本文是参考 TUM – Aided I 撰写的
与CT不同，核成像主要是将放射性试剂注入人体，然后通过检测人体内的放射源和辐射积累来判断病变的症状； 同时，该方法还可用于病理治疗。 好在这一章并没有太多数学相关的内容，主要是物理相关的知识。 本章知识要点如下：
核成像基础物理及其应用
示踪剂的概念在高中生物里已经讲过，这里不再重复。 作为一种内源性辐射检测方法，它与CT有显着不同，如图：
CT 和核成像比较
放射性试剂照射过程中，粒子普遍受到康普顿效应和光电效应的影响。 这里展示的图表再次强化了这一印象，因为这些效应是核成像技术的基础。 光电效应主要是原子吸收光子能量，迫使部分电子进入激发态而被射出，而康普顿效应是指原子不完全吸收光子能量：部分光子被吸收，部分电子被激发逃逸，而康普顿效应是指原子不完全吸收光子能量：部分光子被吸收，部分电子被激发逃逸。其他一些光子会弹开。 下图更好地说明了这种关系：
光电效应和康普顿效应
下图展示了康普顿效应与光电效应的关系：
光电效应与康普顿效应的关系，图片来自：und für LMU
在较高的比能量下，康普顿效应更有可能发生。
这种效应也是接收机接收核成像的基础。 一般我们期望将伽马射线束转换成光束，再转换成电流来测量相应的电信号，从而获得核成像的具体内容。
2.准直器()
准直器用于收集伽马信号束。 伽马射线不直接测量，而是转换成电信号进行量化。 准直器的横截面如图所示：
准直器截面图
隔板的间距和隔板的高度是影响测量结果的两个概念：
分区间距：在一定分区高度下，分区距离越小、分区分布越密，分辨率越高； 隔板的高度：在一定的隔板间隔下，隔板越低，则隔板间接接收到射线的概率越高，准直器越灵敏。
以上解释了收集伽马射线进行核成像的原理。 通过准直器的转换和后续操作，我们最终可以接收到电信号。
3. 单光子发射断层扫描（SPECT）
操作算法与CT基本相同。 SPECT通过不断的投影和误差修正可以得到满意的结果。 只不过接收板需要接收的不是X射线，而是伽马射线。 常用的示踪剂有碘123、锝99m、氙133、铊201、氟18等。
4. 正电子发射断层扫描（PET）
与 SPECT 相比，PET 是一种更准确但更昂贵的解决方案。 一般PET采用氟脱氧葡萄糖（FDG）和F18作为示踪剂，FDG可以出现在一些代谢活跃的部位。 发生的非常重要的物理现象之一称为正β衰变。 这种衰变产生一种称为正电子的反粒子（电子本身带负电荷）。 当正电子在人体组织中移动时，它会减慢并湮灭常见的负电子，产生向相反方向发射的伽马射线。 这种伽马射线的意义非同寻常。 这是一个例子：
PET图
由于接收器1和接收器2之间的距离已知，并且可以计算出伽马射线到达两个接收器的时间差，因此可以更准确地定位湮灭发生的位置，即示踪剂所在的位置。 区域。 目前重建PET的技术有很多，上面提到的一种是Time-of-(TOF)方法，该方法可以得到相对准确的计算结果，并且具有较高的信噪比。
补充：辐射剂量计算
因为公众对核成像关心的是辐射剂量（CT也是如此）。 这里有一个通用的计算方法，有3个概念：
吸收剂量：组织吸收的辐射剂量除以体重； 器官吸收剂量：设D_T为器官吸收的剂量除以器官质量，即器官的吸收剂量康普顿效应，一般可表示为：
D_T=Acdot
后者中，A为成像中的辐射活度测量系数，为示踪剂的剂量系数，由蒙特卡罗方法计算得到；
3.有效剂量：E=sum_{T}w_Tcdot D_T，其中w_T主要是根据不同器官和组织的加权系数。
5、结合CT、MRI
PET和SPECT提供的图像可以反映人体组织的功能和生理活动，但分辨率较低； CT虽然可以提供更高精度的人体解剖结构，但难以反映人体内部的生理活动。 MRI本身可以检测人体的软组织结构。 如果能与核成像相结合，可以更好地反映病灶的位置及其生理代谢活动。
PET与MRI的结合可以更好地检测软组织的生理和病理活动。 但MRI的工作原理比较特殊（下一节将详细解释）。 它需要使用强大的电磁场来偏转电子状态以获得软组织信息。 但这种检测方式会极大地影响PET或SPECT中信号转换的正常进行，因此前面提到的光电倍增管成像在这里并不可行。 下一章将具体讲解PET/MRI技术。
6. 超强磁场下PET/MRI
雪崩光电二极管 (APD)
这里主要使用类似于光电倍增管的技术。 一般以硅晶体为原料，并施加一定程度的偏压。 当伽马射线照射时，会发生雪崩击穿（指的是当向半导体施加增加的电流时）。 ，因为半导体不能承受大的电压而被击穿，导致电流突然增大），可以获得很大的电流增益。 其增益影响因子为：
M=frac{1}{1-int_{0}^{L}alpha(x)dx}
其中L是APD的电荷空间间隔，α是乘法系数。 这样，伽马射线就可以直接转换成电信号，避免了强磁场对中间电子的影响。
2.硅光电倍增管SiPM
上述APD可以组成数千个微元件阵列。 当接收到伽马射线时，某些APD会产生雪崩击穿，输出很强的电流，然后恢复，从而输出脉冲波。 该脉冲波可以形成电信号以获得成像。
七、申请
SPECT/PET 在检测人体病理变化方面特别有用。 下图为癌症转移的核成像。 深色区域是病变。 以下是使用我们之前提到的FDG作为示踪剂（如图d所示）来追踪癌症转移等病理活动的样本：
康普顿效应，＆帕斯库，索菲亚。 （2018）。 PET的值为-89。 。 47. 10.1039/。
图c使用Zr J591示踪，病灶较多，说明该示踪剂在本病例的诊断和治疗中具有优势。