第三章、核儀器課件

1、第三章第三章 核醫(yī)學(xué)儀器核醫(yī)學(xué)儀器 1 放射性測量儀器放射性測量儀器 用放射性核素進行醫(yī)學(xué)研究和診用放射性核素進行醫(yī)學(xué)研究和診斷疾病是通過探測其放出的射線來實斷疾病是通過探測其放出的射線來實現(xiàn)的，凡在醫(yī)學(xué)中探測和記錄放射性現(xiàn)的，凡在醫(yī)學(xué)中探測和記錄放射性核素放出射線的種類、能量、活度及核素放出射線的種類、能量、活度及隨時間變化、空間分布的儀器，統(tǒng)稱隨時間變化、空間分布的儀器，統(tǒng)稱為核醫(yī)學(xué)儀器。為核醫(yī)學(xué)儀器。 一、基本原理一、基本原理 放射性測量儀器是核醫(yī)學(xué)工作中放射性測量儀器是核醫(yī)學(xué)工作中的必備條件，各種核醫(yī)學(xué)儀器探測的的必備條件，各種核醫(yī)學(xué)儀器探測的基本原理都是以射線與物質(zhì)的相互作基本原理都

2、是以射線與物質(zhì)的相互作用為基礎(chǔ)，將輻射量轉(zhuǎn)化為其他可測用為基礎(chǔ)，將輻射量轉(zhuǎn)化為其他可測量的物理量，現(xiàn)代的探測器，多數(shù)最量的物理量，現(xiàn)代的探測器，多數(shù)最后是轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，然后用電子儀器后是轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，然后用電子儀器測量和紀錄。測量和紀錄。 二、基本結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)核醫(yī)學(xué)儀器一般可分為兩部分：核醫(yī)學(xué)儀器一般可分為兩部分：（1 1）、射線探測器（探頭）：）、射線探測器（探頭）：將輻將輻射量轉(zhuǎn)化為其他可觀察量的轉(zhuǎn)換器。射量轉(zhuǎn)化為其他可觀察量的轉(zhuǎn)換器。（2 2）、后續(xù)的電子儀器：）、后續(xù)的電子儀器：對可觀察對可觀察量進行測量和記錄。量進行測量和記錄。 按射線探測器探測原理的不同可按射線探測器探測原理的

3、不同可分為三大類：分為三大類：氣體電離探測器：氣體電離探測器：它利用射線能使氣體它利用射線能使氣體電離，收集電離產(chǎn)生的電荷，進行射線能電離，收集電離產(chǎn)生的電荷，進行射線能量和強度的測量。現(xiàn)已被閃爍探測器取代，量和強度的測量?，F(xiàn)已被閃爍探測器取代，僅用于某些防護監(jiān)測儀等。僅用于某些防護監(jiān)測儀等。閃爍探測器：閃爍探測器：它利用射線能使某些物質(zhì)它利用射線能使某些物質(zhì)激發(fā)，并在退激時產(chǎn)生熒光作用，將射線激發(fā)，并在退激時產(chǎn)生熒光作用，將射線的輻射能轉(zhuǎn)化為閃爍光，然后將閃爍光再的輻射能轉(zhuǎn)化為閃爍光，然后將閃爍光再進一步轉(zhuǎn)化為電脈沖進行測量。是最常用進一步轉(zhuǎn)化為電脈沖進行測量。是最常用的射線探測器。的射線探

4、測器。半導(dǎo)體探測器：半導(dǎo)體探測器：如鋰飄移型半導(dǎo)體探測如鋰飄移型半導(dǎo)體探測器等。不用于核醫(yī)學(xué)常規(guī)測量。器等。不用于核醫(yī)學(xué)常規(guī)測量。 （一）固體閃爍計數(shù)器（一）固體閃爍計數(shù)器 固體閃爍計數(shù)器的整體結(jié)構(gòu)由固體閃爍計數(shù)器、后續(xù)電子線路、計算機系統(tǒng)和輔助結(jié)構(gòu)組成。1 1、固體閃爍計數(shù)器、固體閃爍計數(shù)器 是將射線轉(zhuǎn)化為電信號的裝置，既可探測射線強度，又可測定射線的能量。主要由閃爍體、光電倍增管、前置放大器等組成。固體閃爍計數(shù)器結(jié)構(gòu)示意圖（1）閃爍體 主要有無機晶體、有機晶體和塑料有機閃爍體三類。 無機晶體閃爍體是人工加入少量雜質(zhì)（激活劑，）的無機鹽晶體，如NaI(Tl)晶體。在加入少量雜質(zhì)后，晶體的發(fā)光

5、效率大大提高，NaI(Tl)晶體對射線探測效率可高達80%，是目前射線樣品測量中探測效率最理想、最常用的一種探測器。（2 2）光電倍增管（）光電倍增管（PMTPMT） 是光是光- -電信號轉(zhuǎn)換和倍增的器件。電信號轉(zhuǎn)換和倍增的器件。（3 3）前置放大器）前置放大器 對光電倍增管輸出端的信號進對光電倍增管輸出端的信號進行跟蹤放大，同時與后續(xù)分析電路行跟蹤放大，同時與后續(xù)分析電路的阻抗匹配，以減少信號在傳輸過的阻抗匹配，以減少信號在傳輸過程中的畸變和損失，便于分析電路程中的畸變和損失，便于分析電路分析處理。分析處理。2 2、固體閃爍計數(shù)器后續(xù)電子線路、固體閃爍計數(shù)器后續(xù)電子線路（1 1）主放大器）主

6、放大器 對脈沖信號進行放大和整形。對脈沖信號進行放大和整形。（2 2）甄別器和脈沖幅度分析器）甄別器和脈沖幅度分析器 探測器輸出的脈沖信號保存射探測器輸出的脈沖信號保存射線的能量信息，脈沖高度（幅度）線的能量信息，脈沖高度（幅度）正比于射線的能量，脈沖幅度分析正比于射線的能量，脈沖幅度分析器（器（PHA)PHA)的作用就是有選擇的讓需的作用就是有選擇的讓需要記錄的脈沖通過，使之進入計算要記錄的脈沖通過，使之進入計算機進行分析和記錄。機進行分析和記錄。 甄別器是一種只允許超過一定高甄別器是一種只允許超過一定高度的脈沖通過而將低于這一高度的脈度的脈沖通過而將低于這一高度的脈沖沖“甄別甄別”掉的觸發(fā)

7、線路。這個設(shè)置掉的觸發(fā)線路。這個設(shè)置的限制電壓值稱為甄別閾。利用甄別的限制電壓值稱為甄別閾。利用甄別器可將輸入脈沖改造成高度和寬度一器可將輸入脈沖改造成高度和寬度一致的輸出脈沖，以適應(yīng)下一級電路工致的輸出脈沖，以適應(yīng)下一級電路工作的要求。甄別器的單位為伏或毫伏，作的要求。甄別器的單位為伏或毫伏，一般是連續(xù)可調(diào)的，它是最簡單的脈一般是連續(xù)可調(diào)的，它是最簡單的脈沖高度分析器。沖高度分析器。 PHA是由上、下兩個甄別器和一個反是由上、下兩個甄別器和一個反符合線路組成，其工作原理是：兩個甄別器符合線路組成，其工作原理是：兩個甄別器分別設(shè)上閾值分別設(shè)上閾值V上上和下閾值和下閾值V下下，上下閾值之，上下閾

8、值之差稱為道寬或窗寬。反符合線路的功能是選差稱為道寬或窗寬。反符合線路的功能是選擇脈沖幅度在上下甄別閾之間的信號通過，擇脈沖幅度在上下甄別閾之間的信號通過，并送至下級電路?？梢姴⑺椭料录夒娐贰？梢奝HA實際上是射線能實際上是射線能量范圍的選擇器。通過這種功能，量范圍的選擇器。通過這種功能，PHAPHA可較可較有效地排除儀器噪聲的小脈沖和宇宙射線的有效地排除儀器噪聲的小脈沖和宇宙射線的大脈沖本底，并可探測射線的能量分布（能大脈沖本底，并可探測射線的能量分布（能譜）。譜）。 3 3、計算機系統(tǒng)和輔助結(jié)構(gòu)及電源、計算機系統(tǒng)和輔助結(jié)構(gòu)及電源 過去的放射性測量儀器由脈沖過去的放射性測量儀器由脈沖高度分析

9、器輸出的信號輸入記錄系統(tǒng)。高度分析器輸出的信號輸入記錄系統(tǒng)。記錄系統(tǒng)可以是記錄脈沖數(shù)的定標器記錄系統(tǒng)可以是記錄脈沖數(shù)的定標器或計數(shù)率儀。目前絕大多數(shù)儀器的這或計數(shù)率儀。目前絕大多數(shù)儀器的這部分功能已經(jīng)被計算機系統(tǒng)取代。計部分功能已經(jīng)被計算機系統(tǒng)取代。計算機系統(tǒng)的主要作用是適時采集數(shù)據(jù)算機系統(tǒng)的主要作用是適時采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)并和處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)并對儀器進行自動控制。對儀器進行自動控制。（二）液體閃爍計數(shù)器（二）液體閃爍計數(shù)器 液體閃爍計數(shù)器是在固體閃爍計數(shù)液體閃爍計數(shù)器是在固體閃爍計數(shù)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要用于測量器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要用于測量低能帶電粒

10、子，比如低能低能帶電粒子，比如低能射線射線 。其。其特點是：閃爍體是裝在測量杯中的閃爍特點是：閃爍體是裝在測量杯中的閃爍液，放射性樣品溶解或懸浮于閃爍液中液，放射性樣品溶解或懸浮于閃爍液中或分散吸附在固體支持物上再浸于閃爍或分散吸附在固體支持物上再浸于閃爍液中進行測量，樣品與閃爍液接觸緊密，液中進行測量，樣品與閃爍液接觸緊密，樣品的自吸收大大減少，提高了對低能樣品的自吸收大大減少，提高了對低能射線的探測效率。射線的探測效率。1 1、液體閃爍探測器、液體閃爍探測器（1 1）液體閃爍體）液體閃爍體 液體閃爍體由溶劑和溶于溶劑中的有液體閃爍體由溶劑和溶于溶劑中的有機閃爍劑裝在玻璃或其他材料做成的容器

11、機閃爍劑裝在玻璃或其他材料做成的容器中組成。射線的能量先傳遞給溶劑分子，中組成。射線的能量先傳遞給溶劑分子，很快將能量傳遞給閃爍劑分子，使其中的很快將能量傳遞給閃爍劑分子，使其中的原子被激發(fā)，在退激時發(fā)出熒光。如圖。原子被激發(fā)，在退激時發(fā)出熒光。如圖。（2 2）光電倍增管）光電倍增管 兩只光電倍增管。水平放置端窗相對，兩只光電倍增管。水平放置端窗相對，中間為樣品室。中間為樣品室。（3 3）光收集系統(tǒng)）光收集系統(tǒng) 同固體閃爍探測器同固體閃爍探測器2 2、后續(xù)電子線路、后續(xù)電子線路（1 1）符合電路：）符合電路： 降低光電倍增管噪音水平，提高儀降低光電倍增管噪音水平，提高儀器的信噪比，有效降低本底

12、。器的信噪比，有效降低本底。（2 2）相加電路：）相加電路： 將兩個光電倍增管輸出的同步信號將兩個光電倍增管輸出的同步信號疊加，使脈沖高度增高和相對穩(wěn)定。疊加，使脈沖高度增高和相對穩(wěn)定。（3 3）線性門電路：）線性門電路： 防止脈沖信號畸變防止脈沖信號畸變（4 4）主放大器：同固體閃爍探測器）主放大器：同固體閃爍探測器（5 5）脈沖幅度分析器：）脈沖幅度分析器： 為多道脈沖幅度分析器，同時記錄幅為多道脈沖幅度分析器，同時記錄幅度不同的脈沖。道數(shù)越多，對幅度不同的度不同的脈沖。道數(shù)越多，對幅度不同的脈沖分辨率越高。脈沖分辨率越高。3 3、計算機系統(tǒng)和輔助結(jié)構(gòu)及電源、計算機系統(tǒng)和輔助結(jié)構(gòu)及電源 除

13、與固體閃爍探測器相似外，還包括除與固體閃爍探測器相似外，還包括淬滅校正的軟件和一個外標準源。所謂外淬滅校正的軟件和一個外標準源。所謂外標準源是一個固體標準源是一個固體源，有足夠長的半衰源，有足夠長的半衰期和放射性活度，作淬滅校正用。期和放射性活度，作淬滅校正用。2 射線的測量射線的測量 射線的測量包括射線的測量包括射線的能射線的能量測量和計數(shù)測量（活度測量），量測量和計數(shù)測量（活度測量），核醫(yī)學(xué)的測量對象大多數(shù)都是已核醫(yī)學(xué)的測量對象大多數(shù)都是已知核素，要求也主要是計數(shù)測量，知核素，要求也主要是計數(shù)測量，因此，這里主要討論因此，這里主要討論射線的計射線的計數(shù)測量。數(shù)測量。計數(shù)率：計數(shù)率：指射線探

14、測器在單位時間指射線探測器在單位時間內(nèi)測量得到的脈沖信號數(shù)，用每秒計內(nèi)測量得到的脈沖信號數(shù)，用每秒計數(shù)數(shù)( (cps)cps)或每分計數(shù)或每分計數(shù)( (cpm)cpm)表示。表示。衰變率：衰變率：單位時間內(nèi)核衰變的次數(shù)單位時間內(nèi)核衰變的次數(shù)，用，用dpsdps或或dpmdpm表示。表示。探測效率：探測效率：計數(shù)率與衰變率的百分計數(shù)率與衰變率的百分比，用比，用cpm/dpmcpm/dpm或或cps/dpscps/dps表示。表示。三、三、射線測量的主要影響因素射線測量的主要影響因素 影響影響射線測量的主要因素有：射線測量的主要因素有： 1、幾何位置；、幾何位置；樣品和探測器之間的樣品和探測器之間

15、的相對位置叫作幾何位置。樣品與探相對位置叫作幾何位置。樣品與探測器的相對位置不同，所測得的計測器的相對位置不同，所測得的計數(shù)率也不同，因此，相對測量時，數(shù)率也不同，因此，相對測量時，只有保持樣品放射性分布均勻，形只有保持樣品放射性分布均勻，形狀、大小、高低以及與探測器的相狀、大小、高低以及與探測器的相對位置嚴格一致，結(jié)果才具可比性。對位置嚴格一致，結(jié)果才具可比性。 2 2、樣品體積；、樣品體積；樣品體積不同，其實樣品體積不同，其實也是幾何位置不同，井型閃爍探頭測也是幾何位置不同，井型閃爍探頭測量時，樣品體積增加，漏計角增大，量時，樣品體積增加，漏計角增大，自吸收也增大，計數(shù)效率下降。因此，自吸

16、收也增大，計數(shù)效率下降。因此，測量時需嚴格使樣品體積一致。測量時需嚴格使樣品體積一致。3 3、射線的能量；、射線的能量；一般來說能量越高一般來說能量越高，穿透力越強，與閃爍體作用產(chǎn)生光，穿透力越強，與閃爍體作用產(chǎn)生光子的幾率越低，因此計數(shù)率也越低。子的幾率越低，因此計數(shù)率也越低。4、儀器分辨時間；、儀器分辨時間；測量儀能分別記測量儀能分別記錄兩個相鄰脈沖之間的最短時間叫做錄兩個相鄰脈沖之間的最短時間叫做分辨時間，若輸入的脈沖信號間期小分辨時間，若輸入的脈沖信號間期小于該分辨時間，儀器來不及反應(yīng)而漏于該分辨時間，儀器來不及反應(yīng)而漏計。漏計在測量較高放射性活度時的計。漏計在測量較高放射性活度時的幾

17、率更大。因此，高活度樣品測量，幾率更大。因此，高活度樣品測量，宜先取出部分稀釋后再測，所得結(jié)果宜先取出部分稀釋后再測，所得結(jié)果需經(jīng)過體積校正，換算為原始樣品的需經(jīng)過體積校正，換算為原始樣品的計數(shù)率。一般井型計數(shù)器不宜測量超計數(shù)率。一般井型計數(shù)器不宜測量超過過5000cps的樣品。的樣品。 5、儀器的本底、儀器的本底 儀器的本底是指在沒有放射性儀器的本底是指在沒有放射性樣品存在時所得到的計數(shù)率。固體樣品存在時所得到的計數(shù)率。固體閃爍計數(shù)器的本底主要來自外界的閃爍計數(shù)器的本底主要來自外界的射線，包括周圍環(huán)境中的放射源射線，包括周圍環(huán)境中的放射源和宇宙射線，其次還包括儀器的熱和宇宙射線，其次還包括儀

18、器的熱噪聲。噪聲。6 6、其他：、其他： 如閃爍體的體積和厚度等。如閃爍體的體積和厚度等。 3 低能低能射線的測量射線的測量 （液閃測量）（液閃測量） 低能低能射線的測量主要用在基礎(chǔ)醫(yī)射線的測量主要用在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究中，臨床核醫(yī)學(xué)很少采用，這學(xué)研究中，臨床核醫(yī)學(xué)很少采用，這里不作介紹。里不作介紹。4 幾種常用的核醫(yī)學(xué)儀器幾種常用的核醫(yī)學(xué)儀器 一、一、放射免疫測定儀放射免疫測定儀 放射免疫測定儀是臨床核醫(yī)學(xué)放射免疫測定儀是臨床核醫(yī)學(xué)和進行醫(yī)學(xué)研究常用儀器，現(xiàn)代的和進行醫(yī)學(xué)研究常用儀器，現(xiàn)代的放射免疫測定儀基本上都是由計算機放射免疫測定儀基本上都是由計算機控制的，自動化程度很高，測量的靈控制的，自動化程度很高，測量的靈敏度較普通生化測定高敏度較普通生化測定高3-63-6個量級。個量級。二、液體閃爍計數(shù)器二、液體閃爍計數(shù)器 液體閃爍計數(shù)器重要用于測量液體閃爍計數(shù)器重要用于測量低能低能射線等帶電離子，在基礎(chǔ)醫(yī)射線等