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单光子发射计算机断层显像(SPECT)核医学的方法进行脏器显像或功能测定时，医生根据检查目的，给病人口服或静脉注射某种放射性示踪剂，使之进入人体后参与体内特定器官组织的循环和代谢，并不断地放出射线。在体外用各种专用探测仪器追踪探查，以数字、图像、曲线或照片的形式显示出病人体内脏器的形态和功能。SPECT有多探头环型和旋转γ照相机型两大类多探头环型SPECT由数量众多的探测器同时分别探测到各个方向的射线投影，经过计算机重建获得断层图像。具有断层灵敏度高、空间分辨力好、成像时间短等优点，甚至可以进行快速动态断层显像。但因价格较高，不能同时兼顾平面显像和全身显像，使临床应用受限。旋转γ照相机型SPECT是让γ照相机探头围绕病人旋转360°或180°进行完全角度或有限角度取样，在旋转过程中可以连续或每隔一定角度（通常是3o或6o）采集一帧人体内放射性核素分布的投影图，然后经计算机重建为被检脏器的断层图像。这种SPECT同时兼有平面、全身和断层成像的功能，是今SPECT的主流机型。Siemens的SPECT系统GE的SPECT系统SPECTSPECTSPECT旋转γ照相机型SPECTγ相机型SPECT的核心部件是它的探头，具体工作过程：①采集开始前，采集计算机为探头提供与所用核素相适应的校正和设置信息。②病人体内放射性药物发出的γ射线穿过安装在探头前面的准直器到达探测器，准直器尽可能地确保打到PMT上的γ光子能直接与病人体内的原始位置保持一致。③γ光子通过准直器后，与NaI（Tl）晶体相互作用，此相互作用在晶体内产生可见光（闪烁光），在晶体中产生的光的数量与γ光子的能量成正比。④可见光被安装在晶体后面的PMT阵列所探测。⑤PMT把晶体内的闪烁光放大到足够大，以便传输给后续电路。模拟式γ相机探头通过位置电路和能量电路获得γ光子的位置，并记录为一次有效的闪烁事件。数字式γ相机探头则直接把PMT信号转换为数字信号，并滤波与预定义的阈值相比较，进而被处理成一个闪烁事件。⑥闪烁事件传送给采集计算机，每个事件包括X、Y位置坐标和能量Z信号，采集计算机应有必要的校正，获得的图像反映了病人体内的放射性药物的分布。SPECT的原理SPECT结构与工作原理SPECT通常由高性能和大视野的γ相机探头、旋转机架、多功能检查床、采集和处理工作站以及辅助装置组成（一）γ相机探头SPECT的探头由准直器、NaI(Tl)闪烁晶体、PMT矩阵以及位置与能量电路等组成，将这些部分组装在一起组成可以单独运动的部分称为探头。（二）机架（gantry）SPECT的机架用于支撑整个探头，并精确控制探头和检查床的各种运动。（三）检查床（四）采集工作站和处理工作站伽玛照相机的组成探头探头支架病床操作控制台及数据处理装置γ相机的探头NaI晶体光电倍增管准直器孔探头周围铅屏蔽准直器固定结构准直器准直器位于晶体之前，准直器能够限制散射光子，允许特定方向γ光子和晶体发生作用。准直器的性能在很大程度上决定了探头的性能。准直器主要性能参数（1)空间分辨力：R=（a+b+c）×d/aa为孔长（即准直器的厚度）；b为被测物与准直器外口的距离，c为准直器内口与晶体的平均距离，d为外口直径（2）灵敏度：是指探头实测单位活度（如1MBq）的计数率（计数/秒）。准直孔越大，灵敏度越高；孔间壁越厚，灵敏度越低。因此，对于给定核素，准直器的空间分辨力与灵敏度是一对矛盾（3）适用的能量范围：主要与孔间壁有关，厚度0.3mm左右适用于低能射线探测，1.5mm左右适用于中能，2.0mm左右适用于高能。分类（1）按准直孔的几何形状分：可分为针孔型、会聚孔型、扩散孔和平行孔型准直器四种（2）按性能的不同分：可分为高分辨力、通用和高灵敏度型准直器3种。（3）按适用的能量范围分：可分为低能（150keV）、中能(150～350keV)、高能（350～500keV）和超高能（500keV）准直器。平行孔准直器孔道垂直于晶体表面。每个孔仅接收来自正前方的射线，而吸收掉其他方向上的射线。越接近准直器表面，空间分辨力越好，越远分辨力越差。但灵敏度随距离的增加却变化不大。性能由孔数、孔径、孔长、间壁厚度和准直器的材料决定。图像大小与靶器官与准直器之间的距离无关。针孔准直器针孔型准直器是单孔会聚型准直器。有效探测立体角很小，灵敏度很低，所成影像与实际物体倒向。影像的大小与准直器外口至探测物体的间距有关，间距越小，影像越大。放大影像；增大小孔直径，提高灵敏度，但降低分辨率，图像模糊；适用于浅表的小脏器、小病变。扩散型准直器扩散孔型准直器中部的孔道仍保持平行，但周边孔道逐渐向外扩散，扩大了有效探测视野，周边部位的灵敏度和分辨力降低。其优点是可探测视野随放射源与准直器距离的增加而增大；缺点是灵敏度和分辨力较平行孔准直器差，而且随放射源与准直器距离的增加而变坏。利用这种准直器，被测物被缩小，但并不是所有的部分都受到相同的缩小，故易产生影像畸变。会聚型准直器会聚孔型准直器的中部孔道保持平行，周边孔道会聚于探头外，提高了显像灵敏度和分辨力，但也容易出现图像的畸变。适用于比探头视野小的脏器成像，提高图像分辨力。典型的会聚孔准直器是扇形准直器，主要用于脑成像。3．准直器的选择①根据所用核素选择：高能核素显像使用高能准直器，这种准直器厚度大，准直器孔的隔膜厚（防止斜射的光子从一个孔穿到另一个孔而引起位置的不确定）。②根据显像目的选择：对于快速动态成像，因采集时间短，故采用高灵敏准直器以提高计数率，减少统计噪声。而对于静态成像则多选用高分辨力准直器，并通过增加采集时间以弥补灵敏度的下降。4．临床常用的准直器探头的组成NaI闪烁晶体光电倍增管（二）闪烁晶体1．作用其作用是将入射的γ射线转化为荧光光子。γ射线入射到晶体后，与之发生相互作用，闪烁晶体吸收γ射线能量使原子或分子激发，受激发的原子或分子在退激时发射荧光光子，荧光光子的数目、能量、输出的光脉冲幅度与入射γ射线的能量成正比。利用光导、光反射物质和光耦合剂将荧光光子尽可能收集到PMT的光电阴极上。铊激活碘化钠[NaI(Tl)]探测晶体普遍用于γ相机中。这种晶体对于γ射线有最佳的探测效率。探测晶体一般为圆形或矩形，典型的是3/8’’厚且尺度为30-50cm。γ光子与探测器相互作用（光电效应和康普顿散射），导致电子释放而继续与晶体相互作用产生光，这种过程称为闪烁。碘化钠晶体的优点是它的密度大(含有原子序数高的元素碘)，对γ或x射线的阻止能力强，所以吸收率高，发光效率高，使其探测效率达到20%-30%另外，晶体荧光衰减时间短〔0.23一0.25us)，故它的时间分辨力率很高，用于高计数率工作晶体产生荧光光子的数量与入射γ射线能量之间线性范围较宽亦能满足要求。另外一个优点就是晶体的制备较为方便，大小形状容易满足临床应用要求。目前临床使用的NaI(Tl)晶体直径己有超过400mm.碘化钠晶体主要缺点在于易潮解，颜色变黄，使品体透明度减低，灵敏度降低，性能变坏，故使用时必须对探头进行密闭封装，保持四周的干燥，若长期不用则应存放在干燥器皿或防潮箱中以防受潮。对大直径或大尺寸的碘化钠晶体，其环境的温度必须保持恒定，因较大的温差变化容易因热胀冷缩不均匀产生破裂。此外，碘化钠晶体的能量分辨力较差。CsI(Tl)有比NaI更高的原子序数，适于探测γ射线，而且碘化铯不易碎裂，也不潮解，使用更加方便可靠，但价格较贵，其能量转换效率远低于碘化钠硫化锌有很高的发光效率，它通常用银做激活剂，但因它只能制成多晶粉未，呈半透明状.所以一般涂一薄层探测带电粒子2．晶体的封装晶体位于准直器和PMT之间。其准直器面(入射面)采用铝板密封，既能透过γ射线，又能遮光；与PMT接触的一面(发光面)用光导玻璃密封，晶体内所产生的闪烁光子能顺利地进入PMT。侧面的铝板和晶体之间垫有一层泡沫塑料，起保护晶体的作用。在泡沫塑料和晶体间涂有氧化镁涂剂，用来反射晶体内产生的闪烁荧光，以提高探测效率。3．对闪烁体的要求①对射线有较大的阻止本领，即对射线有强的吸收，以达到高的探测效率；②发光效率高，并且不随射线的能量而变化，满足后一条件才能使输出的光脉冲强度与射线能量成正比；③发光延续时间短，即保证有较高的时间分辨力；④发光光谱能与PMT的光谱响应相匹配。4．NaI(Tl)晶体的特点①发光效率很高，其最强发射光谱波长为415nm左右，能与PMT的光谱响应较好匹配，晶体透明度也很好。②NaI晶体的密度较大(ρ=3.67g/cm3)，以及高原子序数(碘Z=53)，对γ射线的探测效率很高。③晶体荧光衰减时间短（0.23～0.25μs），时间分辨力很高，可以适应高计数显像。④晶体产生荧光光子的数量与入射γ射线能量之间线性范围较宽。⑤制备方便，大小形状容易满足临床要求。NaI(Tl)晶体的主要缺点是能量分辨力较差（8%～12%），而且易于潮解，吸收的水份会引起晶体变黄，导致发光效率下降。通常要将Nal(Tl)晶体密封在铝容器中保存和使用。Nal(Tl)晶体容易碎裂，在使用时应避免大的震动和温度骤变，要求室温在15～30℃之间，每小时温差不超过3℃。（三）光导光导是装在晶体和PMT之间的薄层有机玻璃片或光学玻璃片，其作用是PMT阵列通过光耦合剂（一般为硅脂）与NaI晶体耦合，把晶体受γ射线照射后产生的荧光有效地传送到PMT的光电阴极上，提高光的传输效率，改善光的分布。光电倍增管每7到10个光子入射到光电阴极上，就会产生一个电子。从阴极来的电子聚焦到倍增管电极上被吸收后会放出更多的电子（一般是6到10个）。这些电子再聚焦到下一个倍增管电极上，这个过程在倍增管电极阵列上不断重复。光电倍增管的光电阴极是一个接收光子而释放出光电子的电极，阴极吸收光的能量使光阴极的电子获得足够的能量并溢出产生光电子的发射，是光电转换的关键部件。（四）光电倍增管阵列PMT阵列安装在闪烁晶体的后面，作用是把晶体内的闪烁荧光按比例地转换并放大成电信号，放大倍数可达到106～109。在负载电阻上输出的电脉冲信号的幅度与入射γ射线的能量成正比，脉冲的数目与输入γ射线的强度成正比。PMT的性能取决于光电阴极材料的光谱效应，光电转换效率，放大倍数等等。PMT的排列方式每一个边排列3个，总共19个每一个边排列4个，总共37个每一个边排列5个，总共61个每一个边排列6个，总共91个每一个边排列7个，总共127个位置电路和数据处理计算机位置逻辑电路紧跟在光电倍增管阵列后面并在求和矩阵电路(SMC)中接收来自倍增管的电流脉冲。这使得位置电路能够决定闪烁事件在探测晶体的何处发生。计算机处理投影数据，得到一张可读的反映病人体内三维活性分布的图像。准直器病人体内发出的γ射线NaI(Tl)晶体光电倍增管前置放大器定位电路图像处理电路显示器照相机γ射线闪烁荧光电流定位电路与光电倍增管配合，计算出伽玛射线的出射位置（x,y），以及该伽玛射线的能量值假设闪烁光均匀地向各个方向传播，则进入PMT的光通量与它的光电阴极对闪烁点所张的立体角成正比，而PMT输出脉冲的幅度又与光通量成正比，因此PMT输出脉冲的幅度与入射立体角成正比。位置计算电路P2位置计算电路P1P3伽玛射线X1X2X30NaI(Tl)P1,P2,P3为PMT的输出信号值，反映了进入PMT的光强X1,X2,X3为PMT的位置值X发光点的总强度：P=P1+P2+P3即Z信号的值发光点的X坐标值：X=P1X1+P2X2+P3X3P1+P2+P3重心法求发光点的位置原理X伽玛照相机电路结构准直器：防止散射线进入探测器，即防止临近组织产生的伽玛射线散射进入测量部位组织。使伽玛射线转化为可见光。光电倍增管(PMT)：将可见光转化为电信号。定位电路：与PMT配合计算出伽玛射线的出射位置(x,y)，以及该伽玛射线的能量值。显示：根据计算出的位置值(x,y)，在示波器的相应点上显示，经过一定时间后，就会形成一幅闪烁图像。1．预放大器和主放大器从体内发射出的γ射线，虽经准直器的初步筛选，仍有