《核医学常用仪器》PPT课件.ppt

第三章 放射性探测仪器,一.原理 在众多的放射性探测仪器中，其探测的基本原理都是建立在核射线与物质的相互作用的基础上。具体分为以下几种类型： 1.电离作用 2.荧光现象：射线作用于晶体产生荧光的过程称闪烁，此类晶体称闪烁体 3.感光作用 现代放射性探测仪器一般把射线辐射能转变为电能（脉冲信号）进行分析记录。,探测器分类（依据能量转化）,（一）气体电离探测器（gas ionization detector ） 如正比计数管、电流电离室、 G-M计数管 （二）固体探测器（solid scintillation detector ） 放免仪Radioimmunoassay detector （三）液体闪烁探测器（liduid scintillation detector） （四）半导体探测器（semiconductor detector）用于活化分析activation analysis,仪器的组成,探头+后续电子学线路 1、射线探测器 （探头）：感受射线 2、后续电子学线路及计算机输出系统：分析记录脉冲信号并输出测量结果 以测量射线的闪烁计数器为例：,常用放射性测量仪器,（一）放射性活度测量仪器 如：闪烁计数器、液体闪烁计数仪 （二）诊断用仪器 如：脏器功能测定仪（甲状腺功能测定仪、肾图仪） 、脏器显像仪器如SPECT、PET， SPECT-CT、PET-CT （三）防护用仪器 如：场所剂量监测仪、表面污染监测仪、个人剂量监测仪 （四 ）活度计 测量核素及其标记物活度,（一）探头（闪烁探测器 ）,1.闪烁体： 2.光电倍增管:光电转换器件 3.工作原理 4.井型闪烁探测器,闪烁体 光阴极,荧光 光子,光电子,聚焦极,联极,聚焦,电子数成106-108倍,阳极,scintillator,photocathode,Focus electrode,anode,光电倍增管通过升高电压而放大电子数,但因管内温度升高引发自由电子也在高压下倍增在阳极形成电脉冲易造成热噪声,提高本底.可调节高压或提高甄别来消除.,光电倍增光做原理,(二)后续电子学线路,1.前置放大器 2.主放大器 3.脉冲高度分析器(甄别器) 4.定标器数据处理和定时系统等 5、计算机输出系统 （现在常见4、5合一）,美国Packard 公司产（2250CA）,液体闪烁探测器,探测器 后续电子线路 计算机系统 辅助设备 主要测量低能等带电粒子,液体闪烁测量过程中的能量传递（liduid scintillation detector）,探测效率及其影响因素,探测效率（DE） 经测量得到的放射源的计数率（cps）与该放射源在单位时间内的衰变数（dps）的比值。DE= cps/ dps100% 品质因素： （figure of merit,F）是衡量不同测量条件、不同测量方法优劣的指标，定义为：F=E2/Nb,一般而言，品质因素较大，仪器的质量较好。 影响因素： 1.几何位置 2.吸收 3.核衰变方式 4.仪器分辨时间 5.散射和反散射 6.本底等其它因素,放射性测量,绝对测量(absolute counting)和相对测量(relative counting) 绝对测量：将样品衰变的射线数100%记录下来。但这样做非常困难，需要进行探测器漏计校正、射线自吸收校正等，因此一般不用于常规测量，较常用于标准计量工作，如标准源的标定等。 相对测量：以一个和待测样品相同或射线性质相似的标准源作为对照，间接计算出样品的放射性活度。,放射性测量,相对测量步骤: （1）测定仪器的探测效率：设标准源的放射性活度为As（dpm），探测的计数率为Ns (cpm)，本底为Nb(cpm)，则探测效率DE=（Ns-Nb）/As100% （2）测量样品的衰变率：设样品在相同的条件下测量的计数率为Nx(cpm)，则样品的衰变率为：Ax=(Nx-Nb)/E (dpm) 计数率：指射线探测仪器在单位时间内测量得到的脉冲信号数，用每秒计数(cps)或每分计数(cpm)表示。 衰变率：单位时间内核衰变的次数，用dps或dpm表示。,放射性测量,积分测量与微分测量 积分测量 ：用只有一个甄别器的探测器进行放射性测量，将幅度大于甄别阈的全部脉冲记录下来，这样的测量称为积分测量。 微分测量：用单道脉冲幅度分析器进行放射性测量，将幅度在上下甄别阈之间的脉冲记录下来，这样的测量称为微分测量。,液体闪烁测量,放射性样品溶解或悬浮于闪烁液中或分散吸附在固体支持物上浸于闪烁液中进行测量，样品与闪烁液接触紧密，样品的自吸收大大减少，因此对低能3H的探测效率也可达到60%。可测量、化学发光、生物发光等。 闪烁液 99%溶剂+1%的闪烁剂（添加剂：萘） 溶剂 甲苯、二甲苯、对二甲苯、异丙基二联苯、1，2，4-三甲苯，二氧六环；助溶剂：乙醇、乙二醇二甲醚（极性化合物）。 闪烁剂 对联三苯TP、2，5-二苯基噁唑PPO、2-苯基-5-（ 4- 联苯基）-1，3，4噁二唑 PBD、2，2-（4-叔丁基苯）- 5-（ 4- 联苯基）-1，3，4噁二唑 bPBD、2，5-双-（5-叔丁基苯噁唑（2） ）-噻吩 BBOT 第二闪烁剂 常用POPOP(1,4-双-【5-苯基恶唑基-2】-苯) ）,-射线样品的测量,测量要点： 合理制备样品，使之适合液闪测量的形式，并进行淬灭校正。 1、 测量方式： （1）均相测量：是样品以真溶液形式存在于闪烁液中进行测量，测量误差小，计数效率高，是理想的测量方式。 （2）非均相测量：是放射性样品存在于非均相体系中，如固-液相或不混溶的液-液相中任一相进行测量。 2、样品制备：常用的方法有酸、碱消化法（使难溶的生物样品经过某些化学变化，成为溶于闪烁液的分子进行测量）和燃烧法（使样品氧化或燃烧，无化学发光和明显的淬灭）。,淬灭及其分类与校正方法,淬灭(quenching)：液体闪烁测量过程中，从射线能到光能，从光能到电能转换的任何一步，效率都不是100%，即受各种因素影响，总有部分能量损失导致有效光子减少，这种现象称为淬灭。广义上看，任何减弱样品光输出量的过程都称为淬灭。,淬灭分类与校正方法,(1)化学淬灭：闪烁液和样品中，存在某些化合物会分散溶剂的激发能或与闪烁剂竞争激发能减少闪烁效率。化学淬灭的程度与淬灭物化学结构有关。 (2)相淬灭：样品支持物的自吸收、凝胶吸收、乳化剂引起的相分离。 (3)颜色淬灭：激发的闪烁剂分子退激时发出的荧光光子被液体闪烁系统内(包括样品)的有色物质吸收而减少称为颜色淬灭。不同的颜色淬灭影响不同，以红、黄色最为明显，兰色相对影响较小。 其它：电离淬灭、热淬灭、浓度和稀释淬、光子淬灭、电子学淬灭，无论何种淬灭，其结果均使到达PM管光阴极的光子减少，因此，淬灭引起的总的反应是：谱左移，总计数率下降。,淬灭校正及其方法,淬灭校正（quench correction）：由于各种因素导致探测效率低下。需作淬灭校正才能相互比较计数率。淬灭校正就是要求出每一样品的实际探测效率，再将其计数率cpm换算成衰变率dpm，从而将淬灭程度不同的因素消除掉。 校正方法：内标准源法、内道比法、外道比法、H数法。,淬灭校正及其方法,(1)内标准源法：其原理为在待测样品的闪烁系统内加入已知放射性活度的同种标准源，并借助其测量效率来确定待测样品的放射性活度。 该法准确，特别适用于严重化学或颜色淬灭的样品，以及乳状液和低水平样品的校正。,淬灭校正及其方法,(2)样品(内)道比法(sample channel ratio method,SCR)：将被测样品的射线谱分成能量范围不同的两部分(A道B道)，通过两个单道脉冲幅度分析器分别测量两道的计数，并计算两道的比值：R=A/B或R=A/(A+B) 如果样品中存在不同程度的淬灭效应，则能谱将相应有不同程度的左移，计数率和测量效率也有不同程度的降低。根据上述原理，应制备或外购一套标准的淬灭源，一套8只瓶，每瓶加有等量放射性活度的标准源(1105dpm),淬灭校正及其方法,采用标准淬灭剂四氯化碳对同活度液体放射源进行倍比稀释，构成淬灭梯度，然后封装。测量标准淬灭源，得到一组道比值Ri和计数率Ni，通过Ni和标准淬灭源的衰变率，可求出各淬灭源的测量效率Ei，以Ei为纵坐标，Ri为横坐标，建立效率-道比(Ei-Ri)曲线。可重复测量，不适于低活度生物样品。 相同条件下，测得待测样品的道比值RX和计数率nx，通过RX在Ei-Ri曲线上查得对应的测量效率Ex，再根据nx和本底nb计算该样品的放射性活度Ax Ax=(nx-nb)/Ex,淬灭校正及其方法,(3)外标准道比法(External standard channele ratio method,ESCR)：该法要求仪器配有外标准源：226Ra或137CS，并设置两个外标准道。226Ra或137Cs照射样品，发生康普顿效应。两个外标准道分别监测高、低两个脉冲幅度的康普顿电子谱，两道计数比称为外道比。因为康普顿电子与粒子一样，受淬灭影响而发生能谱峰值下降，峰位左移，因此与样品道比一样，外道比也随淬灭程度不同而改变。同内道比法一样，选择一套用淬灭剂倍比稀释的标准源（同活度） 第一次无源，测量两道计数率nA。 nB。 第二次有外源，测量两道计数率nA nB,并计算该两道计数率的比值R。 R=（ nB- nB。）/ （ nA- nA。） Ei =计数率(无源)/衰变率 然后以Ei为纵坐标，R为横坐标，建立外标准道比曲线。,淬灭校正及其方法,1977, Horrocks创立，要求液闪仪必须是多道脉冲幅度分析器，并且具备外源，常用137Cs源。 原理：当外标准源照射闪烁杯及其内容物时，将产生康普顿连续谱。如有淬灭因素存在，康普顿谱高能端下降并左移，淬灭程度越严重，左移距离越大。用康普顿谱高能边缘的拐点做为左移的特征点，在多道分析器中道比标识拐点位置左移的道数即为H数。 方法: 用一组标准淬灭源，测量其计数率，并计算出实际测量效率Ei，同时在外标准源照射后，通过专用软件由计数率确定H数，然后以测量效率为纵坐标，道数为横坐标，即可绘出H数淬灭校正曲线。 待测样品在相同条件下进行测量，先求出其H数，然后从H数淬灭校正曲线找出其实际测量效率，便可计算出待测样品的实际衰变数,照相机结构-静态动态显像 准值器collimator NaI（TlI）crystal 光导有机玻璃、聚四氟乙烯、聚苯乙烯或在 反射层上涂铜 photomultiplier tube matrix 位置电路 能量电路 成像及显示装置,探头,照相机探头结构,原理示意图,改进型SIGMA438照相机,照相机探测接收人体内核素发出光子经准直器选择性到达晶体，将核素分布投射到晶体平面上。 光子在晶体中产生闪烁光，晶体后排列数十个以上光电倍增管，晶体产生信号被光电倍增管吸收。位置电路根据各光电倍增管位置和输出脉冲幅度定出闪烁中心位置并输出相应幅度位置信号，形成显像图象。能量信号由脉冲幅度分析器处理，如果光子能量落在能量窗内，脉冲幅度分析器输出脉冲，作显示系统发光信号，选择显像光子能量。,照相机位置电路: 图中7只光电倍增管按六角形排列，每个光电倍增管通过加权电阻与X+、X、Y+、Y4根输出导线连接。当闪烁事件在晶体内发生时，闪烁光便从闪烁点位置向四周发射。最靠近闪烁点的光电倍增管接受的光量最多，距离越远，接受的光量也就越少。通过计算每个光电倍增管4个输出脉冲信号的相对大小，便可确定射线在晶体中相互作用的位置。即核素在体内分布的平面投影。 Anger型模拟定位计算电路,显示系统在位置信号和发光信号驱动下，显闪烁光点，接着成像装置记录大量闪烁光点。计算机采集处理得到灰度不同的脏器放射性核素二惟分布图，依据放射性浓度差异定位脏器和病变部位。,以色列变角SPECT,双探头符合线路SPECT,便携式甲状腺功能测定仪,HH6001型核多功能仪 （北京核海公司）,测定指标： 肾脏功能（肾常规测量，肾血浆流量、肾小球滤过率） 甲状腺功能、 胃排空、 膀胱残余量等,准直器 探头（多个探头多角度采集信号提高灵敏度、空间分辨率） 机架、计算机 光学照相、检查床 图象重建系统 可旋转机架带着探头绕患者旋转，每隔一定角度采集一帧平面图像，它是该角度放射性分布的投影。得到人体某断层所有角度投影后，即可得到该断层放射性分布断层图原始影像。将原始影像在各方向的投影值反向投影到影像矩阵单元中，将所有方向的反投影值相加得到靶器官显影。,单光子（ ） 发射断层扫描仪SPECT,SPECT与X-CT的比较,仪器种类 SPECT（属于发射型CT） X-CT透射 射线性质 射线，光子流 X射线，光子流 入射方式 体内发出射线 体外发出射线 图象 粗糙，分辨率低 清晰，分辨率高 显像特点 动态 静态,正电子核素SPECT显像,符合线路SPECT：利用互成180。无准值器双或三探头SPECT对正电子湮灭辐射产生的一对方向相反光子进行符合探测成像。（coincidence circuit SPECT） 结构 可变角双或三探头SPECT系统、符合探测系统、衰减校正系统 （attenuation correction system） 电子准直：用湮灭辐射和相对探头做符合测量对射线进行限束技术（electrical collimation）,正电子核素SPECT显像,核素发射正电子与物质作用，湮没辐射产生方向相反一对光子在15纳秒（nanosecond，ns）被方向相反的一对探头同时测到，电子线路将在5-15ns内产生的两脉冲信号送入显像系统，计算机合成处理并成像。不在5-15ns产生的脉冲信号就不能被电子线路送入显像系统，不能成像。,PET 正电子发射断层扫描仪,完整的PET系统主要由PET扫描仪和质子回旋加速器两部分组成,正电子发射断层扫描仪- 动静态断层显像/分子显像 （positron emission computed tomographer）,结构：晶体（锗酸铋 硅酸镥 硅酸钆Ga） 电子准直器 符合线路 飞行时间（湮没辐射两光子到探头时间差）测量装置 计算机数据处理 图象显示 断层床