放射影像学知识介绍

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,放射影像学知识介绍,2016,年,4,月,1,1,、,X,光机,3,、数字剪影,DSA,2,、口腔摄影,目 录,4,、,CR,、,DR,6,、,CT,机,8,、,SPECT,和,PET-CT,7,、直线加速器,5,、乳腺机,2,1,、,X,光机,利用高速电子撞击金属靶面产生,X,射线的真空电子器件，又称,X,光管，分为充气管和真空管两类。,1895,年,W.K.,伦琴在进行克鲁克斯管实验时发现了,X,射线 。克鲁克斯管就是最早的充气,X,射线管 ，其功率小 、寿命短、控制困难，现已很少应用。,1913,年,W.D.,库利吉发明了真空,X,射线管。阴极为直热式螺旋钨丝，阳极为铜块端面镶嵌的金属靶。阴极发射出的电子经数万至数十万伏高压加速后撞击靶面产生,X,射线。,以后经过许多改进，至今仍在应用。,现代出现一种在阳极靶面与阴极之间,装有控制栅极的,X,射线管，在控制栅,上施加脉冲调制，以控制,X,射线的输,出和调整定时重复曝光 。,3,1.,能穿透物体,;,2.,为不可见光,;,3.,於电磁波光谱内,;,4.,波长范围广,;,5.,直线散射,;,6,光速进行,;,7.,能使萤光物质发光,;,8.,能使底片感光,;,9.,会造成散射线,.,1.1X,线的特性,4,X,射线本质上是,电磁波,介于紫外线和伽玛射线之间,具备高能量和穿透力,波粒二象性,传播时体现波动性,与物质作用时体现粒子性,物理特性,-,穿透性,(,原子序数高,密度大不易穿透,例如骨骼,),-,荧光作用,(,荧光屏,增感屏,闪烁屏,),-,电离作用,(,可用于测量,X,射线,导致机体损伤,用于机体治疗,),-,热作用,化学效应,-,感光作用,(,摄影,/,工业探伤,),-,着色作用,(,物质结晶体脱水变色,),生物效应,(,电离和激发,),-,对增殖性强的细胞的抑制,损伤,坏死,-,放射治疗,-,对正常细胞的损伤,注意放射防护,1.1X,线的特性,5,在,X-ray,穿透过病人，其穿透率主要和病人组织结构及,X-Ray,波长有关。 短波长,X-ray (kV,高,),，能量较高，穿透性好，造成在影像上对比度较低。,长波长,X-ray (kV,低,),能量较低，较易被人体所吸收，穿透性较差，而在影像上对比度较高,.,1.2,高能,X,线与低能,X,线特性,6,x,射线无法穿透金属。金属之所以能吸收,x,射线，是因为,x,射线的光波能量足够激发金属离子的内层轨道上的电子。,普通光的光波能量远远低于,x,射线，无法激发元素的电子，会被以光能的形式反射回来和以热能的形式吸收并弥漫的散发开来。,x,射线照射在非金属上，也会激发其内层轨道上的电子，但非金属元素的电子发生跃迁所需的能量很低，即使所有电子都被激发，也不足以将,x,射线的能量都吸收干净，未被吸收的,x,射线就能透过人体的非骨骼部分了。,X,线透射成像是基于人体内不同结构的脏器对,X,线吸收的差别。,1.3X,线穿透原理,7,X,线管焦点尺寸与半影之间的有着密切的关系：焦点尺寸越大，半影越大，影像锐利度越差。,由于,X,线管焦点不是一个点，而是一个面。因此，在,X,线的投影中必然产生半影，,X,线照片影像必然大于被照体的实际尺寸。,1.4 X,线,半影误差,8,线,穿过物质后之所以能够,成像：,1、,首先基于,X,线的特性（与成像相关的特性）；,2、被穿透物质内部结构具有密度和厚度的差异；,3、穿过人体后的剩余,X,线（潜在影像:模拟或数字化,）须,经荧光屏或胶片显像、处理后才能显示图象；,具有,穿透,能力的,X,线穿过具有密度和厚度的,差异的,物质后，剩余,X,线经荧光屏或胶片冲洗显像处理,后显示,出明暗不一、黑白不等的,影像。,1.5 X,线成像原理,9,1.5 X,线成像原理,10,高速电子约,99%,的能量都转变成热能，,1%,转换成,X,射线，,出射,X,射线不足阳极靶面产生,X,射线的,10%,利用率很低，,高原子序数的材料,/,高熔点的材料作为阳极靶。,I,=K,i,Z,U,n,K=1.1X10,-9,1.4X10,-9,i:,管电流,Z:,靶材料原子序数,U:,管电压,n:2,最大强度约在最短波长的,1.5,倍处。,平均能量为最大能量的,1/31/2,。,1.5 X,线产生利用,X,射线的强度与平均能量,11,X,射线的量与质,1,通常用,X,射线的强度表示,X,射线的量，即垂直于,X,射线传播方向,单位面积上、单位时间内通过的光子数量与能量乘积的总和,2,X,射线的量即,X,光子的数目，可以用管电流,mA,与照射时间,s,的乘,积即,mAs,来反应,3,一定管电压下，管电流越大，单位时间撞击阳极靶面的电子数,越多，激发的,X,线光子正比增加；照射时间长，,X,线量正比增大,4,X,射线的质又称线质，仅与光子能量有关，表示,X,射线的硬度，,即穿透物质的能力，通常以管电压（,kV,值）近似描述,5,管电压对阴极电子加速，使其获得足够能量撞击阳极靶面，管,电压越高，撞击能量越大，激发的,X,射线光子强度越高，穿透能,力越大,1.5 X,线产生利用,12,固定阳极,X,线管构成,1.,阳极头：钨靶面熔焊在导热系数大的无氧铜铜体上。,2.,阳极柄：铜制成，与阳极头相连，浸泡在高压绝缘油中。,3.,阳极罩：两个窗口，一个进电子，一个出,X,线，在出,X,线口，加铍片，以吸收软,X,线。,阴极构成,1.,灯丝：,510V,，,29A,，温度到,2100K,后发射电子。,2.,聚焦槽：直的凹槽，通负电位，约束电子向中心聚焦。,1.6,不同,X,线管构成,13,旋转阳极,X,线管,固定阳极靶面集中，热量产生集中，限制了,X,线管功率的提高。当阳极靶设计成圆盘时，电子撞击将均匀分布在整个圆环面积上，有效提高了,X,线管的功率。,低速旋转阳极,X,线管实际转速约为,2700r/min,。,高速旋转阳极,X,线管实际转速约为,8500r/min,。,旋转阳极曝光延时,0.81.2,秒，待阳极旋转提速。,旋转阳极关机制动，减少磨损和防止在,50007000r/min,时引起共振。,1.6,不同,X,线管构成,14,X,线电视系统构成,1.,影像增强器：,I.I,是将不可见光线转换成可见光，并使图像亮度增强。,2.,摄像机：将可见光录像成视频,3.,中心控制器：对视频信号进行控制处理,4.,显示器,5.,自动亮度控制装置,1.7 X-TV,15,X,线机在使用过程中，随着机件的磨损和元器件的老化，不可避免地会出现故障。为了更好地保证,X,线机的正常运转，延长使用寿命，应做到：,1.,正确使用,2.,保养得当,3.,定期检查,1.8 X,线机使用与维护,16,1.X,线机操作人员，必须经过培训，具有一定专业知识。（,检测人员未经过相应,X,线机培训，所以不得操作,X,线机,）,2.,按照正确地操作规程操作机器。,3.,开机后，根据机房温度和机器的机构特点，给予适当的预热。,4.,曝光时注意控制台的参数变化，关注电器部件的工作情况。,5.,摄影过程中，不得调节或切换任何按钮、开关。注意曝光间隙，禁止超容量使用。,1.8 X,线机使用与维护,正确使用原则,17,1.,保持机房干燥,2.,做好清洁卫生,3.,谨慎操作,4.,注意安全检查,5.,防范计算机病毒,6.,观察电源情况,1.8 X,线机使用与维护,外部日常保养,18,1.,机械部件的保养,2.,控制台的保养,3.,高压发生器及,X,线管头的保养,4.,高压电缆的保养,1.8 X,线机使用与维护,主要部件日常保养,19,1.,管电压的检测,2.,管电流的检测,3.,曝光时间的检测,4.,容量保护电路的检测,5.,电源电阻的测量,6.,接地电阻的测量,1.8 X,线机使用与维护,定期性能测试,20,工频x线机,具有许多不可避免的弱点：,1,、体积与重量庞大；,2,、输出波形纹波系数大、,x,线剂量不稳定、软射线成为较多；,3,、曝光参数的准确性和重复性较差。为解决这些问题，将直流逆变技术引入,x,光机中，使高压发生器的工作电源由工频（,50Hz,或,60Hz,）提高到中频（,400HZ20kHZ,）、高频,(20100kHZ),。采用这种技术的,x线机,称之为中、高频,x,线机。,1.9,高频,X,光机,21,1,、病人的皮肤剂量低：工频机特别是单相全波整流,x,光机，其高压变压器输出波形是脉动直流，波纹系数为,100%,，对成像没有任何帮助的软射线成分较多。高频机高压发生器输出波形近似于恒定直流，脉动率非常低，波纹系数,5%,，输出,x,线的能量单一性大大提高，病人的皮肤剂量大为降低。,2,、成像质量高：连续线谱的,x,线，物质对其吸收不遵守指数规律，射线通过物质以后，不仅有光子数量的减少，而且还有光子能量的变化，成像质量较差。而单能窄束,x,线，物质对其吸收遵守指数规律，射线透过物质以后，只有光子数量的减少，没有光子能量的变化，这对于提高成像质量十分有利。,3,、,输出剂量大：因高频机属恒定直流曝光，故在胶片获得同样黑化度的情况下，高频机的,mAs,值是工频机的,60%,。例如单相全波整流,x,线机，一个脉冲的持续时间为,10ms,，大于,0.707,倍峰值的持续时间约为,5ms,，而高频机恒定直流曝光,10ms,的剂量就相当于单相全波直流,x,线机曝光,20ms,的剂量。如果曝光时间相同，高频机使用,300mA,提供的,x,线剂量与单相全波整流,x,线机,500mA,提供的,x,线剂量基本相同。,1.9,高频,X,光机,22,4,、实时控制：曝光过程中可对,kV,和,mA,进行实时控制。高频机的,kV,通常由直流逆变器输出脉冲的频率来调节，逆变器输出频率不仅受,kV,设定值控制，同时还受,kV,检测信号控制，,5,、,高压变压器的体积小、重量轻,6,、,可实现超短时曝光：,x,线机超短时曝光取决于高压波形的上升沿。因高频机高压波形上升沿很陡，一般是十几至几十微秒，故最短曝光时间可达,1ms,。工频机的高压波形按正弦波形变化，上升沿缓慢。例如单相全波整流,x,线机，管电压波形一个周期是,10ms,，因有效曝光电压只占,5ms,，故工频机最短曝光时间至少要大于,3ms,。,7,、,便于智能化：高频机使用单片机对整机进行控制和管理，这和工频机相比有着显著的不同，单片机的应用将高频机的各种性能提高到一个崭新的水平。比如降落负载、曝光限时、故障报警、实时控制、数据存储、自动处理等，这些都是为,x,线机的数字化和智能化创造了必要条件。,1.9,高频,X,光机,23,滤线栅是由许多薄的铅条和易透过,X,线的低密度物质（木、铝或有机化合物等）作为充填物，交替排列组成的一块栅板。在线照射中，原射线投射方向与滤线栅的铅条排列间隙是在同一轴线上，它能通过铅条间隙而直达胶片产生影像。由于被照体产生的散射线是多中心、多方向的，其中大部分（特别向前方散射的）散射线被铅条所吸收，只有一小部分通过。滤线栅铅条间隙的充填物，是为了把非常薄而又软的铅条排列加以固定造型。目前多采用铝做充填物的滤线栅，它比有机化合物做充填物的滤线栅更精确坚固，而且本身也能吸收一部分散射线。,由于滤线栅铅条在吸收散射线的同时，也吸收一部分原发射线。因此，使用滤线栅摄影时，应相应的增加一定的照射量。,滤线栅结构示意图,1.10,滤线栅,24,滤线栅的选择,选择滤线栅时，既要考虑照片的影像质量，又要把被检者的照射剂量控制在最低限度，在只需要较低管电压的穿透能力下，使用高比值滤线栅是没有意义的，只能增加被检者的损害。,散射线消除效率随栅比值增大而提高。但栅比值超过,8,：,1,以后，其效率的提高幅度逐减，栅比,12,：,1,与,16,：,1,之间几乎无多大差别。一般来说，管电压在,90kV,以下时，可选用栅比值,8,：,1,的滤线栅；,90kV,以上可选用栅比值,10,：,1,或,12,：,1,的栅。格栅不能在倾斜摄影中使用，只在垂直或水平摄影下有大量散射线产生的胸部高电压摄影及双向血管造影时选用。,1.10,滤线栅,25,患者,低能射线的滤除：滤过,限束器的使用：防止其它部位受辐射,铅防护用具的使用：保护腺体（晶状体、甲状腺、性腺）,医生,依靠距离的防护,隔室操作,铅防护用具的使用：保护腺体（晶状体、甲状腺、性腺）,1.11 X,射线的防护,26,2,、口腔摄影,体层摄影原理,全景机,的拍摄原,理,三轴固定连续转换技术,狭缝摄影原理,27,全景机,狭缝摄影原理,成像原理,28,牙片机,光源,被照物体,影像接收器,成像原理,29,牙片机,影像接收器,胶片,CCD,传感器,（直接数字化）,牙片宝,（间接数字化）,传统,DR,C,R,成像原理,30,3,、数字剪影,DSA,DSA,技术是20世纪80年代继,CT,之后兴起的一项新的医学影像技术，是影像增强技术、电视技术和计算机技术相结合的产物。,DSA,是建立在图像相减的基础上。,在1961年有人提出利用两张相似图像的胶片与胶片间作,光学减影处理,从而突出两者间的差别。,光学减影的,缺点,：减影过程会丢失信息量，不能实时显示，要消耗大量的胶片。,31,3,、数字剪影,DSA,减影步骤,摄制普通片,制备,mask,片（蒙片）,摄制血管造影片,把,mask,片与血管造影片重叠一起处理成 减影片,32,分类：阴性对比剂和阳性对比剂,引入方法：直接引入和间接引入,药敏试验、药敏反应及处理方法,是将,不含对比剂,的图像和,含对比剂的,图像，分别经影像增强器增强，摄像机扫描而矩阵化，经模/数转换成数字化，两者相减而获得数字化减影图像，其结果是消除了造影血管以外的结构，突出了被造影器官,的血管,影像,，,最后经数/模转换成,模拟,图像。,3,、数字剪影,DSA,33,DSA,系统对,X,线源有一定的要求,包括两方面：,首先，,DSA,是采用脉冲图像采样方式，它要求发射,X,线的球管能够承受连续多次脉冲曝光的负荷量。,其次，,DSA,要求,X,线能量必须稳定。,从实施,DSA,的立场考虑，理想的,X,线源应具有三种重要性能：,提供高能量,点源,单色辐射,3,、数字剪影,DSA,34,DSA,检测模体,ROVi-8,用于,DSA,系统的质量控制检测。,特点：,模体体积小巧，内含丙烯酸衰减体、动态铜楔梯,和一个嵌入体（血管模拟体），它含有四条厚度的铝条用来模拟血管，铝条间充有碘的对比介质，该模体具有远程控制气动阀门，检测过程中使血管模拟体产生运动，这可有效地降低检测人员测量时的受照剂量。,3,、数字剪影,DSA,35,CR,的定义：,Computed Radiography,，即“计算机,X,线摄影”：将携带诊断信息的,X,线影像记录在影像板（,image plate,，,IP,）上，经读取装置读取，通过计算机处理，获得数字化图像。,4,、,CR,、,DR,4.1 CR,36,CR,的工作流程图,4.2 CR,流程,37,入射,X,光子被荧光层内的荧光体吸收，释放出电子，其中部分电子散布在荧光体内呈半稳定态，形成潜影，完成,X,线影像信息的采集和存储,潜影电荷数量与入射光子能量成正比,当用激光扫描已有潜影的,IP,时，,IP,表现出,PSL,（光激励发光,/,光致发光）现象，完成,X,线影像信息的读取,PSL,（光激励发光）荧光强度与潜影电荷数量成正比,4,.3,IP,成像原理,38,优点：,最后获取的是数字化图像：可进行多种图像后处理，易于储存、检索和传输。,只要曝光条件不离谱，都能获得满意的图像，从而有效减少重照。,可与原有的,X,光机匹配工作，节省资金，少花钱即能实现图像数字化。,X,线照射量动态范围大：可显示细微组织差异。,PSL,物质敏感度高，所需曝光剂量低，能有效减少患者受照射量。,IP,可重复使用几万次。,不足：,时间分辨力较差，难以显示动态图像,成像过程繁琐，未改变工作流程，工作效率相对传统,X,线摄影并没有提高，与,DR,更是没法比,空间分辨率不如常规的,X,线照片和,DR,4.4,CR,优缺点,39,非晶硅平板探测器（,间接放射成像）（,IDR,）,X,线影像先转换为可见光影像，再经光电转换、,A/D,转换等器件转换成数字图像。主流：,非晶硅,（,a-Si,）,根据,X,线影像转换为数字图像信号的过程不同，可分为,IDR,（间接放射成像）和,DDR,（直接放射成像）。,非晶硒平板探测器（,直接放射成像）（,DDR,）,X,线影像直接转换为数字图像，无中间环节 。主流：,非晶硒（,a-Se,）,4.5,D,R,的分类,40,IDR,的结构和工作原理,图像监视器,影像接收器,数据采集器,图像处理器,存储器,X,线机,系统控制器,X,线影像转换为可见光影像区分,IDR,与,DDR,类型的技术点,将可见光影像转换成模拟电信号，,A/D,再将把模拟电信号转换为,数字信号,对数字信号进行各种,图像处理,对整个系统的,控制和协调,存储、记录,数字图像,实时观测,所采集的,X,线影像,产生,X,线,IDR,图象质量比,CR,有较大的改善，但,这种转换机制由于存在,光线散射,过程，必然导致,图像分辨力,的降低。,41,DDR,的结构和工作原理,图像监视器,探测器矩阵,图像处理器,存储器,X,线机,系统控制器,平板探测器,FPD,把,X,线影像,直接,转换为,模拟电信号,，,A/D,再将模拟电信号转换为,数字信号,对数字信号进行各种,图像处理,对整个系统的,控制和协调,存储、记录,数字图像,实时观测,所采集的,X,线影像,产生,X,线,数据,控制,存储,调用,42,IDR,：,优点：,1,、转换效率高；,2,、动态范围广；,3,、空间分辨率高；,4,、在低分辨率区,X,线吸收率高（原因是其原子序数高于非晶硒）,5,、环境适应性强。,缺点：,1,、高剂量时,DQE,不如非晶硒型；,2,、因有荧光转换层故存在轻微散射效应；,3,、锐利度相对略低于非晶硒型。,DDR,：,优点：,1,、转换效率高；,2,、动态范围广；,3,、空间分辨率高；,4,、锐利度好。,缺点：,1,、对,X,线吸收率低，在低剂量条件下图像质量不能很好的保证，而加大,X,线剂量，不但加大病人射线吸收，且对,X,光系统要求过高。,2,、硒层对温度敏感，使用条件受限，环境适应性较差。,4.5,IDR,与,DDR,的优缺点,43,DR,系统,更高的工作效率,更好的影像质量,更为流畅的工作流,较低的运行成本,较高的初始投资,CR,系统,较低的初始投资,方便旧设备改造,图像质量不如胶片,费时、运行成本较高,4.5,DR,与,CR,的比较,44,A,、时间减影：,选择血管造影系列图象中的若干帧作为造影像和蒙片进行数字减影处理，可得到,CR,血管减影图象。,优点：视野大，空间分辨力高，动态范围宽。,缺点：时间分辨力差，无法实现高频采集和实时显示。,B,、能量减影,（,X,线吸收率减影）,用两个不同千伏的,X,线摄影条件分别摄影，选择其中任何一帧作为蒙片进行减影，则可消除某些组织。例如对胸部行能量减影处理可消除肋骨影像，以利于观察低对比度肺野。,4.6,DR,与,CR,的的减影处理,45,乳腺摄影的成像原理,利用软,X,线对乳腺组织进行投照，通过胶片进行感光，经过显影，定影等程序进行成像。,X,线球管,乳腺压迫装置,滤线栅,操作台,5,乳腺机,46,X,线球管：,是获取乳腺高对比图像的主要决定因素。,一般的,X,线机，球管的阳极钯面是钨，产生的波长为,0.008-0.031nm,波长短，穿透力强，为硬射线。而钼钯产生的波长为,0.063-0.071nm,波长长，穿透力弱，为软射线。铑钯产生的波长介于两者间，穿透力较钼钯强。对致密型腺体显示效果优于钼钯。,5,.1,软,X,射线,47,作为,一附加投照位置，有时有很大的价值。,一般在以下情况可进行投照此位：,1,、临床触及硬物或肿块时，而,X,线片未能显示；,2,、钼钯片疑有微小钙化而不能完全肯定时；,3,、行乳管造影，疑有小分支导管病变时；,5,.2,局部放大,48,焦片距与物片距，是影响影像放大的两个主要因素，当焦片距一定时，物体影像放大就决定于物片距。物片距越远，影像放大就越大；如果物片距保持不变，焦片距越近，影像放大也越大。所以在一般线摄影中，为使物体影像保持最小的放大率，应遵循两个原则：物体尽可能接近胶片；焦点与胶片保持足够远的距离。,前面提到了影像放大的照片质量的影响不如变形严重。但对于需要测量的部位，如心脏测量、眼球异物定位等，影像的放大就成了主要矛盾，这时焦点胶片距离的确定很重要。,5,.2,局部放大,49,CT,的空间分辨力与密度分辨力,相互牵制，难以兼得。,空间分辨力（,spatial resolution,）：分辨相邻,2,点的能力。低于,X,线照片。,密度分辨力（,density resolution,）：分辨组织对,X,线吸收量差别的能力。远远高于,X,线照片。,6,CT,机的分辨力,50,6,CT,机的扫描方式和分代,51,X,线照射时间越长或剂量越大，人体就会吸收越多的,X,线，就越容易造成细胞癌变或对胎儿产生致畸的可能。,有关资料表明：人体接受一次,CT,扫描检查所获得的辐射剂量，相当于一次,X,线透视检查剂量的,5,一,10,倍,;,腹部,CT,扫描检查的辐射剂量为腹部平片的,8,倍,;,妇女进行腹部或骨盆,CT,扫描造影时，子宫受照射剂量要比常规,X,线检查高,5,一,7,倍,;,而骨髓检查的受照量更要比普通,X,线检查高出,16,一,23,倍。,（一般能达到几个毫西弗）,6,CT,照射的剂量,52,Catphan 500,模体 序号：,应用于轴向,CT,扫描和螺旋,CT,扫描成像系统的性能评价和质量保证。,Catphan 600,模体 序号：,最大程度的满足于多层螺旋,CT,扫描仪系统的性能评价和质量保证。用于提高放射治疗计划系统中的采样灵敏度。,6,CT,剂量检测模体,53,带电粒子加速器,是用人工方法借助不同形态的电场，将各种不同种类的带电粒子加速到更高能量的电磁装置，常称为,“,粒子加速器,”,，简称,“,加速器,”,。,电子受行波电场加速，,不能简单地理解,为行波像一节车厢，电子像旅客，火车速度加快了，旅客前进的速度也加快，车厢必定带着旅客一起走，行波和电场不是这种简单的关系，没有什么东西把电子绑在行波的波峰上。,在加速过程中，波在前进，电子也在前进，在这个意义上它们是相互独立的，但它们又是相互联系的，当同步条件得到满足时，场给电子以加速力，电子从场中获得能量，反之，同步加速条件受到破坏，电子落入减速相位，则电子会把自身的能量交换给场。,7,直线加速器,54,55,医用电子直线加速器按其能量范围分为低、中、高三类。,X,射线能量范围,及能量分档,电子射线能量范围及能量分档,应用范围,低能机,46MeV,，,1,档,无,深部肿瘤,中能机,810MeV,，,1,档,515MeV,，,35,档,大部分深部肿瘤、,部分表浅肿瘤,高能机,610MeV,，,1525MeV,，,1,档,525MeV,，,58,档,同上,7,直线加速器的分类,56,7,直线加速器的模体,三维水箱,MP3-M,二维水箱,2,57,8,SPECT,和,PET-CT,58,8.1,SPECT,成像原理,是一台高性能的,照相机的基础上增加了支架旋转的机械部分、断层床和图像重建（,reconstruction,）软件，使探头能围绕躯体旋转,360,o,或,180,o,，从多角度、多方位采集一系列平面投影像。通过图像重建和处理，可获得横断面（,transverse section,）、冠状面（,coronal section,）和矢状面（,sagittal section,）及其它斜断面的断层影像,。,59,8.1,SPECT,成像原理,60,SPECT,断层图像校正,衰减校正及散射校正,衰减校正：,补偿组织对光子的衰减，以提高图象质量和准确,软件校正：假想组织对光子的衰减是均匀的，对非均匀衰减的校正效果均不理想,透射扫描校正法：用放射源或,CT,投射扫描获得成像组织衰减的分布，即衰减图。利用衰减图在图像重建过程中，进行衰建校正。这种校正是针对具体的衰减分布进行的,所以对于非均匀衰减的情况能校正出较为理想的重建图像。,8.2,SPECT,校正,61,断层均匀性,空间分辨率,旋转中心,断层对比度,断层灵敏度和总灵敏度,8.2,SPECT,断层性能指标,62,照相机和,SPECT,的质量控制,主要性能指标：线性、均匀性、空间分辨率,真实分布,桶形失真,枕形失真,8.2,SPECT,断层性能指标,63,放射性药品（,Radioactive drugs,）：,用于临床诊断或者治疗的放射性核素制剂或其标记药品。,用于显像,-,显像剂。,获得国家药品监管部门批准的放射性药物称为放射性药品。,引入体内后，可被核医学探测仪器在体外探测到，从而适用于显像和功能测定的一类放射性药品。,8.3 SPECT,的药品,64,用途,治疗,诊断,功能测定,体外分析,体内诊断,显像,单光子,正电子,体内治疗,体外治疗,8.3 SPECT,的药品,65,诊断用放射性药品的要求,放射性核素应有适当的物理半衰期,T,1/2,适当的有效半衰期,Te,发射单一,、,X,射线，能量适中,(80200kev),高的靶,/,非靶（,T/NT,）比，靶器官中积聚快，血液中清除快,良好的稳定性（化学稳定性，辐射稳定性，标记稳定性，体内稳定性）,其他：物理性状、,PH,、无菌、无热源、无毒性，放射性核素纯度，放射化学纯度,。,1,、具有很强的电离辐射作用和生物效应，同时只具有很弱的穿透能力，常用发射,射线的核素，近期发展,和,EC,的核素。,2,、有很高的靶,/,非靶（,T/NT,）特性，靶器官浓聚快,。,8.4,诊断用药品要求,66,由医用小型回旋加速器,(baby cyclotron),生产。,多为超短半衰期同位素，通常由医院内的小型回旋加速器即时生产，就地使用。,常用正电子核素均为组成机体内的固有元素，在研究人体组织细胞的生理、生化、代谢、受体等诸方面均显示出独特的优势。,氟,18,F,脱氧葡萄糖（,18,F-fluorodeoxyglcose,，,18,F-FDG,）是目前临床应用最为广泛的正电子放射性药品。,8.4,诊断用药品要求,67,放射性核素,生产,放射性药物,质量控制,临床应用,标记,第一节 放射性药品及质量控制,8.4,诊断用药品要求,68,以铀,-235,（,235,U,）和钋,-239,（,239,Pu,）为核燃料，利用其衰变过程中产生的中子轰击靶物，产生核反应，再经过一定的化学纯化处理，即可得所需放射性核素。,如：,3,H,、,14,C,、,32,P,、,51,Cr,、,99,Mo,、,113,Sn,、,125,I,、,131,I,、,133,Xe,、,153,Sm,、,198,Au,、,203,Hg,等,8.4,诊断用药品要求,69,发生器,8.5,药品制备,70,（一）化学合成法,：使用含有放射性核素的合成原料，根据通常的化学合成原理，制备标记化合物。,（二）生物合成法,：利用动、植物或微生物的代谢过程或生物酶的活性作用，将放射性核素注入所标记物分子上去，生物合成法分为全生物合成和酶促合成两种，前者是利用生物代谢性过程完成合成，后者是利用某些特定的酶，促进放射性核素与被标记物反应，合成所需要的化合物,。,（三）,同位素交换法,：标记分子中的一个或多个原子被具有不同质量数的同种原子的放射性同位素置换，该标记化合物除了有同位素效应外，其理化、生物学特性是相同的。,8.5,药品制备,71,（,四）络合反应法,：将中心原子与一定数目的负离子或中性分子直接结合，组成复杂络合物的方法。是制备放射性药品的常用方法，如,99,Tc,m,的放射性药品制备。,络合反应法合成的放射性药品，有些需加入双功能螯合剂，经螯合作用后生成复杂的“放射性核素,-,螯合剂,-,被标记物”形式的螯化物。,（五）正电子放射性药品的制备方法,：由于,11,C,、,13,N,、,15,O,、,18,F,半衰期短，其制备时间应控制在,3,个半衰期内，故正电子放射性药品的制备基本全部在计算机控制的具有严密防护的自动合成装置和特制的化学合成模块中进行。常用于,18,F,制备的方法有：亲核氟代标记法和亲电氟代标记法。,68,Ga,、,82,Rb,、,62,Cu,等正电子放射性药品的制备与,99,Tc,m,放射性药品相似，多采用配套的配体药盒。,8.5,药品制备,72,采用正电子核素标记的放射性药物，真正反映体内分子代谢的影像,不使用准直器，利用淹没辐射后两个伽马光子互成,180,度而采用符合探测，即电子准直,PET,的性能不断提高，装机量也逐年上升,美国及欧洲一些国家政府和保险公司已将多种,PET,检查列入医疗保险范围,我国从上世纪,90,年代中期开始引入,PET,8.6 PET-CT,断层仪,73,正电子衰变与淹没辐射,符合窗与符合探测,8.6 PET-CT,断层仪,74,PET,成像原理,引入人体内的发射正电子的放射性核素及其标记物发射出的,粒子在体内经湮灭辐射产生两个方向相反和能量均为,511Kev,的光子同时入射至互成,180,环绕人体的多个探测器通过,符合探测,(,coincidence detection,),而被接收，把这些光子对按不同角度分组，就得到放射性核素在不同角度的投影。再通过图像重建即可得到各断面的断层图像。,8.6 PET-CT,断层仪,75,符合探测,(coincidence detection),8.6 PET-CT,断层仪,76,随机符合和散射符合计数都和噪声一样，会降低图像分辨率和对比度，影响图像质量。,符合计数率增加到一定程度时，随机符合和散射符合计数率以平方级数增加。,PET,药物活性度增高到一定程度时，图像质量反而严重下降。,77,PET,晶体,晶体性能：包扩,发射光谱、衰减长度、 闪烁衰减时间、 光电效应分支比、发光效率等,晶体的种类 时间分辨好、阻止本领强、光产额高,高档,PET,使用,锗酸铋,(Bi,4,Ge,3,O,12,BGO),、掺铈的氧化正硅酸钆（,Gd,2,SiO,5,Ce, GSO,）、掺铈的氧化正硅酸镥（,Lu,2,SiO,5,Ce, LSO,）,低档,PET,主要使用碘化钠（,NaI(Tl),）晶体。,8.6 PET-CT,断层仪,78,PET,主要性能指标,能量分辨率,(energe resolution),与能窗,(energy window),空间分辨率 由于理论及探测技术上的限制，,PET,所能达到的空间分辨率是有限的,正电子的飞行距离,探测到的湮灭辐射双光子的位置并非发射正电子的核素的位置。正电子的能量从零到最大（衰变能）连续分布,因此正电子的飞行距离也是从零到最大射程连续分布的。大多数正电子的能量位于,1/3 E,max,左右，不同的核素,E,max,不同，其正电子飞行的平均距离也不同。,8.6 PET-CT,断层仪,79,电子的运动 动量守恒定律；两个伽马光子成角与,180,度稍有偏差。,探测技术限制：,PET,在运行中的实际空间分辨率与许多因素有关：如采集方式、图像重建、最终图像的信噪比等。,实际系统的分辨率达不到极限值，目前最好的专用型,PET,的分辨率接近,4mm(,18,F),PET,主要性能指标,8.6 PET-CT,断层仪,80,灵敏度,系统灵敏度取决于扫描仪的设计构造及数据的采集方式。如在,2D,方式时，至多有,3%,的湮灭辐射事件可被探测；在,3D,时，灵敏度可增加,5,倍,示踪剂剂量一定时，灵敏度越高，所需的扫描时间越短，对动态采集有重要意义；在静态采集时，灵敏度高，可有效地缩短采集时间。当扫描时间一定时，灵敏度越高，所需示踪剂剂量越小，降低病人所接受的辐射剂量，有利于辐射防护。,PET,主要性能指标,8.6 PET-CT,断层仪,81,PET,图像的采集,采集过程包括空白扫描、透射扫描和发射扫描,发射扫描又可从空间上分为,2D,和,3D,方式,时间上分为静态、动态和门控采集,此外还有局部和全身采集方式,8.6 PET-CT,断层仪,82,探测器归一化,放射性核素的衰败校正,组织衰竭校正,散射校正,随机符合校正,死时间校正,PET,原始数据,的校正,8.6 PET-CT,断层仪,83,PET-CT,融合示意图,CT,图像,何处有病灶,？,84,PET-CT,融合示意图,PET,图像,病灶在何处？,85,PET-CT,融合示意图,PET-CT,图像融合,病灶原来在这里,86,目前，,PET,已经从实验室研究应用发展进入了临床实用的阶段。它的主要应用领域是肿瘤学、心脏病学、神经系统以及其他生理、病理的研究。,特别需要提出的是：正电子核素是人体固有组成元素的同位素。这种核素可标记多种生物分子而不会改变标记分子的生物特性和功能。实际上，示踪剂可视为携带生物信息的分子。,PET,利用这种,“,信息分子,”,可以从生物体本原水平显示其存在、状态和变化，它将是联系分子生物学和临床医学的桥梁。,8.6 PET-CT,断层仪,87,8.7,药品特点,核医学实践过程中放射线的来源主要是各种放射性药物，即非密封源，它产生外照射，更由于注射和污染而产生内照射,。,核医学实践中的放射线来源,1,、非密封源外照射,2,、表面放射性污染,3,、工作场所的放射性空气污染,88,放射性核素内照射作用特点,1,、多种不同,LET,辐射的混合作用,2,、不同,RBE,的生物学作用,3,、持续作用,4,、电离辐射效应与化学毒性的联合作用,5,、核药物在特定器官的选择性蓄积作用,1.4,放射性核素内照射损伤的特点,1,、损伤部位和特定器官的选择性,2,、对进入和排泄途径器官和组织的局部损伤,3,、病程分期不明显,8.7,药品特点,89,放射性药物和相关设备的防护与安全性能要求,广义的放射性药物：含有一种或多种放射性核素的医药制剂、医学使用的放射性核素发生器、与核素发生器配套使用的药盒，制备放射性药物的前体。,放射性药物是用于医学诊断或治疗的某种特定核素及其标记的化合物或生物制剂，既具有普通药物的性质和用途，又具有标记核素的性质和作用。,常用的放射性核素：,显像与功能测定放射性核素：氟,-18,，,99,Tc,m,.,治疗类放射性核素：,131,I,，,32,P,212,Bi.,体外放射性核素：,125,I,，,3H,。,8.7,药品特点,90,核医学中常用的放射性核素来源,医用放射性核素可以从反应堆和加速器生产，从乏燃料中提取，放射性核素发生器获得。,反应堆生产的放射性核素在临床中用的最多的是,131,I,、,32,P,、,153,Sm,。,加速器生产的医用放射性核素，碳,-11,，氮,-13,，氧,-15,，氟,-18,。,乏燃料提取的核素：,99,Mo,90,Sr,131,I,89,Sr.,放射性核素发生器生产的医用放射性核素,放射性核素发生器：一种能从较短半衰期的母体放射性核素中分离出由它衰变产生的较短半衰期放射性子体核素的装置。,8.7,药品特点,91,对放射性核素发生器的基本要求：,1,）子体核素必须具有高的放射化学纯度和放射性核素纯度，以确保放射性药品的质量；,2,）子体核素必须具有适宜的核性质，在满足诊断或治疗用途的前提下，尽可能减少患者所受的电离辐射剂量；,3,）产品必须无菌和无热原，能方便地制成临床适用的放射性药物；,4,）母体核素容易获得，便于运输和应用；,5,）核素发生器结构设计合理、紧凑，操作简便，使用安全，应设置屏蔽体；,6,）现场淋洗时应另设附加屏蔽，确保工作人员安全。,8.7,药品特点,92,对放射性药物的基本要求,诊断用放射性药物的要求,1,、适宜的核特性,对于诊断，要求核素发射穿透性好的,射线，半衰期在能满足诊断检查所需时间的前提下应尽可能短。,2,、毒性小、体内廓清快,3,、放射性核素的活度和放射性纯度高。,4,、放射化学纯度高,5,、良好的体内分布特征,选择性吸收好，非靶区器官和组织中廓清快，在排泄器官和通道内的放射性滞留对需要显像的组织与器官的显像干扰要小。,8.7,药品特点,93,临床核医学中的放射防护与安全,核医学放射防护的基本原则,1,、核医学实践的正当性；,2,、放射防护与安全的最优化；,遵循,ALARA,原则，并不是要求把工作人员受到的剂量控制得越低越好，而是使受照射水平降低到可以合理做到的尽可能低的水平。,核医学体内诊断过程的最优化考虑,建立核医学诊断中所用放射性药物活度的指导水平，以便执业医师使用。,避免对怀孕和可能怀孕的妇女进行放射性药物治疗。,8.8,核医学的辐射防护,94,3,、个人剂量限制。,剂量约束，个人剂量限值,核医学实践中放射防护的基本方法,核医学实践中外照射的来源,防护外照射的措施：时间防护，距离防护，屏蔽防护,对于,PET/CT,，由于,CT,产生,X,射线，因而适用对医疗诊断和治疗所用的辐射发生器和辐照装置适用的防护标准。,对于小型回旋加速器，不适用于医疗诊断和治疗所用的辐射发生器和辐照装置适用的防护标准。监管部门应该要求注册者或许可证持有者把类似于放射性核素在工业生产中适用的那些防护标准作为回旋加速器的防护安全标准，并且要注意其产生的外照射和感生放射性的防护。,8.8,核医学的辐射防护,95,核医学实践中内照射来源与防护,放射性核素内污染的来源,防治内污染的基本原则：控制污染，防止污染无扩散,基本措施：围封隔离，室内净化通风，及时去污，密闭包容，个人防护，放射性废物正确收集与处理，污染监测。,开展体内污染监测的方式：全身测量装置，对于特定的核素采用体外直接扫描，监测排泄物。,8.8,核医学的辐射防护,96,核医学实践中应用和操作放射性物质的基本原则,1,、限制数量,2,、选用毒性较低的放射性核素,3,、简化操作工艺,4,、缩短操作时间,5,、放射性活度确认,制备放射性药物时的安全防护问题,1,、操作条件的屏蔽，,2,、配备个人防护用品，,3,、备用远距离操作放射性物质的工具，,4,、备有盛装放射性废物的容器，,5,、备有带报警功能的辐射剂量监测器，备有污染监测仪，,6,、备有去污、设施和去污剂，,7,、备有标示、标签和记录，以利于溯源与质量保证。,8.8,核医学的辐射防护,97,放射性药物的存放,1,、放射性药物的存储容器和保险箱要有合适的屏蔽，放置应合理有序，容易鉴别和取放；,2,、放射性药物的储存室要有专人负责，并定期进行辐射剂量监测，无关人员不准许进入；,3,、有用专用的容器储存或转运放射性核素与药物，转运时要确保不能损坏盛装容器；,4,、放射性核素与药物均要进行进出登记。,核医学诊疗过程对患者的防护与安全措施,1,、核药物选择及检查程序监督；,2,、合理减少患者的吸收剂量；,3,、对育龄妇女的防护，应仔细询问患者，估计其怀孕的可能性，要做妊娠试验加以确定；,4,、孕妇及胎儿的防护，确定检查是否非常必要，一般情况下应当不施行；,5,、对哺乳婴儿的防护，暂停授乳或采取其他措施；,6,、对患者家属或陪护人员的防护，应少接触患者；,7,、对儿童应优先考虑其他的检查手段。,8.8,核医学的辐射防护,98,放射性废物的收集、处理原则与方法,放射性废物管理需要注意的三个问题：,1,、注意必须区分临床核医学实践中产生的放射性废物与医学研究中产生的放射性废物，不可混同收集和处理；,2,、必须区分放射性废物与非放射性废物，不可混同收集和处理；,3,、应力求控制和减少放射性废物产生量。,8.8,核医学的辐射防护,99,放射性废液的收集与处理,1,、使用放射性核素量比较大，产生污水比较多的核医学工作场所，必须有废水专用处理装置或分隔式污水池。轮流收集、存放和排放废水。,2,、产生放射性核素废液而无废水池的工作场所，应将废液注入收集容器内存放,10,个半衰期后，排入下水道系统。如果是长半衰期核素，可先固化，然后作固体废物处理。,3,、低放废液可以直接排入流量大于,10,倍排放流量的普通下水道。,4,、废液的豁免排放。,8.8,核医学的辐射防护,100,固体放射性废物收集与处理,1,、固体废物收集应按废物分类标准和废物的可燃与不可燃、有无病原体和毒性分开收集于具有外防护层和电离辐射标志的污物桶内，污物桶避开工作人员经常走动的地方；,2,、设有专门的固体废物贮存室，建造结构应符合放射防护要求，具有通风设备，出入口设有电离辐射标志，废物的类型、核素种类、活度和存放日期都要有说明；,3,、只有达到豁免水平，才能处理废物；,4,、含有放射性核素的动物尸体应防腐、干化、灰化。,8.8,核医学的辐射防护,101,气载废物的处理,适用,Xe-133,诊断病人的产所， 收集呼出的,Xe-133,气体，不可直接排入大气。其他的非密封源操作场所应具备良好的通风条件，最好在通风系统中放置气溶胶吸收过滤装置，以减少排泄。,建立废物管理制度,应有专（或兼）职人员负责废物的收集、分类、存放和处理，管理人员应熟悉废物管理原则和掌握剂量监测技术，并必须在作业时使用个人防护用具和防护设施，防止受到过量照射。必须设废物存贮登记卡记录废物主要特性和处理过程并存档备案，有应急安全措施，贮存室的显著位置应设安全警戒信号。废弃密封源的处理，应送到批准的废物处理机构处理，并存档备查。,8.8,核医学的辐射防护,102,临床核医学事故防范与应急准备,放射诊疗工作单位必备的条件,1,、具有与所从事的放射工作相适应的场所、设施和装备及相应的资料；,2,、放射工作人员必须具备相应的专业及防护知识和健康的身体条件；,3,、有专职（或兼职）的放射防护管理机构或人员以及必要的防护条件；,4,、有严格的有关安全防护管理规章制度；,5,、申请单位取得放射诊疗许可证后，方可从事经许可的放射工作。,许可证,12,年进行一次核查，核查情况有原审批部门记录在许可证上。,8.8,核医学的辐射防护,103,核医学放射防护的管理与责任,职业人员任职条件：,1,）具有一定的学历和相应的专业技术知识，获得,执业医师证书,或相应的专业技术资格证书；,2,）经健康检查符合放射工作职业要求；,3,）掌握放射防护知识及有关法律法规，经培训考核合格；,4,）经核医学培训，考核合格；,5,）用人单位聘用新工作人员时，应从受聘人员的原单位获取他们的原有职业受照记录及其他有关资料。,职业人员责任和义务：遵守规章制度，正确使用监测仪表和防护设备与衣具，防护安全经验总结与共享，不故意违反或导致他人违反规章，学习防护与安全知识，接受培训和指导，使自己能按国家标准要求进行工作。,8.8,核医学的辐射防护,104,职业人员的健康管理,每年都应安排职工进行体检,（,1,）岗前体检,检查内容：了解个人家庭成员既往病史，接触电离辐射历史，婚育史；当前健康状况良好，各系统功能正常，语言表达和书写能力正常；外周淋巴细胞染色体畸变率和微核率正常；尿和精液检查结果正常；造血功能正常。,（,2,）就业后的健康监护,监护内容：工种和主要受到的照射类型；工龄和受到的外照射累计有效剂量及摄入放射性核素的待积有效剂量；就业以来曾患过何种疾病及其治疗情况；对当前承担工作的适应情况；是否收到过事故照射或参加过应急干预行动，及其受照剂量情况。,8.8,核医学的辐射防护,105,临床核医学事故案例,案例一：复苏过程中放射性物质从患者体内溢出，导致放射性污染事故。一个,87,岁的患者通过食道插管被局部给予,7.4GBq,碘,-131,以缓解由于转移甲状腺癌所导致的食管压迫，大约接受这一剂量,34,小时后，病人由于心肺功能停止而死亡。抢救过程中有放射性污染的血和尿溢出。在场人员的衣物没有进行放射性监测，其中一名护士记录的最高剂量是,0.3mGy,。,8.8,核医学的辐射防护,106,案例二,一,60,岁老年女性患者，甲状腺癌切除术后，需要进行口服放射性核素碘,-131,的进一步治疗，处方剂量为,6475MBq,。医院通过供应商得到一瓶所需的剂量的碘,-131,，同时还得到另外一瓶,5180MBq,的碘,-131,，技术员核对后做好标签并将两瓶碘,-131,放在同一通风柜内。当要给患者服药时，换了另外一个技术员去取药，想当然地将两瓶药物同时取来。医生核对处方剂量后，但没有核对内容物标签，想当然认为要使用两瓶药物，就指导技术员给患者服用了两瓶碘,-131,。第二天才发现用错了处方。患者多服用了,5180MBq,的碘,-131,。,8.8,核医学的辐射防护,107,应急预案的内容,：（,1,）应急机构和职责分工，（,2,）组织、培训以及应急和救助的装备、资金、物资准备，（,3,）放射事故分级与应急响应措施；（,4,）放射事故调查、报告和处理程序。,应急人员的剂量控制：应急人员除抢救生命外，所受到的剂量保持在最大单一年份剂量限值的两倍以下；抢救生命的行动，将工作人员受到的剂量保持在最大单一年份剂量限值的十倍以下，防止确定性效应发生。,8.8,核医学的辐射防护,108,