一、成像設備概述
核醫學中的影像設備
1、γ相機——探測γ射線，Anger於1957年發明，稱為Anger相機
2、SPECT（單光子發射斷層儀）——探測γ射線，20世紀80年代成熟使用
3、PET（正電子發射斷層儀）——探測511keV雙光子，20世紀90年代成熟使用
4、PET/CT 1998年第一臺模型機，功能圖像和解剖圖像有機融合
5、PET/MR 2010年第一臺上市，功能圖像和解剖圖像有機融合
SPECT
⑴心臟型SPECT
⑵乳腺型γ相機
⑶雙探頭型SPECT/CT
⑷全環型SPECT/CT
通用SPECT
專用SPECT
⇧心臟專用⇧乳腺專用 NM 750bγ相機
PET
PET/CT
全身PET/CT
PET/MR
核醫學成像設備的組成
硬件系統：
包括：探測器環(探頭)、電子線路部分、機架、掃描床、計算機
軟件系統：
包括：數據采集軟件、校正軟件、圖像重建軟件、圖像顯示軟件、圖像處理軟件、質控軟件
核醫學成像（PET）基本原理
1.示蹤原理
❏放射性藥物準備（顯像劑、分子探針、示蹤劑）
❏註入體內，參與特定的生物過程（包括結合、轉運、代謝、排出等）
2.容積采集
❏環形360°采集核素發出的γ射線
❏信息包含定位（方位）、數量、時間（TOF）
3.計算機重建(重建算法)
❏采集的數據經計算機重建得到放射性藥物在體內分佈的3D圖
❏經計算機顯示軟件呈現出來
二、關鍵器件——探測器
探測器——核醫學影像設備的核心
探測器決定影像設備的幾個重要性能參數，包括3大分辨率（空間時間能量）以及非常重要的靈敏度參數。
目前我們核醫學中用到的探測器有兩類，一類是閃爍探測器，還有一類是半導體探測器。
1.閃爍探測器
閃爍探測器主要由以下部件組成：
閃爍探測器探測原理⇣
當γ射線入射到閃爍體中後：
➣使閃爍體中原子被激發→處於激發態的原子退激→退激過程中發射熒光（閃爍一詞的來由）
➣光電轉換器將熒光轉成電子→電子被進一步倍增→最後輸出電脈沖
➣放大器進一步放大電脈沖、甄別器甄別（能量、符合）
➣合格則記錄一個事件
2.半導體（CZT）探測器
半導體（CZT）探測器探測原理⇣
當γ射線入射到CZT中後：
➣在CZT半導體中產生大量的電子空穴對（數量與γ能量成正比）→電子與空穴在電場中反向運動到電極→輸出電脈沖
➣電荷前置放大器進一步放大電脈沖、進入甄別器甄別（能量）
➣合格則記錄一個事件
閃爍探測器的關鍵部件
1.閃爍體（晶體閃爍體）
閃爍體接收瞭γ射線，然後發射熒光，在這之間，進行瞭兩個重要的過程，分別是能量轉換過程以及數量放大的過程。
▣能量轉換：高能γ光子轉換成低能熒光光子(利於後續的光電轉換)
▣數量放大：入射一個γ光子，出來的是成千上萬個熒光光子，隨機向各方向發射
2.光電轉換器
①真空型光電倍增管（PMT）
②半導體型光電倍增管(SiPM)
SiPM結構圖
光電轉換器接收熒光光子，然後輸出電脈沖，在這之間，同樣進行瞭兩個重要過程，分別是光電轉換過程以及倍增放大過程。
▣光電轉換：熒光光子→電子（光電效應）（電信號遠比光易處理）
▣倍增放大：電子數倍增約數百萬倍（106）
經光子數和電子數兩次放大後，一個光子信號變成可被普通電路處理的電脈沖。
半導體探測器的關鍵部件
半導體：接受γ射線→輸出電脈沖，這之間主要有兩個過程，分別是光電轉換以及數量放大。
1.光電轉換：高能γ光子→電子空穴對
2.數量放大:1個γ光子→數萬對電子空穴對
半導體的作用=閃爍體+光電轉換器的作用
❖在核醫學中目前隻有碲鋅鎘(CdZnTe，CZT)這種化合物半導體用來做探測器使用：
原子序數：Cd48，Zn30，Te52
組成：Cd1-xZnxTe（ZnTe，CdTe）。Zn含量(x)不同，性能不同
密度：~5.78g/cm3
禁帶寬度：1.57eV~2.26eV
電離能：~4.7eV
CZT與Nal+PMT探測原理比較
閃爍探測器探測原理▲
半導體探測器探測原理▲
二者更進一步地比較：
1.Nal+PMT
（1）對1個140keV的γ光子，光產額41光子/keV，約生成：5700個光子（熒光）
※約40%到達光陰極：約2300個光子
※約25%產生光電效應：約570光電子
※經PMT放大百萬倍：5×108個電子
（2）不確定性因素較多：
※光子產生的位置
※光子產生的數量
※光子發射的方向
※到達光陰極的光子數(自吸收影響)
※光陰極轉化光電子數
※PMT倍增的電子數
以上6點不確定因素都存在統計漲落，而這些統計漲落累積起來則決定瞭探測器的3大分辨率，即能量、空間、時間，這3個重要的分辨率。
2.CZT
（1）產生1對電子-空穴對所需能量=電離能：4.64 eV~5.0 eV
對於140keV的γ光子，生成：約30000對
（2）不確定性因素較少：
※電子-空穴對產生的位置
※電子-空穴對產生的數量
※從產生地到電極的路上的損失（復合和陷獲）與以下4點有關：
❶ 路程（厚度）cm
❷ 電場強度（V/cm）
❸ 遷移率（cm/s/V/cm=cm2/V.s)
電場強度30V/mm→電子漂移速度:33mm/μs
❹ 雜質、缺陷形成的能量陷阱
（3）發生統計漲落的步驟少：
❂能量精準
❂空間分辨率取決於電極大小及間隔
閃爍探測器性能——取決於晶體和光電轉換器
▼閃爍晶體的好壞主要由以下參數決定：
1.光電分支比、光產額、光輸出：影響能量分辨率；
2.發射波長：影響光電轉換效率；
3.退光常數：影響時間分辨率；
4.原子序數、密度：影響探測效率；
5.折射率：影響和光陰極間光傳輸。
而對於光電轉換器，目前核醫學主要用到兩種，分別是真空型光電倍增管和半導體型光電倍增管。
▼真空型光電倍增管主要性能指標主要有以下幾點：
1.光譜靈敏度：影響光電轉換效率；
2.時間特性：（渡越時間、渡越時間離散及渡越時間差等）：影響時間分辨率；
3.線性特性、靈敏度均勻性：影響能量分辨率；
4.暗電流、信噪比：影響信噪比；
5.放大倍數：影響後續電路的設計；
6.一致性：各PMT性能參數。
▼半導體型光電倍增管主要性能指標主要有以下幾點：
1.擊穿電壓、過電壓：影響增益、能量時間分辨率；
2.光子檢測效率：影響能量分辨率；
3.噪聲：影響信噪比；
4.時間特性
上升時間：決定時間分辨率
恢復時間：決定死時間
5.增益：影響後續電路設計
6.溫度特性：對溫度很敏感。
半導體探測器性能——取決於半導體
半導體的性能指標如下圖所示：
今天的內容就到這裡 ，歡迎大傢點贊、分享、關註，我們下期再見！編輯：祁興興
審校：於赫
聲明：部分內容及圖片參考於網絡，如涉及侵權請聯系小編刪除。