放射性核素成像.ppt
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1、第六章 放射性核素成像Radio Nuclid Imaging伽伽玛玛照相机照相机内容梗概内容梗概n n放射性核素显像的特点n n原子核反应的基本概念n n放射性衰变规律n n射线探测n n准直器n n照相机和单光子发射型计算机断层n n正电子发射型计算机断层n nPET-CT技术放射性核素显像 RNI主要是功能性显像,采用放射性核素示踪的间接检测技术可以获取定性、定量、定位的生物体内物质动态变化规律。放射性制剂 放射性制剂是制剂分子中含有放射性核素的放射性制剂或放射性药物的总称。放射性制剂可以是放射性核素及其简单化合物,如NaI,也可以是用放射性标记的化合物,如18F-去氧葡萄糖。放射性制剂
2、在其制备过程中的要求放射性制剂在其制备过程中的要求n n1高产率。即最大限度的利用放射性核素。n n2微量、低浓度。n n3简便、快速。n n4安全。放射性制剂制备的方法放射性制剂制备的方法n n化学合成法n n同位素交换法核外电子与原子核核外电子与原子核 原子的结构是由位于原子中心的原子的结构是由位于原子中心的原子核及按一定轨道围绕原子核运原子核及按一定轨道围绕原子核运行核外电子组成。行核外电子组成。原子核是由质子和中子组成,质原子核是由质子和中子组成,质子和中子统称核子。中子不带电,子和中子统称核子。中子不带电,质子带电,其电量与电子电量相等质子带电,其电量与电子电量相等.几个基本概念核素
3、核素 凡是具有一定原子序数、一定质量数和凡是具有一定原子序数、一定质量数和一定能量状态的各种原子,统称为核素。一定能量状态的各种原子,统称为核素。同位素同位素 具有相同原子序数,但质量数不同的核具有相同原子序数,但质量数不同的核素称为同位素。素称为同位素。同质异能素同质异能素 凡具有相同的原子序数和质量数,处于凡具有相同的原子序数和质量数,处于不同能量状态的一类核素,彼此称为同质不同能量状态的一类核素,彼此称为同质异能素。异能素。稳定性核素(又称非放射性核素):原子核能够稳定的存在于自然界中,原子核能够稳定的存在于自然界中,不会自发地产生变化,这种核素通常称为不会自发地产生变化,这种核素通常称
4、为非放射性核素(稳定性核素)。非放射性核素(稳定性核素)。放射性核素(不稳定性核素)(Radioactive Nuclide)原子核即使没有任何外来因素作用下,原子核即使没有任何外来因素作用下,也会自发地放出射线而转变为另一种核素,也会自发地放出射线而转变为另一种核素,这类核素称为放射性核素。这类核素称为放射性核素。核衰变 放射性核素特点 特定的半衰期 物理半衰期(physical half life)符号T1/2,在单一的放射性核素衰变过程中,放射性活度降至原有值一半时所需要的时间,称为物理半衰期,简称半衰期(T1/2)。生物半衰期(biological half life)符号 Tb,生物
5、半衰期是指进入生物机体内的放射性核素,由于生物代谢过程从体内排出到原来放射性活度的一半时所需要的时间。有效半衰期(有效半衰期(effective half life effective half life)符号 Te,进入生物机体内的放射性核素由于放射性衰变及生物代谢的共同作用,该放射性核素的活度减少到一半所需的时间称为有效半衰期。即放射性核素被引入生物机体内时,放射性活度一方面按衰变规律减少,另一方面还会通过生物代谢排出。衰变衰变 衰变衰变 衰变衰变 放射性核素及其衰减规律放射性核素及其衰减规律核衰变规律核衰变规律核衰变规律公式核衰变规律公式 半衰期半衰期T1/2:放射性原子核数目衰变到一半
6、所需要的时间放射性原子核数目衰变到一半所需要的时间其中:N为t时刻衰变核的剩余数目 N0为t=0时刻的衰变核数目 为衰变常数半衰期半衰期T1/2的含的含义义半衰期半衰期T1/2与与 的关系的关系例如:例如:Ra的半衰期的半衰期为为1590年,年,磷磷-32的半衰期的半衰期为为14.3天,天,铯铯-135的半衰期的半衰期为为2.810-10S。放射性活度(又称放射性强度)是一定量的放射性核素在一个很短的时间间隔内发生的核衰变数除以该时间间隔。也就是单位时间内发生的衰变的原子核数。放射性活度的单位放射性活度的单位1、贝克勒尔(Becquerel):简称贝克(Bq)1Bq=1 次核衰变/秒(1S-1
7、)2、居里(Curie,符号 Ci)1 居里表示:放射性核素在 1 秒内发生 3.7 10 10 次核衰变。核医学始于 20 世纪 50 年代。1950 年,建立了晶体井型计数仪,用于体外的放射性测量。1951 年,cassen 用晶体加准直器研制成功闪烁扫描仪,获得了人体第一张甲状腺扫描图。1957 年,Hal Anger 研制了照相机。1964 年,世界上便有了商品照相机供应,开创了核医学显像的新纪元。1979 年,Kuhl 等人在长期研究基础上制成了世界上第一台发射型计算机断层(ECT)。核医学仪器的类型核医学仪器的类型 (一)测量用核医学仪器:主要在医学研究和临床检验中,用于对被检测样
8、品如血、尿、粪便、组织中的放射性测量。常用的仪器有闪烁计数器、液体闪烁计数器。核医学仪器的类型核医学仪器的类型(二)诊断用核医学仪器:主要在临床核医学工作中,用来进行脏器功能测定和脏器显像。脏器功能测定仪(肾功能测定仪、甲状腺功能测定仪、心脏功能测定仪、多探头脏器功能测定仪等)。脏器显像仪器(照相机、发射型计算机断层摄影仪(ECT)。核医学仪器的类型核医学仪器的类型防护用核医学仪器:为了保障核医学工作的顺利进行,用于对工作环境、器皿物件以及工作人员体表可能受到的污染进行监测的仪器。如个人剂量监测仪、或辐射表面污染测量仪等。核医学仪器分类核医学仪器分类用于放射性药物的活度测量的活度计用于放射性药
9、物的活度测量的活度计 活度计又称强度计、同位素刻度计、活度计又称强度计、同位素刻度计、居里计。居里计。用于个人剂量监测和防护监测的仪器用于个人剂量监测和防护监测的仪器 个人剂量计、热释光剂量计、表面个人剂量计、热释光剂量计、表面沾染仪、环境监测仪等。沾染仪、环境监测仪等。核医学仪器分类核医学仪器分类n n用于体外样品分析的样品测量装置用于体外样品分析的样品测量装置 n n放射免疫计数器、液体闪烁计数器。放射免疫计数器、液体闪烁计数器。n n用于脏器功能测定的仪器用于脏器功能测定的仪器 n n甲状腺功能仪、肾功能仪、心功能仪、甲状腺功能仪、肾功能仪、心功能仪、肺密度仪、骨密度仪等。肺密度仪、骨密
10、度仪等。n n用于脏器显像的装置用于脏器显像的装置 n n闪烁扫描仪、伽玛照相机、闪烁扫描仪、伽玛照相机、SPECTSPECT、PETPET。一些仪器一些仪器活度计活度计免免免免疫疫疫疫计计计计数数数数器器器器功功能能仪仪一些仪器一些仪器闪烁扫闪烁扫描描仪仪伽伽玛玛照相机照相机SPECTPET全身骨成像全身骨成像 射线探测射线探测 利用放射性探测仪器(或测量装置)可以探测和记录放射性同位素所放出射线(或粒子)的种类、数量(强度)和能量(能谱)等。射线探测临床应用价值 临床医学上常通过探测放射性的方法来观察放射性同位素在人体脏器内的分布,以诊断脏器是否存在病变和确定病变所在的位置等。闪烁计数器闪
11、烁计数器 闪烁计数器是射线探测的基本仪器,它由闪烁体、光学收集系统和光电倍增管组成。闪烁计数器测量原理闪烁计数器测量原理 1.射线在晶体内产生荧光,利用光导和反射器组成的光收集器将光子投射到光电倍增管的光阴极上,击出光电子;2.光电子在光电倍增管内被倍增、加速,在阳极上形成电流脉冲输出;3.电流脉冲的高度与射线的能量成正比,电流脉冲的个数与辐射源入射晶体的光子数目成正比,即与辐射源的活度成正比。闪烁计数器的优势闪烁计数器的优势 1.既可以测量光子也可以探测带电粒子,特别是对射线有很高的探测效率;2.经光电倍增管给出的电流脉冲有较强抗干扰能力,适用于较复杂环境的工作。脉冲幅度分析器脉冲幅度分析器
12、脉冲幅度甄别器 闪烁计数器所产生的电流脉冲的幅度和辐射光子的能量成正比,如测出脉冲幅度与计数的关系曲线就等于测出了幅射能谱。单道脉冲幅度分析器 能直接测出幅度在之间脉冲计数的仪器叫单道脉冲幅度分析器,它由两个甄别器组成。上限甄别器有较高的甄别阈值,下限甄别器阈值为V,其差值叫道宽。核医学成像设备原理简介核医学成像设备原理简介 同位素扫描仪同位素扫描仪(Radionuclide Scanner)(Radionuclide Scanner)扫描图:甲状腺癌的转移扫描图:甲状腺癌的转移照相机和单光子发射型计算机断层照相机和单光子发射型计算机断层照相机照相机作用 照相机是将人体内放射性核素分布快速、一
13、次性显像的设备。它不仅可以提供静态图像也可以进行动态观测,既可提供局部组织脏器的图像,也可以提供人体人身的照片。图像中功能信息丰富,是诊断肿瘤是诊断肿瘤及循环系统疾病的重要装置及循环系统疾病的重要装置。照相机的原理照相机的原理 照相机的探测器(探头)固定不动,在整个视野上对体内发出的射线都是敏感的,所以是一次性成像。检测器所得数据要输入计算机,照相可以对图像作后处理。能把形态学和功能性信息显示结合起来。伽玛照相机的组成伽玛照相机的组成探探头头探探头头支架支架病床病床操操作作控控制制台台 及及 数数据据处处理理装装置置伽玛照相机电路结构伽玛照相机电路结构伽伽玛玛照照相相机机的的探探头头结结构构准
14、直器准直器NaI(Tl)晶体晶体光光电电倍增管倍增管(PMT)定位定位电电路路显显示示PMT的排列方式的排列方式每一个每一个边边排列排列3个,个,总总共共19个个;每一个每一个边边排列排列4个,个,总总共共37个;个;每一个每一个边边排列排列5个,个,总总共共61个;个;每一个每一个边边排列排列6个,个,总总共共91个;个;每一个每一个边边排列排列7个,个,总总共共127个。个。P2位置计算电路位置计算电路P1P3伽伽玛玛射射线线X1X2X30NaI(Tl)NaI(Tl)P1,P2,P3P1,P2,P3为为PMTPMT的输的输出信号值,出信号值,反映了进反映了进入入PMTPMT的的光强。光强。
15、X1,X2,X3X1,X2,X3为为PMTPMT的的位置值位置值X发光点的总强度:发光点的总强度:P=P1+P2+P3 P=P1+P2+P3 即即Z Z信号的值信号的值发光点的发光点的X X坐标值:坐标值:X=P1X1+P2X2+P3X3P1+P2+P3重心法求发光点的位置原重心法求发光点的位置原重心法求发光点的位置原重心法求发光点的位置原理理理理X伽玛照相机的特点伽玛照相机的特点探头不需要移动,可一次成像探头不需要移动,可一次成像 。成像效率高,特别是对低能量伽玛成像效率高,特别是对低能量伽玛射线射线 。能做连续动态显像,可以观察脏器能做连续动态显像,可以观察脏器对药物随时间的吸收、代谢情况
16、,对药物随时间的吸收、代谢情况,判断脏器的功能。判断脏器的功能。伽玛照相机的缺点伽玛照相机的缺点n n1结构与电子线路较为复杂,获得优质图像的设备调整的过程较为复杂。n n2图像受脏器的厚度影响较大。n n3照相的空间分辨力还较低,在形态学诊断上还不及XCT射线及MRI。发射型计算机断层扫描仪发射型计算机断层扫描仪 Emission Computed Tomography(ECT)分类分类 单光子发射型计算机断层扫描仪单光子发射型计算机断层扫描仪 Single Photon Emission Computed Tomography(SPECT)正电子发射型计算机断层扫描仪正电子发射型计算机断层
17、扫描仪 Positron Emission Computed Tomography(PECT),简称,简称PET为什么叫为什么叫ECT?相对于相对于TCT(Transmission Computed Tomography)而言,即而言,即射线源在人体的外部,射线源在人体的外部,X线线CT即为即为TCT。而而ECT的射线源在人体内部,即放的射线源在人体内部,即放射线药物引入人体后,药物释放出伽射线药物引入人体后,药物释放出伽玛射线。玛射线。ECTECT的本质是由在体外测量发自体内的本质是由在体外测量发自体内的的射线技术来确定在体内的放射性射线技术来确定在体内的放射性核素的活度。核素的活度。SPE
18、CT原理原理SPECTSPECT原理原理 SPECTSPECT的放射性制剂都是发生的放射性制剂都是发生 衰变的同位素衰变的同位素,体外进行的是单个光子数量的探测。SPECT的成像原理的成像原理旋旋转转平面成像平面成像 线线投影通投影通过滤过滤波反投影法重建波反投影法重建图图像像立体成像立体成像 面投影通面投影通过滤过滤波反投影法重建波反投影法重建图图像像SPECTSPECT的成像原理的成像原理 SPECT的成像算法与XCT类似,也是滤波反投影法:1.由探测器获得断层的投影函数;2.用适当的滤波函数进行卷积处理;3.将卷积处理后的投影函数进行反投影,重建二维的活度分布。单光子发射型计算机断层原理
19、单光子发射型计算机断层原理 发射型计算机断层是通过计算机图像重建来显示已进人体内的放射性核素在断ECT分为单光子发射型计算机断层(SPECT)及正电子发射型计算机断层(PET)。SPECTSPECT的衰减校正的衰减校正的衰减校正的衰减校正 SPECT是通过射线的体外计数来标定体内放射性活度,不希望穿出人体的射线有衰减,在无衰减情况下,计数大小正比于放射性话度。但是衰减是不可避免的,它的存在严重影响了活度的精度。SPECTSPECT的特点的特点 n n可提供任意方位角的断层图像及三维立体图的成像数据;提供功能性测量的量化信息,较照相机大大提高了肿瘤及脏器的功能性诊断效率。n n测量灵敏度低;量化
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