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PET(Positron Emisson Tomography)物理学基础

时间:2009-12-06  来源:影像园  作者:admin复制分享】【讨论-纠错】【举报

1.基本情况介绍 PET是英文Positron Emisson Tomography的缩写。PET在临床的显像过程是从回旋加速器得到要使用的发射正电子的放射性核素(如:F-18)后,将放射性核素标记到能够参与人体组织血流或代谢过程的化合物上,给受检者注射标记发射带有正电子核素的化合物后让受检者在PET的有效视野范围内进行PET显像。带有正电子放射核素放射出的正电子在体内移动大约1mm后和负电子结合发生湮灭现象,正负电子消失并同时产生两个能量相等(511Kev),方向相反的g 光子。在PET探头系统内由数个探测器环构成,由湮灭产生的两个方向相反的光子能够被探头内的两个探测器分别探测到。探测器探测到的两个光子由于在体内经历的路径不同分别到达两个探测器的时间也有一定的差别。我们把探测到这两个光子过程称为探测符合事件过程,这两个光子产生的过程称为符合事件。在两个探测器探测探测到光子后就可以确定体内有放射性核素分布投影,然后进行图象重建确定体内核素的分布。eld影像园XCTMR.com

2.正电子发射和湮灭产生 含有富质子同位素通过正电子衰变,在核内质子通过衰变成为正电子和中子。下表是能够衰变产生正电子的放射性核素。eld影像园XCTMR.com

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符合成像探测和电子准直器 在进行正电子探测过程中,每一个探测器产生了一个时间脉冲。这些脉冲在符合电路系统被进行符合运算。假如脉冲落在规定的时间窗内我们认为有一个符合事件发生。时间窗一般在0-15nSec。eld影像园XCTMR.com

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上图描述符合探测过程。当第一个探测器探测到一个511Kev光子后要同时检测第二探测器上是否在规定时间内(一般0-15nSec)探测到另外一个511Kev的光子。如果探测到我们就能够确定有一个湮灭发生,同时在投影相映位置记录一个计数。在PET探测系统中采用的是电子准直,而常规的SPECT(Single Photon Emission Computer Tomograhy)采用的是含有金属铅准直器。电子准直器和常规的准直器相比具有非常高的灵敏度和分辨率。 A.电子准直器探测 eld影像园XCTMR.com
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电子准直器的探测和每个探测器大小以及晶体的厚度有关系。特别是灵敏度和晶体的大小成正相关性。 B.准直器探测 eld影像园XCTMR.com
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点源距离准直器的距离不同灵敏度有明显的差别。距离大点源的灵敏度高但是分别率低,距离小点源灵敏度底分别率高。准直器的存在明显降低了系统的灵敏度。相比之下电子准直系统灵敏度高(没有铅屏蔽的影响),但是两个探头测器探测到的信号需要做进一步的符合计算过程,而且需要高速采集系统。 我们能够看出电子准直和常规的准直器方法有着本质的区别。eld影像园XCTMR.com

4.g 射线和体内组织相互作用及衰减校正 由正电子湮灭后产生的g 射线在体内和组织发生的康普顿和光电效应是最重要的两个效应。康普顿效应是光子和物质的电子发生作用后光子的部分能量有丢失。对于511KEV 光子在光子方向偏斜25度时能量将会丢失10%。所以康普顿效应是影响图象质量重要的因素。在光电效应中原子核外的电子吸收光子能量后电子的能量,光电效应发生的概率随着原子序数的增加而增加。在水中, 光电效应使能量降低大约是光子能量的3次方,对于511KEV这是微不足到的。 当光子通过体内组织时光子和组织相互作用而衰减,衰减系数被称为线性衰减系数。 I0是单能量平行光束开始的强度 I(X)是经过X距离衰减后的强度 eld影像园XCTMR.com
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上述假定不存在散射影响。假如发生湮灭效应后,两个光子光子中P1发生衰减计算如下: eld影像园XCTMR.com
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光子P2发生衰减计算是:eld影像园XCTMR.com
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两个光子发生衰减情况PC是: eld影像园XCTMR.com
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通过下面的示意图我们更能理解正电子发射断层显像时衰减要比单光子明显。所以正电子(包括符合电路成象系统)必须进行衰减校正,这样才能减少临床诊断的假阳性或假阴性。 eld影像园XCTMR.com
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光子在人体内衰减示意图eld影像园XCTMR.com

二.PET的探测系统 探头是整个正电子发射显像系统中最主要的成分。理解他们的特性对于建立操作标准或得到定量信息非常重要。PET的探测系统我们又可以分成闪烁探头以及后续电路系统组成。以下我们分别介绍各个系统: 闪烁探头:闪烁探头最主要的作用是将高能光子通过闪烁物质转换成可见光。这和单光子探测系统一样经历以下过程: 射线和闪烁物质通过光电效应或康普顿效应。 在上述两个效应发生过程中光子丢失部分能量转换成可见光。 理想的闪烁物质应该是: 闪烁物体应该有大的原子系数 射线在闪烁体中能够产生尽可能强的光 闪烁体对由射线产生的光吸收最小 闪烁体具有和玻璃对光相近光的的折射率。eld影像园XCTMR.com

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