（三）防护用仪器 如：场所剂量监测仪、表面 污染监测仪、个人剂量监测仪
（四 ）活度计 测量核素及其标记物活度
常用核医学仪器
1、γ闪烁探测器 2、γ照相机 3、单光子发射断层扫描仪 4、正电子发射断层扫描仪 5、甲状腺功能测定仪、肾图仪
（尿路通否？）
Γ闪烁探测器
γ照相机结构----静态动态显像
过程称闪烁，此类晶体称闪烁体
(二)后续电子学线路
1.前置放大器 2.主放大器 3.脉冲高度分析器(甄别器) 4.定标器数据处理和定时系统等 5、计算机输出系统
液体闪烁探测器 （liduid scintillation detector）
探测效率（E）
经测量得到的放射源的计数率（cps）与 该放射源在单位时间内的衰变数（dps） 的比值
电脑屏幕
单光子发射断层扫描仪
显示屏
探头 床
单光子发射断层扫描仪（γ光子）
探头（多个探头多角度采集信号提高 灵敏度、空间分辨率） 机架、计算机 光学照相、检查床 图象重建系统
SPECT与X-CT的比较
仪器种类 射线性质 入射方式 图象 显像特点
SPECT（属于发射型CT） γ射线，光子流 体内发出射线 粗糙，分辨率低 动态
第三章 核医学仪器
一.原理 在众多的放射性探测仪器中， 其探测的基本原理都是建立在核射线 与物质的相互作用的基础上。具体分 为以下几种类型：
1.电离作用
2.荧光现象
3.感光作用
二、探测器分类（依据能量转化）
（一）气体电离探测器（gas ionization detector ） 如正比计数管、电流电离室、 G-M计数管
三、仪器的组成
射线探测器 （探头）感受射线 后续电子学线路及计算机输出系统：分
析记录脉冲信号并输出测量结果 以测量γ射线的γ闪烁计数器为例：
（一）探头（闪烁探测器 ）
1.闪烁体：将辐射能转化为光能的 介质如探测γ射线的NaI(Tl)晶体
2.光电倍增管:光电转换器件 3.工作原理 4.井型闪烁探测器 备注：射线作用于晶体产生荧光的