醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)是配合面向21世紀(jì)課程教材《醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)》而編寫的配套實(shí)驗(yàn)教材。本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)是依據(jù)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備專業(yè)專科生的培養(yǎng)目標(biāo)，總結(jié)10年來醫(yī)學(xué)影像設(shè)備專業(yè)的教學(xué)成果和經(jīng)驗(yàn)，并依據(jù)影像實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有設(shè)備條件而完成的。編寫中充分注意了學(xué)科的現(xiàn)狀和發(fā)展，其中若干實(shí)驗(yàn)是以計(jì)算機(jī)模擬仿真形式給出。實(shí)驗(yàn)編寫過程中注意了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論講授內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合。由于《醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)》是一門引導(dǎo)性專業(yè)基礎(chǔ)課程，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)強(qiáng)調(diào)了對(duì)學(xué)生觀察分析能力、實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)。以幫助學(xué)生對(duì)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的物理成像原理等方面的理解和認(rèn)識(shí)。以達(dá)到與理論教學(xué)相輔相成，并促進(jìn)理論知識(shí)的深化的目的第一部份基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)組合實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)1-1X射線吸收和特征譜測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釾射線與物質(zhì)的相互作用，及其在物質(zhì)中的吸收規(guī)律。測(cè)量不同能量的X射線在金屬鋁中的吸收系數(shù)。了解元素的特征X射線能量與原子序數(shù)的關(guān)系。二、內(nèi)容.用238puX射線源激發(fā)Zn、Cu、Ni等樣品產(chǎn)生特征X射線，并測(cè)量特征X射線在鋁中的吸收系數(shù)。.測(cè)量幾種元素的特征X射線譜。三、原理1、X射線的吸收x射線是一種電磁波，它的波長(zhǎng)在100A到0.1A之間。如圖1所示，當(dāng)一束單色的X射線垂直入射到吸收體上，通過吸收體后，其強(qiáng)度將減弱，即X射線被物質(zhì)吸收。這一過程可分為吸收和散射兩部分：圖1x射戊通過物質(zhì)時(shí)的示意圖（1）光電吸收：入射X射線打出原子的內(nèi)層電子，如K層電子，結(jié)果在K層出現(xiàn)一個(gè)空位，接著發(fā)生兩種可能的過程:①當(dāng)L層或高層電子遷移到K層空位上時(shí)。發(fā)出KX射線（對(duì)重元素發(fā)生幾率較大）；②放出俄歇電子（對(duì)輕元素發(fā)生幾率較大）。(2)散射：散射是電磁波與原子或分子中的電子發(fā)生作用。散射也分為兩種。①波長(zhǎng)不改變的散射，X射線使原子中的電子發(fā)生振動(dòng)，振動(dòng)的電子向各方向輻射電磁波，其頻率與X射線的頻率相同，這種散射叫做湯姆遜散射，②波長(zhǎng)改變的散射，即康普頓散射。對(duì)于鋁當(dāng)X射線的能量低于0.04MeV時(shí)，光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，康普頓散射可以忽略。如圖1所示，設(shè)一厚度及成份均勻的吸收體，其厚度為dr,每立方厘米有N個(gè)原子。若能量為五的準(zhǔn)直光束，單位時(shí)間內(nèi)垂直入射到吸收體單位面積上的光子數(shù)為/。，那么通過厚度為/的物質(zhì)后，透射出去的光予數(shù)為/⑺并表示為：/?)=/(<” (1)(1)式中〃定義為線性吸收系數(shù)，〃=乂6。為截面，其單位為cm2/atom,〃的量綱為cm/。對(duì)于原子序數(shù)為Z的原子，K層的光電截面為bp/cm?/atom)obM=%Z5a425。,(加0°2/肌)7/2 (2)其中?小r°=e2)℃2,。=2"2/6?彘。對(duì)于湯姆遜散射，每個(gè)電子的截面”(cm?/electron)叫=也(-^)2=0.6652x10-24(cm2/electron) (3)3其線性吸收系數(shù)分別為=NZaT總的線性吸收系數(shù)〃為兩者之和，即TOC\o"1-5"\h\z"="ph+"T (6)質(zhì)量吸收系數(shù)為〃”=W(cm2/g)=o^ (7)P A所以(1)式又可表示為/=麗”6 (8)(7)式中M是阿佛加德羅常數(shù)，A是原子量。圖(2)表示了金屬鉛、銅、鋁的質(zhì)量吸收系數(shù)隨波長(zhǎng)的變化。在能量低于0.1MeV時(shí)，隨著能量減小截面顯示出尖銳的突變。實(shí)驗(yàn)表明，吸收系數(shù)突然下降的波長(zhǎng)(吸收限)與K系激發(fā)限的波長(zhǎng)很接近。在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)還有L突變與M突變存在，由于L層和M層構(gòu)造的復(fù)雜性，這些突變不如K突變那樣明顯，并且有幾個(gè)最大值。波長(zhǎng),(A)圖2鉛.銅、鋁的質(zhì)■吸收系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系各種元素對(duì)不同波長(zhǎng)入射X射線的吸收系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。元素的質(zhì)量吸收系數(shù)與入射X射線能量之間的關(guān)系，可以用經(jīng)驗(yàn)公式表示：對(duì)E，>E>Ek=C^"(cm2/g) (9)或〃一底(12.3981/e)"對(duì)鋁吸收體,￡'為6.201<6丫,￡1<為1.5596keV,C飛為16..16,n為2.7345o2、X射線的特征譜原子可以通過核衰變過程即內(nèi)轉(zhuǎn)換及軌道電子俘獲，也可以通過外部射線如X射線、夕射線(電子束)、a粒子或其他帶電粒子與原子中電子相互作用產(chǎn)生內(nèi)層電子空位，在電子躍遷時(shí)產(chǎn)生特征X射線。玻耳理論指出電子躍遷時(shí)放出的光子具有一定的波長(zhǎng)九它的能量為：入z2至3sV) (10)hu=(aZ)2^-(-^~2W,(11)其中外、町為電子終態(tài)、始態(tài)所處殼層的主量子數(shù)，對(duì)人線系“1=1,"2=2,對(duì)La線系，"1=2,"2=3。根據(jù)特征X射線的能量，可以辨認(rèn)激發(fā)原子的原子序數(shù)。

.zfi士.zfi士J詼圖3 K.,線的/，'與原子序數(shù)的關(guān)系.直線在Z較高處的彎曲,是由于有效核電荷的變化莫塞萊在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，輕元素的原子序數(shù)與K.及L系特征X射線的頻率J?之間，存在著線性關(guān)系。對(duì)此線系可以表不為：心2=常數(shù)(Z-1) (12)對(duì)La線系也表不為：臚=常數(shù)(Z-7.4) (13)圖3表示Ka線的/2與原子序數(shù)的關(guān)系，可以看到原子內(nèi)存在的K、L、…層電子對(duì)核場(chǎng)屏蔽作用，使有效核電荷小于Ze。不同電子殼層，屏蔽效應(yīng)不同，L層電子躍遷到K層，其有效屏蔽常數(shù)為1,M層電子躍遷到L層，其有效屏蔽常數(shù)為7.4o四、裝置1、儀器設(shè)備?高壓電源FH426B1臺(tái)；1臺(tái);FH423?電荷靈敏放大器1臺(tái);FH423?單道分析器FH4301臺(tái)；?定標(biāo)器FH408B1臺(tái)；?多道分析器FH4271臺(tái)；?放射源238Pu(10mCi)1個(gè)；?正比計(jì)數(shù)器1個(gè)；?鋁吸收片4mg/cm~10片;?樣品Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn各1片；?打印機(jī)DY91臺(tái)。注；正比計(jì)數(shù)器的電荷靈敏放大器系用FH423改裝而成。2、探測(cè)系統(tǒng)裝置見圖4及圖5圖4測(cè)量X射線的吸收的探頭結(jié)構(gòu)示意圖律品圖5測(cè)盤X射線特征諧的實(shí)驗(yàn)裝置五、步驟I.測(cè)量不同能量的X射線在鋁中的吸收系數(shù)(1)如圖4安裝準(zhǔn)直器及源架,參照?qǐng)D5連接儀器并預(yù)熱。注意接好地線。(2)逐漸升高正比計(jì)數(shù)器高壓至額定值，接通電荷靈敏放大器的直流電源并調(diào)節(jié)主放大器的放大倍數(shù)。(3)用多道分析器或單道分析器測(cè)量樣品如銅金屬片的特征X射線譜，并選定單道的甄別閾及道寬。(4)插入鋁吸收片后，測(cè)量銅樣品的特征X射線強(qiáng)度，每增加一片后重復(fù)此步驟。結(jié)果按(8)式用最小二乘法擬合，求出〃團(tuán)值。(5)更換樣品如銀、鋅等金屬片依上述重復(fù)測(cè)量及處理。2.測(cè)量不同元素的特征X射線譜(1)用多道分析器(或單道分析器)測(cè)量源激發(fā)的樣品如鋅金屬片的特征X射線譜，并確定其峰位，依次如法測(cè)量銀、鐵、鈦等樣品的特征X射線譜，從附錄2查出相應(yīng)的X射線能量，作峰位——能量關(guān)系曲線。（2）測(cè)量另外一些樣品如銅、鎰、鈿、倍等的X射線譜，根據(jù)步驟⑴得到的峰位一能量關(guān)系確定這些元素的特征X射線能量。（3）綜合以上八個(gè)元素特征譜的數(shù)據(jù)，按（.產(chǎn)=c（z-〃）（尻以eV為單位）關(guān)系式，用最小二乘法作直線擬合，求出常數(shù)c和6/并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析討論。六、思考題.238pu源的ULX射線能量在U.6—21.7keV之間，試說明238Pu源是否可激發(fā)Ag的Ka線。.試比較每個(gè)原子的湯姆遜散射截面與鋁原子的光電效應(yīng)截面。你認(rèn)為湯姆遜散射截面是否重要？.假設(shè)一束非理想準(zhǔn)直束，其發(fā)散角為10°、25°,試估計(jì)對(duì)鋁的線性吸收系數(shù)實(shí)驗(yàn)值的影響。實(shí)驗(yàn)1-2X線管檢查與試驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹渴煜線管外觀檢查及燈絲、旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極啟動(dòng)、X線管燈絲加熱，以加深對(duì)X線管的結(jié)構(gòu)和性能的理解，?！緦?shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備及器材】模擬高壓發(fā)生器試驗(yàn)箱一臺(tái)，X線管一只，萬用表一只，等?！咀⒁馐马?xiàng)】1、各部件要小心輕放，按規(guī)定程序進(jìn)行.2、操作人員要知曉外照射輻射防護(hù)基本方法:時(shí)間防護(hù)、距離防護(hù)和屏蔽防護(hù)【實(shí)驗(yàn)方法及步驟】.外觀檢查(1)觀察旋轉(zhuǎn)和固定陽(yáng)極X線管結(jié)構(gòu)上特點(diǎn):注意陽(yáng)極、陰極構(gòu)造和組成材料。(2)觀察X線管的玻璃壁是否有裂紋、劃傷、疤痕、絕緣油或金屬筲沉積物。(2)燈絲是否有斷路、短路、陰極聚焦罩松動(dòng)、燈絲管外引線折斷等現(xiàn)象。陽(yáng)極靶面是否光潔，要求無麻點(diǎn)、龜裂，而且與陽(yáng)極頭無明顯空隙。(3)正常X線管內(nèi)應(yīng)無任何異物，金屬部分無氧化、銹蝕現(xiàn)象。.通電試驗(yàn)(DX線管燈絲加熱試驗(yàn):①首先用萬用表直流電阻RX1檔，測(cè)量X線管燈絲直流電阻，其直流電阻一般應(yīng)不大于3。，。②合上電源閘，機(jī)器通電，透過X線管透明窗，可以看到X線管燈絲小焦點(diǎn)燃亮,當(dāng)從透視狀態(tài)切換到攝影狀態(tài)時(shí)，X線管燈絲應(yīng)轉(zhuǎn)換為大焦點(diǎn)燃亮。調(diào)節(jié)各毫安旋鈕，以觀察燈絲亮度的相應(yīng)變化，在燈絲變壓器初級(jí)測(cè)試端測(cè)量預(yù)熱、及各擋mA設(shè)定時(shí)的電壓值,及驗(yàn)證大焦點(diǎn)的燈絲電壓高，小焦點(diǎn)的燈絲電壓低。（2）.旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極啟動(dòng)試驗(yàn)在陽(yáng)極轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)聽到管內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的聲音。但在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)有過大的噪聲或摩擦聲，且轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其陽(yáng)極靶盤不應(yīng)有明顯的蕩擺現(xiàn)象。【實(shí)驗(yàn)報(bào)告和思考題】.為什么有的X線管玻璃壁上有金屬鴇沉積物，大、小焦點(diǎn)的燈絲的作用？.X線管管殼內(nèi)有油說明什么？當(dāng)X線管真空度下降時(shí)，X線管將出現(xiàn)什么現(xiàn)象?為什么？.燈絲斷路時(shí)，X線管出現(xiàn)什么現(xiàn)象？.根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況和步驟,撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告：列出實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)及寫出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,將相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)以表格形式整理總結(jié)，回答思考題。組合實(shí)驗(yàn)二X線機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)與X射線機(jī)的操作控制【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹縄、通過各種結(jié)構(gòu)的X線機(jī)的操作，熟悉X線機(jī)各種結(jié)構(gòu)以及它們的功能；2、比較X線機(jī)各種結(jié)構(gòu)以及它們的功能，分析它們的功能特點(diǎn)；3、根據(jù)它們的功能特點(diǎn)、機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解其機(jī)電控制特點(diǎn)。4、了解各種X線機(jī)的部件機(jī)械結(jié)構(gòu)與進(jìn)行機(jī)電控制操作原理和方法【實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備及器材】1、下球管診視床X線機(jī)1臺(tái)2、上球管診視床遙控X線機(jī)1臺(tái)3、熟悉立式遙控透視X線機(jī)1臺(tái)4、平床攝像X線機(jī)1臺(tái)5、血管造影X線機(jī)的組成1套【注意事項(xiàng)】1、在操作各種X線機(jī)時(shí)，首先要了解它們的功能特點(diǎn)、機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解其機(jī)電控制特點(diǎn);2、在操作各種X線機(jī)時(shí)，不要出X線,【實(shí)驗(yàn)方法及步驟】1、通過操作下球管診視床X線機(jī)，記錄它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解其機(jī)電控制特點(diǎn)；2、通過上球管診視床遙控X線機(jī)的操作，記錄它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解其機(jī)電控制特點(diǎn)；3、通過立式遙控透視X線機(jī)的操作，記錄它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解其機(jī)電控制特點(diǎn)；4、通過平床攝像X線機(jī)的操作，記錄它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解其機(jī)電控制特點(diǎn)；5、通過血管造影X線機(jī)及其配套設(shè)備的操作，記錄它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解其機(jī)電控制特點(diǎn)；6、了解診視床點(diǎn)片架的結(jié)構(gòu)、功能組件的相對(duì)位置、以及透視、點(diǎn)片操作要領(lǐng)。7、了解無暗盒的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和執(zhí)行動(dòng)作過程?！緦?shí)驗(yàn)報(bào)告和思考題】1、通過操作下、下球管診視床X線機(jī)試比較它們的機(jī)械性能特性有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？2、診視床點(diǎn)片架是怎樣獲取分格片的？如何來操作設(shè)定分格片的規(guī)格？3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告：實(shí)驗(yàn)的過程、步驟、現(xiàn)象、心得體會(huì)及對(duì)思考題的認(rèn)識(shí)和理解。組合實(shí)驗(yàn)三CT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3—1CT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和裝配實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)概要】：通過實(shí)驗(yàn)了解CT設(shè)備.熟悉CT機(jī)的工作原理、成像步驟、和信號(hào)采集方法。功能、機(jī)械結(jié)構(gòu)與機(jī)電控制要點(diǎn).了解CT機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、部件運(yùn)動(dòng)控制方式和安裝調(diào)試要點(diǎn)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.通過對(duì)CT內(nèi)部結(jié)構(gòu)的講解、熟悉CT機(jī)各種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及它們的相互位置和裝配關(guān)系。2.了解CT機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀況、部件功能、數(shù)據(jù)傳輸路徑及機(jī)電控制方式與特點(diǎn)?！緦?shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備及器材】.日本日立公司生產(chǎn)的全身CT機(jī)一臺(tái)HITACHCT-W4.美國(guó)GE公司生產(chǎn)的螺旋CT機(jī)一臺(tái)：GECTSynergy【注意事項(xiàng)】.必須遵照CT生產(chǎn)廠商所要求的“安全注意事項(xiàng)”操作,防止人員和機(jī)器傷害。.按相關(guān)技術(shù)文件所解紹的方法和步驟進(jìn)行部件分解和裝配，記錄各零部件的相互關(guān)系和位置、標(biāo)號(hào)，細(xì)小零件要妥善存放。.實(shí)驗(yàn)完畢要檢查機(jī)器和現(xiàn)場(chǎng)，不要有零部件遺漏和丟失?！緦?shí)驗(yàn)方法與步驟】.熟悉CT的安裝、調(diào)試、操作的規(guī)程和安全注意事項(xiàng)，掌握相關(guān)部位的拆卸、安裝方法。.卸下日立CT機(jī)架的前面板、前套筒和掃描床的外罩殼,顯露CT機(jī)內(nèi)部構(gòu)造。.通過CT機(jī)主機(jī)系統(tǒng)的講解和現(xiàn)場(chǎng)觀察，了解CT的系統(tǒng)構(gòu)成、線路走向和布線特點(diǎn)。認(rèn)識(shí)各功能部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、機(jī)架中的安裝位置、及相互間的機(jī)械、電氣配合關(guān)系。.拆卸日立CT準(zhǔn)直器組合等功能部件，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直器縫隙,了解CT系統(tǒng)控制和調(diào)整方法。.按圖查找掃描床運(yùn)功位置的相關(guān)傳感器，認(rèn)識(shí)它們的動(dòng)作原理和功能，掌握安裝要領(lǐng)。.按規(guī)定的程序進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)原?！緦?shí)驗(yàn)報(bào)告和思考】1、CT機(jī)的斷層掃描厚度由哪個(gè)功能部件決定?它在機(jī)械上如何調(diào)節(jié)和定位的？2、從CT的系統(tǒng)布線有哪些特點(diǎn)，為什么？?jī)?nèi)部的警示標(biāo)記告訴什么含意？3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告：①寫出CT機(jī)架裝配的實(shí)驗(yàn)過程、順序和方法，發(fā)表自己的認(rèn)識(shí)和體會(huì)②講述日立和GE二臺(tái)CT在結(jié)構(gòu)上的主要差異，并分析原因。③根據(jù)實(shí)驗(yàn)，寫出準(zhǔn)直器在CT采集信息過程中的作用，它的動(dòng)作原理和控制方式。④分析動(dòng)能部件的位置安裝對(duì)CT機(jī)信號(hào)采集的影響。⑤在日立CT結(jié)構(gòu)圖中標(biāo)出各功能部件名稱。⑥回答思考題中的提問實(shí)驗(yàn)3—2CT系統(tǒng)操作及故障檢測(cè)實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)概要】：通過實(shí)驗(yàn)了解CT設(shè)備診斷操作.熟悉CT機(jī)的線路分布，信號(hào)走向和系統(tǒng)操作規(guī)程.了解CT機(jī)故障的一般維修方法?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私夂褪煜T機(jī)的診斷操作規(guī)程，掌握病員體位設(shè)置的要令和注意事項(xiàng)。了解和熟悉CT機(jī)故障的提示信息和一般維修方法，掌握依據(jù)線路圖查找故障的技巧【實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備及器材】.日本日立公司生產(chǎn)的全身CT機(jī)一臺(tái)HITACHCT-W4.美國(guó)GE公司生產(chǎn)的螺旋CT機(jī)一臺(tái)：GECTSynergy【注意事項(xiàng)】.必須遵照CT生產(chǎn)廠商所要求的“安全注意事項(xiàng)”操作,尤其是靜電感應(yīng),防止造成人員和機(jī)器傷害。.按相關(guān)技術(shù)文件所解紹的方法和步驟進(jìn)行部件分解，記錄各電纜線和插頭的相互關(guān)系和位置、標(biāo)號(hào)，細(xì)小零件要妥善存放。.實(shí)驗(yàn)完畢要檢查機(jī)器和現(xiàn)場(chǎng)，不要有零部件遺漏和丟失。【實(shí)驗(yàn)方法與步驟】.熟悉CT的安裝、調(diào)試、操作的規(guī)程和安全注意事項(xiàng)，了解人體器官掃描的區(qū)域位置。.卸下日立CT機(jī)架和控制臺(tái)的外罩殼，顯露CT機(jī)內(nèi)部構(gòu)造。.熟悉CT機(jī)架前面板上控制盒的功能，放掃描體模，移動(dòng)掃描病床到相應(yīng)的診斷位置。.根據(jù)電原理圖在日立控制臺(tái)上查找線路的故障。.按電原理圖查找日立CT的數(shù)據(jù)輸出線路，交換DAS系統(tǒng)的前置放大板。.按規(guī)定的程序進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)原?！緦?shí)驗(yàn)報(bào)告和思考】.寫出CT機(jī)操作、定位的實(shí)驗(yàn)過程、及相應(yīng)的注意事項(xiàng),并講講自己的認(rèn)識(shí)。.講述故障查找的順序與思路，并分析原因。.根據(jù)實(shí)驗(yàn)，寫出前置放大電路板在CT采集信息過程中的作用，若其發(fā)生故障會(huì)造成什么后果,交換電路板在何種情況下可采用,請(qǐng)發(fā)表見解。.在日立CT系統(tǒng)圖中標(biāo)出各連接線纜的編號(hào)和作用。組合實(shí)驗(yàn)四4-1核磁共振現(xiàn)象與共振頻率測(cè)量【一】實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解核磁共振的基本原理，了解旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下信號(hào)的特點(diǎn)；.理解射頻的頻率和拉莫爾頻率的關(guān)系；.掌握拉莫爾頻率的測(cè)量方法；【二】實(shí)驗(yàn)器材與設(shè)備.實(shí)驗(yàn)器材：約10mm高的大豆油試管樣品；.實(shí)驗(yàn)設(shè)備：NMI20臺(tái)式磁共振成像儀；儀器結(jié)構(gòu)：NMI20臺(tái)式核磁共振成像儀的硬件系統(tǒng)框圖如圖1：

I:控機(jī)前置放大梯度線圈射順功放”梯度線圈I:控機(jī)前置放大梯度線圈射順功放”梯度線圈圖1NMI20臺(tái)式核磁共振成像儀硬件結(jié)構(gòu)框圖整個(gè)系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為以下四個(gè)部分：（1）工控機(jī)部分：該部分包括一臺(tái)工業(yè)控制機(jī)或具有足夠PCI插槽的個(gè)人電腦，配置相應(yīng)監(jiān)視器和鍵盤、鼠標(biāo)；工控機(jī)負(fù)責(zé)接收操作者的指令，并通過序列發(fā)生軟件產(chǎn)生各種控制信號(hào)傳遞給譜儀系統(tǒng)的各個(gè)部件協(xié)調(diào)工作；工控機(jī)還要完成數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和圖像重建以及顯示任務(wù)；一些一維和二維處理等功能也是由工控機(jī)完成的。（2）譜儀系統(tǒng)部分：由安裝在電腦機(jī)箱內(nèi)部的直接數(shù)字頻率合成源（DDS）、數(shù)模變換器（DAC）、和模數(shù)變換器（ADC）等板卡以及安裝在工控機(jī)內(nèi)部的序列產(chǎn)生軟件組成。DDS板的功能主要是接受主機(jī)發(fā)送過來的參數(shù)負(fù)責(zé)產(chǎn)生射頻所需的具有一定包絡(luò)形狀的射頻頻率信號(hào)，送到射頻功放進(jìn)行放大；DDS同時(shí)還需要產(chǎn)生核磁共振信號(hào)在混頻處理時(shí)所需要的參考頻率基準(zhǔn)信號(hào)；DDS板還需要產(chǎn)生諸如發(fā)射、接收等控制信號(hào)；即集成了上圖中的I/O接口板；DAC接收主機(jī)發(fā)送過來的三路梯度的數(shù)字型控制信號(hào)，將其進(jìn)行數(shù)字到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成較低的梯度電流信號(hào)，發(fā)送到梯度功放進(jìn)行功率放大后作為梯度電流；梯度的施加的時(shí)間序列是通過DDS板提供的信號(hào)進(jìn)行控制的：ADC卡接收二級(jí)放大后的核磁共振信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波采樣，和高速數(shù)字化，形成計(jì)算機(jī)可以接受的數(shù)據(jù)，并送至計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元完成存儲(chǔ)和重建任務(wù)；（3）模擬部分：模擬部分包括射頻發(fā)射單元、信號(hào)接收單元和梯度單元，具體包括波形調(diào)制、射頻功放、前置放大、二級(jí)放大、射頻開關(guān)和梯度功放等板卡。（4）磁體系統(tǒng)：磁體系統(tǒng)包括一臺(tái)永久磁體、一組梯度線圈（X,Y,Z）,加熱及恒溫電路以及具有嚴(yán)格屏蔽的射頻線圈組成。本系統(tǒng)將譜儀系統(tǒng)的DDS、ADC、DAC和I/O板卡設(shè)計(jì)成PCI插槽形式可以直接安裝在工控機(jī)或擁有足夠PCI插槽的普通PC機(jī)內(nèi)運(yùn)行。儀器工作原理：整個(gè)臺(tái)式核磁共振成像儀的工作原理可簡(jiǎn)單地描述如下：在計(jì)算機(jī)的（脈沖序列）控制下，DDS產(chǎn)生滿足共振條件的射頻信號(hào)，在波形調(diào)制信號(hào)的控制下調(diào)制成所需要的形狀（方波或SINC波形），并送到射頻功放系統(tǒng)進(jìn)行功率放大后經(jīng)發(fā)射頻線圈發(fā)射并激發(fā)樣品產(chǎn)生核磁共振。在信號(hào)采集期間，射頻線圈將對(duì)此核磁共振信號(hào)感應(yīng)得到核磁共振信號(hào),此信號(hào)為一FID信號(hào)，此FID信號(hào)經(jīng)前置放大后在二級(jí)放大板中與DDS產(chǎn)生的一等幅的射頻信號(hào)進(jìn)行混頻后放大最后送入ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與模數(shù)轉(zhuǎn)換，采集的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)處理就可得到核磁共振信號(hào)的譜線。在二維核磁共振成像序列中，還需要從脈沖序列發(fā)生器中發(fā)出三路梯度控制信號(hào)，分別經(jīng)梯度功放后經(jīng)由梯度線圈產(chǎn)生3個(gè)維度上的梯度磁場(chǎng)，起到對(duì)核磁共振信號(hào)進(jìn)行空間定位的作用，通過計(jì)算機(jī)處理獲取的數(shù)據(jù)從而得到樣品的2D圖像。【三】實(shí)驗(yàn)方法與步驟實(shí)驗(yàn)方法：方法一：對(duì)于一個(gè)主磁場(chǎng)確定的磁共振系統(tǒng)來說，在外界條件不變的條件下，其共振頻率也是一個(gè)固定的值，接收線圈測(cè)量到的FID信號(hào)和射頻磁場(chǎng)的頻率變化是一致的，因此可以對(duì)FID信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，找到FID信號(hào)的頻率，根據(jù)核磁共振發(fā)生的條件，從而間接得到射頻磁場(chǎng)的中心頻率，此頻率也就是樣品質(zhì)子進(jìn)動(dòng)的拉莫爾頻率。方法二：宏觀磁化矢量的弛豫可以通過布洛克方程進(jìn)行描述和求解，但此過程中總是包含著一個(gè)固定的進(jìn)動(dòng)項(xiàng)。由于進(jìn)動(dòng)的存在，使得描述和求解都很困難。而進(jìn)動(dòng)并不對(duì)信號(hào)幅值產(chǎn)生任何影響。因此有人采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系來描述宏觀磁化矢量的弛豫過程。因此，實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中的MR信號(hào)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中就可以把進(jìn)動(dòng)項(xiàng)消除。當(dāng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)頻率與拉莫爾頻率完全相同時(shí)，線圈采集到的FID信號(hào)中的拉莫爾頻率成分就可被完全過濾掉，呈現(xiàn)出來的是一條呈指數(shù)遞減規(guī)律的曲線。因此在實(shí)驗(yàn)中可以通過不斷修改射頻脈沖的頻率，同時(shí)觀察屏幕上的FID信號(hào)。當(dāng)FID信號(hào)的振蕩頻率逐步減小到基本上不出現(xiàn)振蕩時(shí)，說明此時(shí)的射頻頻率就是拉莫爾頻率。圖2所示分別給出了偏共振、接近共振和共振狀態(tài)下的FID信號(hào)形狀以及其頻譜形式?？赏ㄟ^不斷微小調(diào)節(jié)射頻頻率從而實(shí)現(xiàn)完美共振狀態(tài)。圖2共振與偏共振狀態(tài)下FID信號(hào)的形狀及其頻譜實(shí)驗(yàn)步驟：.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行WINMRIXP軟件進(jìn)入到軟件操作界面。.將裝有10mm高大豆油的樣品管小心放置入磁體柜上方樣品孔內(nèi)。.開啟射頻單元及梯度放大器的電源。.單擊工具欄上的“Demo"按鈕，進(jìn)入脈沖序列選擇對(duì)話框。選擇硬脈沖FID序列，在參數(shù)設(shè)置表中將參數(shù)P1設(shè)置為5微秒，其余參數(shù)默認(rèn)。讓實(shí)驗(yàn)者根據(jù)拉莫爾公式大概計(jì)算出頻率主值SF1(MHz)o.方法一:(1)點(diǎn)擊“單次采集”按鈕進(jìn)行單次采集，讓實(shí)驗(yàn)者對(duì)偏移量01按50KHz為步進(jìn)長(zhǎng)度逐漸增加直到界面上出現(xiàn)FID信號(hào)。停止后選擇工具欄上的“FFT”命令按鈕，對(duì)FID信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換。點(diǎn)擊“一維處理”進(jìn)入一維處理選項(xiàng)卡(2)單擊“相位校正”按鈕進(jìn)入相位校正對(duì)話框，調(diào)節(jié)零級(jí)相位校正PCO數(shù)值框中的值使譜線基部處在同一水平位置上，選擇0K確定。(3)選擇“基線歸零”按鈕，把譜線基部下拉到坐標(biāo)零基線位置。(4)使用頻域顯示調(diào)整“局部顯示”按鈕，選擇以譜峰為中心點(diǎn)的局部譜線進(jìn)行顯示，具體方法將鼠標(biāo)先后對(duì)稱地點(diǎn)擊譜峰中心左右兩側(cè)。鼠標(biāo)松開后，選擇的局部譜線就會(huì)得到放大顯示。(5)使用“設(shè)置中心頻率”按鈕，把譜線中心峰值處設(shè)置為中心頻率，設(shè)定后系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，確定后系統(tǒng)就會(huì)在下次采集時(shí)采用設(shè)定的中心頻率，即找到了系統(tǒng)的中心頻率。（6）選擇單次采集工具“GS”按鈕，觀看信號(hào)幅度，說明射頻信號(hào)的頻率和磁場(chǎng)的中心頻率近似一致，此時(shí)在采集面板下設(shè)定的頻率SF1（MHz）+01（KHz）的值，即為磁場(chǎng)的拉莫爾頻率。.方法二：（1）使用單次采集工具“GS”按鈕進(jìn)行信號(hào)采集，該圖表明當(dāng)前設(shè)置的頻率和中心頻率有一定差距。（2）調(diào)整射頻頻率，即增大或減少01值，來尋找合適的射頻頻率，調(diào)整方向?yàn)槭剐盘?hào)變疏（即使頻率差變?。?。具體調(diào)整方法可采用先粗調(diào)后細(xì)調(diào)的原則。在肉眼能夠觀察到信號(hào)頻率的情況下，可先估算此時(shí)的信號(hào)頻率，然后在當(dāng)前設(shè)置值的基礎(chǔ)上加/減此頻率值，即可較快的尋找接近共振頻率的狀態(tài)。（3）當(dāng)采集信號(hào)比較稀疏時(shí)，再細(xì)調(diào)01值，直到譜線出現(xiàn)沒有震蕩的指數(shù)衰減形式，此時(shí)說明設(shè)定的射頻頻率和磁場(chǎng)中心頻率重合，即該頻率即為拉莫爾頻率。【四】實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.應(yīng)用方法一測(cè)量到的中心頻率為：.應(yīng)用方法二測(cè)量到的中心頻率為：【五】思考題.如何應(yīng)用傅立葉變換進(jìn)行射頻頻率的測(cè)量；.討論和比較兩種中心頻率測(cè)量方法之間的異同；.理論上的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系在系統(tǒng)中是用何種硬件器件來實(shí)現(xiàn)的？4-2自旋回波質(zhì)子密度成像實(shí)驗(yàn)【一】實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解自旋回波成像過程和原理；.理解和自旋回波成像有關(guān)的參數(shù)設(shè)置；.利用自旋回波成像序列，對(duì)試管油或水樣品進(jìn)行成像?！径繉?shí)驗(yàn)器材設(shè)備實(shí)驗(yàn)器材：試管油或水樣品；實(shí)驗(yàn)設(shè)備：NMI20臺(tái)式磁共振成像儀?！救繉?shí)驗(yàn)方法與步驟實(shí)驗(yàn)方法：本實(shí)驗(yàn)采用自旋回波序列進(jìn)行。自旋回波序列的形式如圖1所示，各種參數(shù)分別為:圖1SE序列形式及其參數(shù)DO：重復(fù)時(shí)間TR；D1：為相位編碼時(shí)間；D3：代表射頻脈沖結(jié)束到開始采樣的延遲，即死時(shí)間；D4和D5：間隔時(shí)間，用以調(diào)節(jié)TE時(shí)間；SP1、SP2：分別是90°和180°脈沖的脈沖寬度（一般SPl=SP2=1200us）；該參數(shù)還可用以確定激發(fā)寬度和切片厚度；RFA1、RFA2：分別是90°和180°脈沖的脈沖幅度。在成像實(shí)驗(yàn)中，SP1=SP2,90。和180。脈沖需要靠RFA1和RFA2來設(shè)置，RFA2-RFA1；D2：相位平衡梯度施加時(shí)間，理論上D2是SP1的一半。實(shí)驗(yàn)步驟：.啟動(dòng)計(jì)算機(jī),運(yùn)行WINMRIXP軟件進(jìn)入到軟件操作界面。.將裝有實(shí)驗(yàn)樣品的樣品管小心放置入磁體柜上方的樣品孔內(nèi)。.開啟射頻單元及梯度放大器的電源。.仔細(xì)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)均勻性，確定中心頻率，使系統(tǒng)處于核磁共振實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。.仔細(xì)調(diào)節(jié)90°射頻和180°射頻達(dá)到理想狀態(tài)，并記錄RFA1和RFA2的值。.從菜單“文件/新建”(或者“工具攔”里的“NEW”按鈕)上選擇“自旋回波(S_SE2D)”脈沖序列，其序列圖如圖8T8所示。.設(shè)置中心頻率，將90度脈沖幅度RFA1值和180度脈沖幅度RFA2值，設(shè)置為第2記錄下來的值。其余參數(shù)可參照默認(rèn)設(shè)置。.選擇菜單欄里的“ZG”工具，進(jìn)行累加采集，其過程如圖2所示；實(shí)驗(yàn)過程中，可觀察采集過程中信號(hào)的變化情況，采集時(shí)間的粗略計(jì)算等;圖2數(shù)據(jù)采集及累加過程.當(dāng)數(shù)據(jù)采集完畢后，自動(dòng)給出K空間數(shù)據(jù)矩陣如圖3

所示。圖3采集后的K空間圖像.選擇工具欄下的傅立葉變換工具FFT按扭，之后再選擇默認(rèn)的圖像分辨率后，就能得到樣品橫斷面的層面圖像；可調(diào)整ImageIntensity和WindowLevel值，以提高一點(diǎn)信噪比。用戶也可根據(jù)需要選擇圖像顯示的顏色。圖4所示為對(duì)三角形油渣樣品進(jìn)行成像的效果圖。圖4FFT后得到的空間頻率域圖像.打開“WaveForm"標(biāo)簽頁(yè)上的SlicePosition,更改不同的值，重復(fù)上述步驟實(shí)驗(yàn)。觀察圖像出現(xiàn)的變化;【四】實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.自旋回波序列數(shù)據(jù)采集過程中，隨著相位編碼步的不斷進(jìn)行，信號(hào)的變化規(guī)律是 。其 原 因是：;.本實(shí)驗(yàn)裝置中對(duì)于層面的選擇是采用進(jìn)行的；.利用自旋回波序列生成的樣品圖像及其K空間圖像:K空間圖像最終圖像【五】思考題.自旋回波成像主要涉及到哪些參數(shù)？.自旋回波序列過程是怎樣的？3.K空間數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)之間的關(guān)系是什么？如何理解時(shí)間域、空間域、頻率域這三者之間的關(guān)系？3. 傅立葉圖像重建的原理是什么？組合實(shí)驗(yàn)五5-1用Nai(T1)單晶丫譜儀進(jìn)行丫能譜測(cè)量一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庹莆者M(jìn)行一般射線能譜測(cè)量的基本原理；掌握Nai（TD單晶譜儀的基本結(jié)構(gòu)與工作原理；掌握Y能譜測(cè)量的過程與基本方法；二.實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)備1、閃爍探測(cè)器閃爍體探測(cè)器是利用某些物質(zhì)在核輻射的作用下會(huì)發(fā)光的特性來探測(cè)核輻射的，這些物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)或閃爍體。光電器件將微弱的閃爍光轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娮?，光電子?jīng)過多次倍增放大后，輸出一個(gè)電脈沖，這種裝置叫做閃爍探測(cè)器。閃爍探測(cè)器的主要組成部分有閃爍體、光學(xué)收集系統(tǒng)、光電倍增管（或其它光電器件）以及給光電倍增管各電極供電的分壓器。它們被封閉在一個(gè)不透光的暗盒里，統(tǒng)稱為探頭,如圖1所示。1 2 3 4 5 6 9 78圖1,閃爍探測(cè)器組成示意圖1—反射層；2—閃爍體；3--硅油；4—光導(dǎo)；5—光電倍增管；6一分壓器；7—高壓電源；8—電信號(hào)記錄儀器；9一暗盒；閃爍探測(cè)器的工作原理為：核輻射進(jìn)入閃爍體中，使原子(或分子)激發(fā)，受激原子在退激過程中發(fā)光，光子穿過閃爍體、光導(dǎo)，一部分到達(dá)光電倍增管的光陰極，在光陰極上打出光電子，被光電倍增管的第一倍增極收集的光電子經(jīng)過光電倍增管各倍增極的倍增(或稱放大)，便產(chǎn)生一個(gè)電脈沖信號(hào)。這個(gè)電脈沖信號(hào)的強(qiáng)度與進(jìn)入的核輻射能量成正比。1),閃爍體：常用的幾種閃爍體有：Nai(T1)晶體、CsI(Tl))晶體、ZnS(Ag)晶體、BG0(Bi4Ge3012)>CaF?晶體、玻璃閃爍體、氣體閃爍體(以上均為無機(jī)閃爍體)、塑料閃爍體、恿:晶體、液體閃爍體(以上均為有機(jī)閃爍體)。閃爍體的特性參量：發(fā)光效率:表示閃爍體將所吸收的核輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿男阅芄视址Q為能量轉(zhuǎn)換效率常用光能輸出來表示。顯然，在探測(cè)核輻射時(shí)，希望閃爍體有較高的發(fā)光效率，這不僅能使輸出脈沖幅度較大，而且每單位能量產(chǎn)生的光子數(shù)較多，統(tǒng)計(jì)漲落小，能量分辨率會(huì)好一些。發(fā)光光譜：閃爍體受核輻射激發(fā)后退激所發(fā)射的光并不是單色的，有不同的波長(zhǎng)，且不同的波長(zhǎng)的光子數(shù)也不同。這種光子數(shù)隨波長(zhǎng)的分布，稱為閃爍體發(fā)光光譜。發(fā)光時(shí)間和發(fā)光衰減時(shí)間：核輻射進(jìn)入閃爍體到產(chǎn)生出光子的時(shí)間稱為發(fā)光時(shí)間。產(chǎn)生的光子數(shù)與時(shí)間的關(guān)系遵循指數(shù)衰減規(guī)律，函數(shù)式為N(t)=NOe-t/j其中t就是發(fā)光衰減時(shí)間。光衰減長(zhǎng)度：描述光在閃爍體中傳輸情況的一個(gè)量。它表示光子數(shù)衰減到1/e時(shí)光子在閃爍體中通過的路程，即為式N(x):NOe-x/人的入。其倒數(shù)稱作“平均光衰減系數(shù)”。能量響應(yīng)：表示輸出脈沖幅度與入射粒子能量之間的關(guān)系。用作能量測(cè)量的探測(cè)器總希望其能量響應(yīng)是線性的。但閃爍探測(cè)器的能量線性關(guān)系不太好，只是在較高能量時(shí)才接近線性。2),光學(xué)收集系統(tǒng)：反射層：反射層的作用是將閃爍體中向各個(gè)方向發(fā)射的光子有效的反射到光電倍增管的光陰極上。光學(xué)耦合劑：在閃爍體與光導(dǎo)及光導(dǎo)與光電倍增管光陰極之間的交界面必須加上一層光學(xué)耦合劑。它的作用是排除交界面間的空氣，減少光子在交界面的全反射，使它有效的傳輸?shù)焦怆姳对龉艿墓怅帢O。光導(dǎo)：就是在閃爍體與光電倍增管之間所加的導(dǎo)光介質(zhì)。光電倍增管：(其結(jié)構(gòu)如圖2所示)D, D.A圖2,光電倍增管結(jié)構(gòu)及原理圖光陰極K:能夠接受光子并產(chǎn)生光電子；倍增極D:用作光電子倍增，且制成一定的幾何結(jié)構(gòu)使光電子能有效的被收集。陽(yáng)極A:用作收集來自最后一個(gè)倍增極的二次電子；聚焦加速極F:作用是使光陰極發(fā)射的光電子在到達(dá)第一個(gè)倍增極過程中，有良好的聚焦性能和高的光電子收集效率和小的度越時(shí)間；特性參量：光陰極靈敏度Sk：在一定波長(zhǎng)下，投射到光陰極上的輻射功率P(w)與所產(chǎn)生的光電子流i的關(guān)系，其式為Sk二i/p(mA/W);光陰極量子效率Qk:一定波長(zhǎng)的光照射下，光陰極發(fā)射的光電子數(shù)與入射光電子數(shù)之比；光譜響應(yīng)：不同波長(zhǎng)的光照射光陰極時(shí)量子效率不同，量子效率隨波長(zhǎng)的關(guān)系曲線稱作光陰極的光譜響應(yīng)曲線。倍增系數(shù)：光電倍增管的倍增系數(shù)定義為陽(yáng)極輸出電流與陰極光電子流之比。陽(yáng)極靈敏度：最后一極倍增極輸出的光電子的總功率與陽(yáng)極輸出功率之比。暗電流：光電倍增管在完全沒有光照射的情況下，加上工作電壓時(shí)，陽(yáng)極也會(huì)有輸出電流，這種暗電流是噪聲的主要原因；陽(yáng)極輸出電流的線性與飽和：陽(yáng)極輸出電流與入射光強(qiáng)之間在入射光通量較大時(shí)存在著嚴(yán)重的非線性關(guān)系；當(dāng)入射光通量達(dá)到一定值時(shí)，再增加光通量，陽(yáng)極輸出電流并不增加,即達(dá)到飽和狀態(tài)；時(shí)間特性：光電倍增管的時(shí)間特性是基于光電子和二次電子在電極間的運(yùn)動(dòng)以及光電發(fā)射和二次發(fā)射的統(tǒng)計(jì)性。穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是指在恒定源照射下，光電倍增管陽(yáng)極電流隨時(shí)間的變化。其主要由管子的工作電壓、陽(yáng)極電壓影響。其它如連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)短、倍增極材料、制造工藝以及周圍如磁場(chǎng)、溫度等也對(duì)光電倍增管的穩(wěn)定性有影響。特別說明：高壓電源輸出電壓的變化會(huì)使各個(gè)倍增極的倍增系數(shù)以及聚焦情況發(fā)生變化，從而影響總的倍增系數(shù)，造成輸出脈沖幅度不穩(wěn)，因此對(duì)高壓電源的穩(wěn)定性要求很高。本實(shí)驗(yàn)要求電源穩(wěn)定度應(yīng)好于0.k。這也是本實(shí)驗(yàn)的主要誤差因素。,Nai(T1)單晶Y譜儀閃爍體自50年代出現(xiàn)以來，被廣泛應(yīng)用于能譜測(cè)量。其譜儀系統(tǒng)框圖如圖3所示。圖3,閃爍體探測(cè)器譜儀系統(tǒng)框圖Y輻射入射到閃爍體，通過光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對(duì)效應(yīng)產(chǎn)生次級(jí)電子，使閃爍體中原子電離和激發(fā)而產(chǎn)生熒光，由光電倍增管變成電脈沖信號(hào)，它的幅度正比于次級(jí)電子能量。單能Y射線所產(chǎn)生的光電子能量基本相同，但康普頓電子的能量是連續(xù)的，因此相應(yīng)于單能Y射線，探測(cè)器輸出脈沖幅度除了光電峰外，還有康普頓連續(xù)譜。當(dāng)Y射線能量較高而閃爍體又不是很大時(shí)，相應(yīng)于電子對(duì)效應(yīng)還有單逃逸峰和雙逃逸峰等。線性放大器的作用是將光電倍增管陽(yáng)極負(fù)載上輸出的(10^100)mV的電壓脈沖放大到足夠的幅度，一般為(0.T10)V,以滿足單(多)道脈沖分析器的要求。對(duì)線性放大器的要求是：放大倍數(shù)可調(diào)；上升時(shí)間＜0.111s;線性良好。單道脈沖幅度分析器通過選定其道寬，調(diào)節(jié)其域值來對(duì)不同幅度的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，多次計(jì)數(shù)，最后得出一條能譜曲線。多道脈沖幅度分析器相當(dāng)于多個(gè)單道脈沖幅度分析器同時(shí)對(duì)不同幅度的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，一次測(cè)量即可得出一條能譜曲線。應(yīng)用單(多)道脈沖幅度分析器時(shí)最關(guān)鍵的是合適的選擇道寬。道寬選擇的原則是使實(shí)際的譜分布在一個(gè)道寬范圍內(nèi)不應(yīng)當(dāng)有急劇變化。,Y射線能譜Nai(T1)譜儀測(cè)量單能Y射線能量所得到的能譜中的全能峰、康普頓連續(xù)譜、單逃逸峰、雙逃逸峰等Y射線與閃爍體相互作用有關(guān)。此外，以下因素使得Y能譜更為復(fù)雜：由放射源發(fā)出的Y射線在探測(cè)器周圍的材料中產(chǎn)生康普頓散射時(shí)，反散射光子再進(jìn)入探測(cè)器發(fā)生光電效應(yīng)

形成的反散射峰；丫射線在閃爍體中從碘的K層打出光電子后留下一空位外層電子向這一空位躍遷時(shí)發(fā)射出能量為28.61Kev的X射線，這X射線逃逸出晶體就形成一個(gè)碘逃逸峰；(如Co-60)放射源每次衰變發(fā)射兩個(gè)級(jí)聯(lián)丫射線,而這兩個(gè)級(jí)聯(lián)Y射線可能在后面的探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間內(nèi)或電子學(xué)線路分辨時(shí)間內(nèi)進(jìn)行相互作用并被完全吸收,形成一個(gè)能量為兩Y光子能量之和的真和峰；許多放射源本身的特征X射線也會(huì)對(duì)Y能譜形成其它干擾輻射峰；下圖4、5分別是用Nai(T1)單晶譜儀測(cè)得的Cs-137和Na-24的Y能譜圖脈沖一俄0脈沖一俄0圖4,Nai(T1)單晶譜儀測(cè)得的Cs-137 圖5,Nai(Tl)單晶譜儀測(cè)得的Na-24的丫能譜圖Y的能譜圖4、實(shí)驗(yàn)設(shè)備:FH-421或FH-1901通用單道閃爍譜儀一套；微居級(jí)⑶Cs源一個(gè)；脈沖示波器一臺(tái)；三實(shí)驗(yàn)步驟按照?qǐng)D3連接好電纜線；從源庫(kù)將Cs-137放射源置于源架上；合上電源開關(guān)，啟動(dòng)低壓電源，開啟示波器，并調(diào)節(jié)示波器處于正常工作狀態(tài)；進(jìn)行定標(biāo)器自檢，確認(rèn)定標(biāo)器工作正常；調(diào)節(jié)主放大器放大倍數(shù)，使輸出脈沖幅度值為8V左右(可通過示波器觀測(cè)其波形與幅度來達(dá)到調(diào)節(jié)目的)；調(diào)節(jié)單道脈沖幅度分析器的道寬檔，根據(jù)需要可以選擇AV=0.1或0.2V;調(diào)節(jié)單道脈沖幅度分析器的閾值檔，選擇V為起始測(cè)量限值，如V=0.IV;調(diào)節(jié)定標(biāo)器，設(shè)定為半自動(dòng)檔，測(cè)量時(shí)間根據(jù)射線計(jì)數(shù)率大小來選取，確保計(jì)數(shù)誤差(統(tǒng)計(jì)誤差)，如T=3秒，置微分測(cè)量檔；按定標(biāo)器的測(cè)量按鈕，開始計(jì)數(shù)，3秒自動(dòng)停止計(jì)數(shù)，記錄該數(shù)據(jù)，并將定標(biāo)器清零；10,依次調(diào)節(jié)單道脈沖幅度分析器的閾值為V+AV、V+2△V、V+3AV、V+4AV……V+nAV,直至8V以后計(jì)數(shù)顯示為本底計(jì)數(shù)為止，每次重復(fù)步驟6,測(cè)量，計(jì)數(shù)，記錄數(shù)據(jù)，清零；11,撤除放射源，閾值調(diào)至0V,打積分測(cè)量檔，測(cè)其本底計(jì)數(shù)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)頁(yè)見附頁(yè)四.數(shù)據(jù)處理與誤差分析根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙紙上繪出Cs-137源的丫能譜圖；試定性分析本實(shí)驗(yàn)的主要誤差來源（不少于5個(gè)）；試計(jì)算Cs-137源的Y射線能量（設(shè)閃爍體的能量吸收率為A,閃爍體的光子能量轉(zhuǎn)換效率為C1,光陰極的收集因子為G,光陰極的光電轉(zhuǎn)換效率為C2,光電倍增管的總倍增系數(shù)為M,光電倍增管的輸出電容值為C）;根據(jù)1的實(shí)驗(yàn)Y能譜圖結(jié)果，計(jì)算其能量分辨率；五思考題試問本實(shí)驗(yàn)中的能譜圖中為何沒有出現(xiàn)單（雙）逃逸峰？正常情況下，反散射峰的能量范圍在0.2-0.25Mev之間，觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)茏V圖中的反散射峰，計(jì)算它的能量范圍是否在0.2-0.25Mev之間，并分析其原因；（Cs-137源的射線能量為662Kev）;4. 將閾值置。時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)很大，明顯不合實(shí)際，處理時(shí)一般將其舍棄，為什么？實(shí)驗(yàn)5-2核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠Ⅱ?yàn)證原子核衰變及放射性計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)性。了解統(tǒng)計(jì)誤差的意義，掌握計(jì)算統(tǒng)計(jì)誤差的方法。學(xué)習(xí)檢驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的分布類型的方法。二、內(nèi)容.在相同條件下，對(duì)某放射源進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，畫出放射性計(jì)數(shù)的頻率直方圖，并與理論分布曲線作比較。.在相同條件下，對(duì)本底進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，畫出本底計(jì)數(shù)的頻率分布圖，并與理論分布圖作比較。.用￡檢驗(yàn)法檢驗(yàn)放射性計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布類型。三、原理在重復(fù)的放射性測(cè)量中，即使保持完全相同的實(shí)驗(yàn)條件(例如放射源的半衰期足夠長(zhǎng)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為其活度基本上沒有變化；源與計(jì)數(shù)管的相對(duì)位置始終保持不變；每次測(cè)量時(shí)間不變，測(cè)量?jī)x器足夠精確，不會(huì)產(chǎn)生其它的附加誤差等等)，每次的測(cè)量結(jié)果并不完全相同，而是圍繞著其平均值上下漲落，有時(shí)甚至有很大的差別。這種現(xiàn)象就叫做放射性計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)性。放射性計(jì)數(shù)的這種統(tǒng)計(jì)性反映了放射性原子核衰變本身固有的特性，與使用的測(cè)量?jī)x器及技術(shù)無關(guān)。1.核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律放射性原子核衰變的統(tǒng)計(jì)分布可以根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分布的理論來推導(dǎo)。放射性原子核衰變的過程是一個(gè)相互獨(dú)立彼此無關(guān)的過程，即每一個(gè)原子核的衰變是完全獨(dú)立的，和別的原子核是否衰變沒有關(guān)系，而且哪一個(gè)原子核先衰變，哪一個(gè)原子核后衰變也純屬偶然的，并無一定的次序，因此放射性原子核的衰變可以看成是一種伯努里試驗(yàn)問題。設(shè)在，=0時(shí)，放射性原子核的總數(shù)是M，在，時(shí)間內(nèi)將有一部分核發(fā)生了衰變。已知任何一個(gè)核在，時(shí)間內(nèi)衰變的概率為夕=(1一e2),不衰變的概率為q=l-p=e",2是該放射性原子核的衰變常數(shù)。利用二項(xiàng)式分布可以得到在/時(shí)間內(nèi)有n個(gè)核發(fā)生衰變的概率P(〃)為尸(1)在，時(shí)間內(nèi)，衰變掉的粒子平均數(shù)為m=N0p=NoQ"")其相應(yīng)的均方根差為b=J—oPg= =(me-〃)"2 (3)假如2，<V1,即時(shí)間，遠(yuǎn)比半衰期小，這時(shí)。可簡(jiǎn)化為a=-fm (4)M總是一個(gè)很大的數(shù)目，而且如果滿足丸K<1,則二項(xiàng)式分布可以簡(jiǎn)化為泊松分布，因?yàn)樵诙?xiàng)式分布中，M不小于100,而且夕不大于0.01的情況下，泊松分布能很好的近似于二項(xiàng)式分布，此時(shí)P(n)=^-e-m (5)在泊松分布中，〃的取值范圍為所有的正整數(shù)(0,1,2,3…),并且在，〃=加附近時(shí)，P(〃)有一極大值，當(dāng)加較小時(shí)，分布是不對(duì)稱的，相較大時(shí)，分布漸趨近于對(duì)稱。當(dāng)機(jī)220時(shí)，泊松分布一般就可用正態(tài)(高斯)分布來代替。-(n-m)2P(n)=e2， (6)yl27ca式中J=m,尸(〃)是在〃處的概率密度值?，F(xiàn)在我們分析在放射性測(cè)量中，計(jì)數(shù)值的統(tǒng)計(jì)分布。原子核衰變的統(tǒng)計(jì)現(xiàn)象服從的泊松分布和正態(tài)分布也適合于計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布。因此，只需將分布公式中的放射性核的衰變數(shù)，改換成計(jì)數(shù)N,將衰變掉粒子的平均數(shù)機(jī)改換成計(jì)數(shù)的平均值M就可以了。P(N)=-e'M

N\TN-M)P(N)=e2/v2^(7式中盯J= 當(dāng)M值較大時(shí)，由N值出現(xiàn)在M值附近的概率較大，/可用某一次計(jì)數(shù)值N近似，所以『弋N。由于核衰變的統(tǒng)計(jì)性，我們?cè)谙嗤瑮l件下作重復(fù)測(cè)量時(shí)，每次測(cè)量結(jié)果并不相同，有大有小，圍繞著平均計(jì)數(shù)值M有一個(gè)漲落，其漲落大小可以用均方根差”屈.后來表示。由(8)式可以看出，正態(tài)分布決定于平均值M及均方根差。這兩個(gè)參數(shù)，它對(duì)稱于"="，見圖lo對(duì)于M=0,o1,這種分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。一般的概率統(tǒng)計(jì)書上給出的正態(tài)分布數(shù)值表都是對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的。計(jì)數(shù)值處于N?N+dN內(nèi)的概率為-(N-M：尸(N)dN=-j=Le2/dN為了計(jì)算方便，需作如下的變量置換(稱標(biāo)準(zhǔn)化)，令N-MA

z— =一aae2dz而f意e與dz稱為正態(tài)分布概率積分，此積分的數(shù)值表在《原子核物理實(shí)驗(yàn)方法》下冊(cè)中的附錄上可以查到。如果我們對(duì)某一放射源進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，得到一組數(shù)據(jù)，其平均值為耳，那末計(jì)數(shù)值N落在於b（即方土后）范周內(nèi)的概率為e2bdN用變量z=M來置換之，并查表，上式即為這就是說，在某實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行單次測(cè)量，如果計(jì)數(shù)值為N1,（Ni來自一個(gè)正態(tài)分布總體），那末表我們可以說N［落在斤土0（即齊土后）范圍內(nèi)的概率為68.3%,或者反過來說，在州土后范圍內(nèi)包含真值的概率是68.3%。實(shí)質(zhì)上，從正態(tài)分布的特點(diǎn)來看，由于出現(xiàn)概率較大的計(jì)數(shù)值與平均方的偏差較小，所以我們可以用歷來代替麻。對(duì)于單次測(cè)量值M，可以近似地說，在凹土師范圍內(nèi)包含真值的概率是68.3%,這樣用單次測(cè)量值就大體上確定了真值所在的范圍，這種由于放射性衰變的統(tǒng)計(jì)性引起的誤差，叫做統(tǒng)計(jì)誤差。放射性統(tǒng)計(jì)漲落服從正態(tài)分布，所以用均方根差（也稱標(biāo)準(zhǔn)誤差）八折來表示。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)誤差表示放射性的單次測(cè)量值M時(shí)，則可以表示為……4土尿/土啊。用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的術(shù)語(yǔ)來說，將68.3%稱為“置信概率”（或叫做“置信度”），相應(yīng)的“置信區(qū)間”，即為萬土。,而當(dāng)置信區(qū)間取為方±2八月±3。時(shí)，相應(yīng)的置信概率則為95.5%和99.7%o2./檢驗(yàn)法放射性衰變是否符合于正態(tài)分布或泊松分布，由一組數(shù)據(jù)的頻率直方圖或頻率分布圖與理論正態(tài)分布或泊松分布作比較，可以得到一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，而/檢驗(yàn)法則提供一種較精確的判別準(zhǔn)則。它的基本思想是比較被測(cè)對(duì)象應(yīng)有的一種理論分布和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分布之間的差異，然后從某種概率意義上來說明這種差異是否顯著。如果差異顯著，說明測(cè)量數(shù)據(jù)有問題，反之，則認(rèn)為差異在某種概率意義上不顯著，測(cè)量數(shù)據(jù)正常。設(shè)對(duì)某一放射源進(jìn)行重復(fù)測(cè)量得到了K個(gè)數(shù)值，對(duì)他們進(jìn)行分組，分組序號(hào)用，表示J,/=1、2、3…〃，令*其中人代表分組數(shù)，力表示各組的實(shí)際觀測(cè)次數(shù)，力'為根據(jù)理論分布計(jì)算得到的各組理論次數(shù)。求理論次數(shù)的方法是：從正態(tài)分布概率積分?jǐn)?shù)值表上查出各區(qū)間的概率，再將它乘以總次數(shù)。可以證明，/統(tǒng)計(jì)量近似地服從/分布，且其自由度是。一/一1,這里/是在計(jì)算理論次數(shù)時(shí)所用的參數(shù)個(gè)數(shù)。對(duì)于正態(tài)分布，自由度為〃一3,對(duì)于泊松分布，自由度為〃一20統(tǒng)計(jì)量/可以用來衡量實(shí)測(cè)分布與理論分布之間有無明顯的差異。使用/檢驗(yàn)時(shí)，要求總次數(shù)不小于50,以及任一組的理論次數(shù)不小于5（最好在10以上），否則可以將組適當(dāng)?shù)睾喜⒁栽黾樱郾容^的方法是先選取一個(gè)任意給定的小概率稱為顯著性水平，查出對(duì)應(yīng)的乂?值（在參考資料⑵的附錄中有此表），比較計(jì)算量/和&2的大小來判斷拒絕或接受理論分布。這種判斷是在某一顯著性水平a上得出來的。例如對(duì)于某一服從泊松分布的數(shù)據(jù)，其計(jì)數(shù)平均值為3.87,計(jì)算統(tǒng)計(jì)量/=13,自由度是9,如取顯著性水平a=0.05時(shí),查表得到乂2=16.919,因?qū)崪y(cè)得到/=13＜孩2=16.919,所以認(rèn)為此組數(shù)據(jù)服從泊松分布。四、實(shí)驗(yàn)裝置1、實(shí)驗(yàn)器材計(jì)數(shù)管探頭，F(xiàn)J-365,1個(gè)；G-M計(jì)數(shù)管,J-104,1支；自動(dòng)定標(biāo)器，F(xiàn)H-408,1臺(tái)；y放射源，6°Co或137cs,1個(gè)。2、實(shí)驗(yàn)方框圖圖2實(shí)驗(yàn)方框圖五、實(shí)驗(yàn)步驟.按方框圖連接各儀器設(shè)備，并用自動(dòng)定標(biāo)器的自檢信號(hào)檢驗(yàn)儀器是否處于正常工作狀態(tài)。.測(cè)量計(jì)數(shù)管坪曲線，選擇計(jì)數(shù)管的合適工作電壓、合適的計(jì)數(shù)率等實(shí)驗(yàn)條件，重復(fù)進(jìn)行至少100次以上的獨(dú)立測(cè)量，并算出這組數(shù)據(jù)的平均值。.測(cè)量本底分布，測(cè)量次數(shù)為100次以上，并算出其平均值。六、結(jié)果分析及數(shù)據(jù)處理1.作頻率直方圖把一組測(cè)量數(shù)據(jù)按一定區(qū)間分組，統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)在各區(qū)間內(nèi)的次數(shù)鬲或頻率h/總次數(shù)⑹，以次數(shù)尢.或頻率h/K作為縱座標(biāo)，以測(cè)量值為橫座標(biāo)，這樣作出的圖形在統(tǒng)計(jì)上稱為頻率直方圖，見圖3o頻率直方圖可以形象地表明數(shù)據(jù)的分布狀況。為了便于與理論分布曲線作比較，建議在作頻率直方圖時(shí)，將平均值置于組中央來分組，組距為o/2,這樣各組的分界點(diǎn)是—1 —3 —5N±—cr,N±—b,N土—。，…4 4 4而各組的中間值為--1-MN±—±o■，….配制相應(yīng)的理論正態(tài)分布曲線。.計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)落在斤±6月±2b,R±3b范圍內(nèi)的頻率。.分別用單次測(cè)量值和平均值來表示測(cè)到的放射源的計(jì)數(shù)值。.對(duì)此組數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢驗(yàn)。.作出本底的實(shí)驗(yàn)頻率分布及其對(duì)應(yīng)的理論分布圖，并對(duì)此作/檢驗(yàn)，以單次測(cè)量值表示本底的計(jì)數(shù)值。七、思考題.什么是放射性原子核衰變的統(tǒng)計(jì)性?它服從什么規(guī)律？.Q的物理意義是什么？以單次測(cè)量值"來表示放射性測(cè)量值時(shí)，為什么是機(jī)而，其物理意義是什么？.為什么說以多次測(cè)量結(jié)果的平均值來表示放射性測(cè)量值時(shí)，其精確度要比單次測(cè)量值高?第二部份醫(yī)院觀摩觀摩實(shí)驗(yàn)一參觀醫(yī)院CR系統(tǒng)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私釩R系統(tǒng)的成像原理及后處理功能?！緦?shí)驗(yàn)儀器設(shè)備】X線機(jī)、CR系統(tǒng)及附件?！緦?shí)驗(yàn)方法與步驟】.參觀CR系統(tǒng)，對(duì)CR系統(tǒng)有一個(gè)整體了解；.查看影像板，最好取一塊廢的影像板，以便切開觀看，增加感性認(rèn)識(shí)；.對(duì)影像板進(jìn)行掃描，將所得到的圖像分別調(diào)整GA、GC、GS、GT,查看圖像的變化。.對(duì)認(rèn)為滿意的圖像打印?！?/p>