核医学核仪器
核医学仪器实验报告
一、实验名称核医学仪器原理与应用实验二、实验日期2023年11月10日三、实验目的1. 了解核医学仪器的基本原理和结构。
2. 掌握核医学仪器的主要应用领域。
3. 学习核医学仪器在临床诊断和治疗中的作用。
4. 培养实验操作技能和数据处理能力。
四、实验原理核医学仪器利用放射性同位素发出的射线（如γ射线、β射线等）对人体进行成像或测量，从而实现对疾病的诊断和治疗。
本实验主要涉及以下原理：1. 闪烁探测原理：利用闪烁晶体将γ射线转换为可见光，再由光电倍增管转换为电信号，最终进行计数和成像。
2. 计数器原理：通过测量放射性同位素发出的射线数量，计算放射性活度。
3. 核医学成像原理：利用γ相机或SPECT等设备，对放射性同位素在体内的分布进行成像。
五、主要仪器与试剂1. 仪器：核医学仪器、闪烁晶体、光电倍增管、计数器、γ相机、SPECT等。
2. 试剂：放射性同位素、闪烁液、NaI(Tl)晶体等。
六、实验步骤1. 准备阶段：- 熟悉实验原理和仪器操作方法。
- 检查仪器设备是否正常。
2. 实验操作：- 将放射性同位素溶液注入闪烁晶体中，观察闪烁现象。
- 将闪烁晶体与光电倍增管连接，进行计数实验，测量放射性活度。
- 利用γ相机或SPECT进行成像实验，观察放射性同位素在体内的分布。
3. 数据处理：- 记录实验数据，包括放射性活度、计数率等。
- 对实验数据进行统计分析，计算相关参数。
4. 实验报告撰写：- 总结实验结果，分析实验现象。
- 讨论实验过程中遇到的问题及解决方法。
- 提出实验改进建议。
七、实验结果1. 观察到闪烁晶体在放射性同位素的作用下产生闪烁现象。
2. 通过计数实验，测得放射性活度为X mCi。
3. 利用γ相机或SPECT进行成像实验，观察到放射性同位素在体内的分布情况。
八、讨论1. 本实验验证了核医学仪器的基本原理，证明了闪烁探测和计数器的有效性。
2. 实验过程中，观察到放射性同位素在体内的分布情况，为进一步的临床诊断和治疗提供了依据。
核医学-第一篇 基础篇 第二章 核医学仪器
其作用是有效地把光传递给光电倍增管的光阴极，以减少全反射。 其作用是将微弱的光信号转换成可测量的电信号，是一种光电转换器件。 一般紧跟在光电倍增管的输出端，对信号进行跟踪放大。
5. 后续电子学线路 用于对探测器输出电脉冲信号进一步分析处理，包括主放大器、脉冲高度
分析器等单元。
6. 显示记录装置 主要有定标器、计数率仪、显像仪器等。
核医学仪器的分类
根据使用目的不同，核医学仪器可分为显像仪器（包括γ相机、SPECT、PET等）、脏器功 能测量仪器、放射性计数测量仪器，以及放射性药物合成与分装仪器等。
第一节
放射性探测仪器的基本原理
核医学（第9版）
一、放射性探测的基本原理
放射性探测是用探测仪器把射线能量转换成可记录和定量的光能、电能等，通过一定的电 子学线路分析计算，表示为放射性核素的活度、能量、分布的过程，其基本原理是建立在射线 与物质相互作用的基础上。
下面以实验核医学和临床核医学最常用的固体闪烁计数器为例，简要介绍放射性探测仪器 的基本构成和工作原理。
核医学（第9版）
二、放射性探测仪器的基本构成和工作原理
固体闪烁计数器主要由以下部件组成：
1. 晶体 其作用是将射线的辐射能转变为光能，最常用的晶体是碘化钠晶体。
2. 光学耦合剂 3. 光电倍增管 4. 前置放大器
核医学（第9版）
一、γ相机的基本结构
探头
− 准直器（collimator） − 闪烁晶体 − 光电倍增管（PMT）
电子学线路
− 定位电路和能量电路
显示记录装置 显像床
核医学（第9版）
一、γ相机的基本结构
1. 准直器（collimator）
准直器是安置于晶体前方、由铅 或铅钨合金制成的一种特殊装置，有 若干个小孔贯穿其中，称为准直孔。 准直器的作用是只允许与准直孔角度 相同的射线到达晶体并被探测，其他 方向的射线则被吸收或阻挡。
《核医学仪器》课件
对高辐射源进行严格管理，防止丢失或被盗。
定期进行辐射监测，确保仪器运行正常，辐射在安全范围内；
核医学仪器应安装在经过专门设计、符合安全标准的机房内；
核医学仪器使用后的处理及环保要求
对泄露的放射性物质应及时清除，防止扩散和污染环境。
对有潜在污染的场所和设备应进行去污处理，并经监测合格后方可重新使用；
核医学仪器的工作原理
01
核辐射衰减与核辐射探测的基本原理
介绍原子核、核素、同位素等基本概念，以及核辐射的衰减规律和探测原理。
02
γ闪烁照相机的工作原理
介绍γ闪烁照相机的结构、工作原理及其在核医学中的应用。
探测效率与能量分辨率
空间分辨率与灵敏度
图像质量与伪影
核医学仪器的主要技术参数及意义
介绍物理因素（如散射、本底、猝发等）、技术因素（如扫描时间、扫描层厚、重建算法等）和临床因素（如患者体位、器官运动等）对核医学仪器性能的影响。
核医学仪器在神经科学研究中的应用
甲状腺疾病诊断
核医学仪器可以利用放射性碘元素检测甲状腺的功能和状态，对甲状腺疾病的诊断具有重要意义。
肾上腺疾病诊断
核医学仪器可以检测肾上腺皮质醇、醛固酮等激素的分泌情况，对肾上腺疾病的诊断具有重要意义。
核医学仪器在内分泌疾病诊断中的应用
THANK YOU.
谢谢您的观看
全身显像仪器
用于全身检查，可发现肿瘤、炎症等异常病变；
pet
用于正电子显像，可得到人体各部位放射性分布情况；
γ相机
用于平面显像，可得到人体各部位放射性分布情况；
spect
用于单光子显像，可得到人体各部位放射性分布情况；
核医学仪器的工作原理及技术参数
03
核医学仪器ect的原理和应用
核医学仪器ECT的原理和应用1. 什么是核医学仪器ECT？核医学仪器ECT（Electron Capture Tomography）是一种医学成像技术，用于检测和诊断人体内部的疾病和病变。
通过使用放射性同位素示踪剂和探测器，ECT能够生成三维图像，显示出人体内部的生物分子和组织的分布情况。
2. ECT的工作原理ECT的工作原理基于放射性同位素的特性。
当放射性同位素稳定后，它会通过放射衰变释放出特定类型的辐射，如γ射线或β射线。
ECT使用其中一种放射性同位素作为示踪剂，将其注射到患者体内。
2.1 电子俘获核医学仪器ECT主要是通过电子俘获（electron capture）来进行成像的。
电子俘获是指放射性同位素核内的电子与核子碰撞并被核子俘获的过程。
这个过程会导致核内的质子数减少一个，核子数保持不变。
俘获后的原子核会处于激发态，随后通过释放γ射线而回到基态。
2.2 探测器在ECT中，使用的放射性同位素会发出α或β射线，这些射线会被探测器捕捉，探测器会将捕捉到的射线转化为电信号。
常见的ECT探测器有正电子发射断层扫描仪（PET）和单光子发射计算机断层扫描仪（SPECT）。
3. ECT的应用ECT在医学领域有广泛的应用，下面列举一些主要的应用领域：3.1 脑部成像ECT在脑部成像中具有重要作用。
它可以帮助医生观察脑功能、诊断脑部疾病、评估疗效等。
例如，ECT可以用于观察脑部的血流情况、脑细胞的代谢活动，从而检测和定位出血、肿瘤、缺血等问题。
3.2 心脏成像ECT在心脏成像方面同样具有重要地位。
它可以帮助医生评估心脏功能、检测冠状动脉血流情况以及评估心脏病变等。
常见的应用包括心肌灌注显像、心脏功能评估等。
3.3 骨骼成像ECT在骨骼成像方面也有广泛的应用。
它可以用于检测骨骼组织的异常情况，如骨折、肿瘤、感染等。
骨骼ECT可以提供高分辨率的图像，帮助医生进行骨骼疾病的诊断和治疗规划。
3.4 神经内分泌系统成像ECT可以用于观察和研究神经内分泌系统的功能和异常情况。
核医学仪器与辐射测量
前沿技术和发展趋势
1
分子显像
新兴的分子显像技术将进一步推动核医学仪器的发展，提高诊断和治疗的准确性。
2
革新性探测器
新型的革新性探测器将改善核医学仪器的性能和灵敏度，使其更适用于不同的应 用领域。
3
辐射剂量控制
辐射剂量控制技术的改进将有助于降低患者和医护人员的辐射暴露风险，提高安 全性。
PET-CT
结合正电子发射断层扫描和计算机断层扫描，可以获得功能和结构信息的图像。
SPECT
通过检测和记录体内放射性同位素的分布，提供有关脏器和组织功能的图像。
核医学仪器的原理和工作方式
1
放射性同位素
核医学仪器利用放射性同位素的特性来获取有关疾病诊断和治疗的信息。
2
探测器和传感器
核医学仪器使用探测器和传感器来测量和记录放射性同位素的放射性衰变和能量 释放。
核医学仪器与辐射测量
核医学仪器是用于诊断和治疗疾病的设备，常用于放射性同位素的检测和显 像。辐射测量是评估辐射水平的过程，对于保护人类健康至关重要。
核医学仪器的定义
核医学仪器是指用于诊断和治疗核医学领域的设备，如放射性同位素显像仪、PET-CT、SPECT等。
核医学仪器的分类
放射性同位素显像仪
通过检测和记录体内放射性同位素的分布，提供有关病理和生理信息的图像。
辐射测量的方法和技术
被动测量
• 辐射计 • 剂量仪
主动测量
• 核硅片 • 闪烁体探测器
辐射成像
• 数字X射线成像 • CT扫描
核医学仪器与辐射测量的应用领域
临床诊断
核医学仪器用于辅助诊断各种疾 病，如癌症、心血管疾病和神经 系统疾病。
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。
核医学仪器基础知识
放射性同位素可以用于治疗癌症、甲状腺问题和其他疾病。
放射性剂量计算原理
放射性剂量计算是核医学中的重要步骤，通过精确计算患者接受的辐射剂量， 确保安全和有效的治疗。
闪烁探测器
探测原理
闪烁探测器通过闪烁晶体的特性 来探测和测量放射性同位素发出 的闪烁光信号。
用途
闪烁探测器常用于核医学成像设 备，如伽马相机，能够提供全身 和局部的图像信息。
正电子发射断层扫描仪
正电子发射断层扫描仪（PET）是一种高分辨率的核医学成像技术，利用正电 子湮灭探测器测量正电子与电子湮灭产生的能量和位置信息，可用于诊断和 治疗。
正电子湮灭探测器
用于正电子发射计算机断层扫描仪，能够探测和测量正电子与电子湮灭产生的能量。
单光子发射计算机断层扫描仪
利用放射性同位素发射单个光子，可以对器官和组织进行断层扫描。
射线检测原理
1 放射性同位素发射射
线
2 探测器测量射线
核医学仪器中的探测器可
3 成像和分析
通过对测量数据进行成像
核医学利用放射性同位素
核医学仪器基础知识
核医学是一门应用放射性同位素成像和治疗的技术，涉及各种仪器和设备的 使用。本节将介绍核医学的基本知识，为您提供全面的了解。
核医学简介
核医学是一门集生物学、医学和物理学于一体的学科，通过应用放射性同位素技术来诊断疾病和治疗患者。
核医学仪器种类
闪烁探测器
常用的核医学成像设备，能够探测和测量放射性同位素发出的闪烁光信号。
单光子发射计算机断层扫 描仪
闪烁探测器还可用于单光子发射 计算机断层扫描仪，用于三维断 层成像。
正电子湮灭探测器
探测原理
正电子湮灭探测器能够探测和测量正电子与电子湮 灭产生的能量和位置信息。
核医学仪器探测的基本原理(一)
核医学仪器探测的基本原理(一)核医学仪器探测的基本核医学仪器在现代医学诊断与治疗中发挥着重要的作用。
它可以利用不同核素的放射性衰变来实现对人体内部疾病的探测和诊断。
本文将从浅入深，介绍核医学仪器探测的基本原理。
1. 核医学仪器的分类核医学仪器可以按照其测量手段的不同进行分类。
主要分为放射性核素探测器和影像形成器。
1.1 放射性核素探测器放射性核素探测器用于检测和测量放射性核素发出的射线。
常见的放射性核素探测器有闪烁探测器、半导体探测器和气体探测器等。
1.2 影像形成器影像形成器是核医学仪器检测结果的可视化工具。
常见的影像形成器有闪烁摄影机、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）和正电子发射断层扫描（PET）等。
2. 核医学仪器的工作原理核医学仪器的工作原理基于放射性核素的衰变特性和射线的相互作用规律。
2.1 放射性核素的衰变特性放射性核素具有不稳定的原子核，会自发地发出射线以转变为稳定的核或其他核素。
常见的射线有阿尔法（α）、贝塔（β）和伽马（γ）射线。
2.2 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用决定了仪器如何检测和测量放射性核素发出的射线。
主要的相互作用过程有闪烁、电离和散射等。
2.3 仪器的工作流程核医学仪器的工作流程一般包括以下步骤： - 放射性核素的制备和标记 - 患者的内部摄取或注射放射性核素 - 探测器的检测和测量- 数据的处理和图像的重建3. 核医学仪器的应用核医学仪器在医学领域有着广泛的应用。
3.1 肿瘤检测与诊断通过给患者注射放射性核素，核医学仪器可以检测到肿瘤的存在并进行定位，提供有关肿瘤的生物学特征和活动状态的信息。
3.2 心血管疾病诊断核医学仪器可以通过检测心肌血液灌注、心肌代谢和心功能等指标，帮助诊断心血管疾病，如冠心病、心肌梗死等。
3.3 神经系统疾病诊断核医学仪器可以通过检测脑代谢、脑血流和神经受体等指标，帮助诊断神经系统疾病，如脑肿瘤、帕金森病等。
3.4 其他应用领域核医学仪器还可应用于骨科、内分泌学、肾脏病等领域的诊断和疾病监测。
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1.闪烁体(scintillator)：
NaI（Tl），BGO，GSO，LSO
2.光导（lightguide）： 硅油，有机玻璃
3.光电倍增管
（photomultiplier tube，PMT）
光电倍增管工作原理
（二）电离型探测器 电离室（ionization chamber）， 正比计数器（proportional counter） 盖革计数器（Geiger-Muller counter）
第2章 核医学仪器
核医学仪器发展简史
1950 1951
井型晶体闪烁计数器 闪烁扫描机
1957 γ照相机
闪烁扫描机
PET
1974
SPECT
1979
PET/CT SPECT/CT
2001
第一节 核探测仪器的基本原理
一、放射性探测的基本原理
电离作用
荧光现象
感光作用
二、放射性探测器的种类
（一）闪烁型探测器
为什么要进行衰减校正？
•显像用放射性核素γ射线的能量主要在80~500keV之间 •人体组织的衰减(Attenuation)对投影值有较大影响。 •SPECT断层重建算法忽略了组织对γ射线的衰减作用，使图
像定量不准，出现伪影。 •图像衰减校正(Attenuation Correction，AC)是解决人体衰减的主要方法。
（二）断层采集
SPECT探头绕患者旋转180°～360° 每隔一定角度（3°～6°）采集1帧图像 获得靶器官各个方向的放射性分布信息 经过电子计算机重建断层图像。
四、SPECT的图像重建
由已知不同方向的物体投影值求该物体内各点的分布称为 图像重建，也就是利用物体在多个轴向投影图像重建目标 图像的过程。
主要提供组织器官的功能和代谢变化信息
组成：探测器（探头）、机架、检查床和图像采集处理工作站 探头是SPECT的核心部件，探头数通常为1~3个
（一） 单探头SPECT
（二） 双探头SPECT
（三）三探头SPECT
（四）双探头符合线路断层显像仪
二、SPECT/CT
（一）SPECT/CT
SPECT和CT两种成熟技术相结合形成的一种新的核医学显像仪器 实现了SPECT功能代谢影像与CT解剖形态学影像的同机融合 一次显像检查可分别获得SPECT图像、CT图像及SPECT/CT融合图像 可以采用X线CT图像对SPECT图像进行衰减校正
（三）半导体（四）感光材料探测器 感光材料
三、核探测器的电子学线路
（一）放大器
前置放大器（preamplifier） 主放大器（main mplifie） 作用：对电脉冲进行放大、整形、
倒相的电子学线路
（二）脉冲高度分析器 （pulse height analyzer，PHA）
衰减校正方法
•在探头的对侧设置放射源，利用放射源发射出的γ射线由患者体外穿透 人体，在SPECT探头上成像。 •在同一台SPECT上同时获得透射(transmission)图像和发射(emission)图 像，从透射图像求得被显像部位的三维衰减系数分布图，对发射型断层 图像进行衰减校正。 •目前，SPECT/CT可采用X线进行图像衰减校正。
六、模数转换器（ADC）
第三节 SPECT及SPECT/CT
一、SPECT
SPECT：Single Photon Emission Computed Tomography 单光子发射型电子计算机断层
γ照照相机与电子计算机技术相结合发展起来的一种核医学显像
检查仪器，在γ照相机平面显像的基础上，应用电子计算机技术 增加了断层显像功能
六、SPECT的质量控制和性能评价
配置该准直器的γ照 相机探头测量单位 活度(如1MBq)的放 射性核素的计数率 (计数／s)。
孔间壁厚度与γ射线 能量：
0.3mm适用于低能 （≤150kev）
1.5mm适用于中能 （150～350kev）
2.0mm适用于高能 （＞350keV）。
4.准直器的类型
二、闪烁晶体 NaI（Tl）晶体 三、光电倍增管（PMT） 四、X、Y位置电路 五、脉冲高度分析器
（二）SPECT与CT结合的两种方式
SPECT和CT位于同一机架： 在SPECT探头机架上安装一个X线球管，对侧安装探测器
SPECT与CT位于不同的机架： 在SPECT机架后再并排安装一个高档螺旋CT
SPECT/CT
三、SPECT的图像采集
（一）采集方式
静态采集与动态采集 平面采集与断层采集 局部采集与全身采集 门控采集
（二）迭代重建法
•给待求断层图像赋予一个初始估计值 •根据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 个像素的修正量，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……。
五、图像的衰减校正
核医学显像仪器与X线显像仪器的区别
γ照相机的组成：
– 准直器（collimator） – 闪烁晶体 – 光电倍增管（PMT） – 预放大器、放大器 – X、Y位置电路 – 总和电路 – 脉冲高度分析器（PHA） – 显示或记录器件等
一、准直器
1.空间分辨率
2.灵敏度
3.适用能量范围
半峰值全宽度 (Full Width at Half Maximum， FWHM)，简称半 高宽。
重建方法：
（一）滤波反投影法（filtered backprojection，FBP） 滤波(Filter)，反投影(Backprojection) 。 滤波：Ramp，Hann，Hanning，Butterworth
反投影重建
• 按照投影方向把 投影数据反投向 来的方向。
滤波反投影重建
• 用滤波函数去除反 投影重建图像伪影。
上甄别器
下甄别器
A
B
输入信号C 输入信号B,C
C
反 符 输出信号B 合 线 路
B
单道脉冲高度分析器工作原理
核射线测量仪器的组成框图
光前
核 射 线
闪 烁 体
光 导
电 倍 增
置 放 大
管器
主 放 大 器
脉 冲 高 度 分 析
记 录 装 置
器
工作电源
第二节 γ照相机
1957年，由Hal Anger研制成功，因此，也称为Anger型γ照相机(γ- Camera)