第三章、核仪器课件

1、第三章第三章 核医学仪器核医学仪器 1 放射性测量仪器放射性测量仪器 用放射性核素进行医学研究和诊用放射性核素进行医学研究和诊断疾病是通过探测其放出的射线来实断疾病是通过探测其放出的射线来实现的，凡在医学中探测和记录放射性现的，凡在医学中探测和记录放射性核素放出射线的种类、能量、活度及核素放出射线的种类、能量、活度及随时间变化、空间分布的仪器，统称随时间变化、空间分布的仪器，统称为核医学仪器。为核医学仪器。 一、基本原理一、基本原理 放射性测量仪器是核医学工作中放射性测量仪器是核医学工作中的必备条件，各种核医学仪器探测的的必备条件，各种核医学仪器探测的基本原理都是以射线与物质的相互作基本原理都

2、是以射线与物质的相互作用为基础，将辐射量转化为其他可测用为基础，将辐射量转化为其他可测量的物理量，现代的探测器，多数最量的物理量，现代的探测器，多数最后是转化为电学量，然后用电子仪器后是转化为电学量，然后用电子仪器测量和纪录。测量和纪录。 二、基本结构二、基本结构核医学仪器一般可分为两部分：核医学仪器一般可分为两部分：（1 1）、射线探测器（探头）：）、射线探测器（探头）：将辐将辐射量转化为其他可观察量的转换器。射量转化为其他可观察量的转换器。（2 2）、后续的电子仪器：）、后续的电子仪器：对可观察对可观察量进行测量和记录。量进行测量和记录。 按射线探测器探测原理的不同可按射线探测器探测原理的

3、不同可分为三大类：分为三大类：气体电离探测器：气体电离探测器：它利用射线能使气体它利用射线能使气体电离，收集电离产生的电荷，进行射线能电离，收集电离产生的电荷，进行射线能量和强度的测量。现已被闪烁探测器取代，量和强度的测量。现已被闪烁探测器取代，仅用于某些防护监测仪等。仅用于某些防护监测仪等。闪烁探测器：闪烁探测器：它利用射线能使某些物质它利用射线能使某些物质激发，并在退激时产生荧光作用，将射线激发，并在退激时产生荧光作用，将射线的辐射能转化为闪烁光，然后将闪烁光再的辐射能转化为闪烁光，然后将闪烁光再进一步转化为电脉冲进行测量。是最常用进一步转化为电脉冲进行测量。是最常用的射线探测器。的射线探

4、测器。半导体探测器：半导体探测器：如锂飘移型半导体探测如锂飘移型半导体探测器等。不用于核医学常规测量。器等。不用于核医学常规测量。 （一）固体闪烁计数器（一）固体闪烁计数器 固体闪烁计数器的整体结构由固体闪烁计数器、后续电子线路、计算机系统和辅助结构组成。1 1、固体闪烁计数器、固体闪烁计数器 是将射线转化为电信号的装置，既可探测射线强度，又可测定射线的能量。主要由闪烁体、光电倍增管、前置放大器等组成。固体闪烁计数器结构示意图（1）闪烁体 主要有无机晶体、有机晶体和塑料有机闪烁体三类。 无机晶体闪烁体是人工加入少量杂质（激活剂，）的无机盐晶体，如NaI(Tl)晶体。在加入少量杂质后，晶体的发光

5、效率大大提高，NaI(Tl)晶体对射线探测效率可高达80%，是目前射线样品测量中探测效率最理想、最常用的一种探测器。（2 2）光电倍增管（）光电倍增管（PMTPMT） 是光是光- -电信号转换和倍增的器件。电信号转换和倍增的器件。（3 3）前置放大器）前置放大器 对光电倍增管输出端的信号进对光电倍增管输出端的信号进行跟踪放大，同时与后续分析电路行跟踪放大，同时与后续分析电路的阻抗匹配，以减少信号在传输过的阻抗匹配，以减少信号在传输过程中的畸变和损失，便于分析电路程中的畸变和损失，便于分析电路分析处理。分析处理。2 2、固体闪烁计数器后续电子线路、固体闪烁计数器后续电子线路（1 1）主放大器）主

6、放大器 对脉冲信号进行放大和整形。对脉冲信号进行放大和整形。（2 2）甄别器和脉冲幅度分析器）甄别器和脉冲幅度分析器 探测器输出的脉冲信号保存射探测器输出的脉冲信号保存射线的能量信息，脉冲高度（幅度）线的能量信息，脉冲高度（幅度）正比于射线的能量，脉冲幅度分析正比于射线的能量，脉冲幅度分析器（器（PHA)PHA)的作用就是有选择的让需的作用就是有选择的让需要记录的脉冲通过，使之进入计算要记录的脉冲通过，使之进入计算机进行分析和记录。机进行分析和记录。 甄别器是一种只允许超过一定高甄别器是一种只允许超过一定高度的脉冲通过而将低于这一高度的脉度的脉冲通过而将低于这一高度的脉冲冲“甄别甄别”掉的触发

7、线路。这个设置掉的触发线路。这个设置的限制电压值称为甄别阈。利用甄别的限制电压值称为甄别阈。利用甄别器可将输入脉冲改造成高度和宽度一器可将输入脉冲改造成高度和宽度一致的输出脉冲，以适应下一级电路工致的输出脉冲，以适应下一级电路工作的要求。甄别器的单位为伏或毫伏，作的要求。甄别器的单位为伏或毫伏，一般是连续可调的，它是最简单的脉一般是连续可调的，它是最简单的脉冲高度分析器。冲高度分析器。 PHA是由上、下两个甄别器和一个反是由上、下两个甄别器和一个反符合线路组成，其工作原理是：两个甄别器符合线路组成，其工作原理是：两个甄别器分别设上阈值分别设上阈值V上上和下阈值和下阈值V下下，上下阈值之，上下阈

8、值之差称为道宽或窗宽。反符合线路的功能是选差称为道宽或窗宽。反符合线路的功能是选择脉冲幅度在上下甄别阈之间的信号通过，择脉冲幅度在上下甄别阈之间的信号通过，并送至下级电路。可见并送至下级电路。可见PHA实际上是射线能实际上是射线能量范围的选择器。通过这种功能，量范围的选择器。通过这种功能，PHAPHA可较可较有效地排除仪器噪声的小脉冲和宇宙射线的有效地排除仪器噪声的小脉冲和宇宙射线的大脉冲本底，并可探测射线的能量分布（能大脉冲本底，并可探测射线的能量分布（能谱）。谱）。 3 3、计算机系统和辅助结构及电源、计算机系统和辅助结构及电源 过去的放射性测量仪器由脉冲过去的放射性测量仪器由脉冲高度分析

9、器输出的信号输入记录系统。高度分析器输出的信号输入记录系统。记录系统可以是记录脉冲数的定标器记录系统可以是记录脉冲数的定标器或计数率仪。目前绝大多数仪器的这或计数率仪。目前绝大多数仪器的这部分功能已经被计算机系统取代。计部分功能已经被计算机系统取代。计算机系统的主要作用是适时采集数据算机系统的主要作用是适时采集数据和处理数据、分析数据、显示数据并和处理数据、分析数据、显示数据并对仪器进行自动控制。对仪器进行自动控制。（二）液体闪烁计数器（二）液体闪烁计数器 液体闪烁计数器是在固体闪烁计数液体闪烁计数器是在固体闪烁计数器的基础上发展起来的，主要用于测量器的基础上发展起来的，主要用于测量低能带电粒

10、子，比如低能低能带电粒子，比如低能射线射线 。其。其特点是：闪烁体是装在测量杯中的闪烁特点是：闪烁体是装在测量杯中的闪烁液，放射性样品溶解或悬浮于闪烁液中液，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再浸于闪烁或分散吸附在固体支持物上再浸于闪烁液中进行测量，样品与闪烁液接触紧密，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，提高了对低能样品的自吸收大大减少，提高了对低能射线的探测效率。射线的探测效率。1 1、液体闪烁探测器、液体闪烁探测器（1 1）液体闪烁体）液体闪烁体 液体闪烁体由溶剂和溶于溶剂中的有液体闪烁体由溶剂和溶于溶剂中的有机闪烁剂装在玻璃或其他材料做成的容器

11、机闪烁剂装在玻璃或其他材料做成的容器中组成。射线的能量先传递给溶剂分子，中组成。射线的能量先传递给溶剂分子，很快将能量传递给闪烁剂分子，使其中的很快将能量传递给闪烁剂分子，使其中的原子被激发，在退激时发出荧光。如图。原子被激发，在退激时发出荧光。如图。（2 2）光电倍增管）光电倍增管 两只光电倍增管。水平放置端窗相对，两只光电倍增管。水平放置端窗相对，中间为样品室。中间为样品室。（3 3）光收集系统）光收集系统 同固体闪烁探测器同固体闪烁探测器2 2、后续电子线路、后续电子线路（1 1）符合电路：）符合电路： 降低光电倍增管噪音水平，提高仪降低光电倍增管噪音水平，提高仪器的信噪比，有效降低本底

12、。器的信噪比，有效降低本底。（2 2）相加电路：）相加电路： 将两个光电倍增管输出的同步信号将两个光电倍增管输出的同步信号叠加，使脉冲高度增高和相对稳定。叠加，使脉冲高度增高和相对稳定。（3 3）线性门电路：）线性门电路： 防止脉冲信号畸变防止脉冲信号畸变（4 4）主放大器：同固体闪烁探测器）主放大器：同固体闪烁探测器（5 5）脉冲幅度分析器：）脉冲幅度分析器： 为多道脉冲幅度分析器，同时记录幅为多道脉冲幅度分析器，同时记录幅度不同的脉冲。道数越多，对幅度不同的度不同的脉冲。道数越多，对幅度不同的脉冲分辨率越高。脉冲分辨率越高。3 3、计算机系统和辅助结构及电源、计算机系统和辅助结构及电源 除

13、与固体闪烁探测器相似外，还包括除与固体闪烁探测器相似外，还包括淬灭校正的软件和一个外标准源。所谓外淬灭校正的软件和一个外标准源。所谓外标准源是一个固体标准源是一个固体源，有足够长的半衰源，有足够长的半衰期和放射性活度，作淬灭校正用。期和放射性活度，作淬灭校正用。2 射线的测量射线的测量 射线的测量包括射线的测量包括射线的能射线的能量测量和计数测量（活度测量），量测量和计数测量（活度测量），核医学的测量对象大多数都是已核医学的测量对象大多数都是已知核素，要求也主要是计数测量，知核素，要求也主要是计数测量，因此，这里主要讨论因此，这里主要讨论射线的计射线的计数测量。数测量。计数率：计数率：指射线探

14、测器在单位时间指射线探测器在单位时间内测量得到的脉冲信号数，用每秒计内测量得到的脉冲信号数，用每秒计数数( (cps)cps)或每分计数或每分计数( (cpm)cpm)表示。表示。衰变率：衰变率：单位时间内核衰变的次数单位时间内核衰变的次数，用，用dpsdps或或dpmdpm表示。表示。探测效率：探测效率：计数率与衰变率的百分计数率与衰变率的百分比，用比，用cpm/dpmcpm/dpm或或cps/dpscps/dps表示。表示。三、三、射线测量的主要影响因素射线测量的主要影响因素 影响影响射线测量的主要因素有：射线测量的主要因素有： 1、几何位置；、几何位置；样品和探测器之间的样品和探测器之间

15、的相对位置叫作几何位置。样品与探相对位置叫作几何位置。样品与探测器的相对位置不同，所测得的计测器的相对位置不同，所测得的计数率也不同，因此，相对测量时，数率也不同，因此，相对测量时，只有保持样品放射性分布均匀，形只有保持样品放射性分布均匀，形状、大小、高低以及与探测器的相状、大小、高低以及与探测器的相对位置严格一致，结果才具可比性。对位置严格一致，结果才具可比性。 2 2、样品体积；、样品体积；样品体积不同，其实样品体积不同，其实也是几何位置不同，井型闪烁探头测也是几何位置不同，井型闪烁探头测量时，样品体积增加，漏计角增大，量时，样品体积增加，漏计角增大，自吸收也增大，计数效率下降。因此，自吸

16、收也增大，计数效率下降。因此，测量时需严格使样品体积一致。测量时需严格使样品体积一致。3 3、射线的能量；、射线的能量；一般来说能量越高一般来说能量越高，穿透力越强，与闪烁体作用产生光，穿透力越强，与闪烁体作用产生光子的几率越低，因此计数率也越低。子的几率越低，因此计数率也越低。4、仪器分辨时间；、仪器分辨时间；测量仪能分别记测量仪能分别记录两个相邻脉冲之间的最短时间叫做录两个相邻脉冲之间的最短时间叫做分辨时间，若输入的脉冲信号间期小分辨时间，若输入的脉冲信号间期小于该分辨时间，仪器来不及反应而漏于该分辨时间，仪器来不及反应而漏计。漏计在测量较高放射性活度时的计。漏计在测量较高放射性活度时的几

17、率更大。因此，高活度样品测量，几率更大。因此，高活度样品测量，宜先取出部分稀释后再测，所得结果宜先取出部分稀释后再测，所得结果需经过体积校正，换算为原始样品的需经过体积校正，换算为原始样品的计数率。一般井型计数器不宜测量超计数率。一般井型计数器不宜测量超过过5000cps的样品。的样品。 5、仪器的本底、仪器的本底 仪器的本底是指在没有放射性仪器的本底是指在没有放射性样品存在时所得到的计数率。固体样品存在时所得到的计数率。固体闪烁计数器的本底主要来自外界的闪烁计数器的本底主要来自外界的射线，包括周围环境中的放射源射线，包括周围环境中的放射源和宇宙射线，其次还包括仪器的热和宇宙射线，其次还包括仪

18、器的热噪声。噪声。6 6、其他：、其他： 如闪烁体的体积和厚度等。如闪烁体的体积和厚度等。 3 低能低能射线的测量射线的测量 （液闪测量）（液闪测量） 低能低能射线的测量主要用在基础医射线的测量主要用在基础医学研究中，临床核医学很少采用，这学研究中，临床核医学很少采用，这里不作介绍。里不作介绍。4 几种常用的核医学仪器几种常用的核医学仪器 一、一、放射免疫测定仪放射免疫测定仪 放射免疫测定仪是临床核医学放射免疫测定仪是临床核医学和进行医学研究常用仪器，现代的和进行医学研究常用仪器，现代的放射免疫测定仪基本上都是由计算机放射免疫测定仪基本上都是由计算机控制的，自动化程度很高，测量的灵控制的，自动化程度很高，测量的灵敏度较普通生化测定高敏度较普通生化测定高3-63-6个量级。个量级。二、液体闪烁计数器二、液体闪烁计数器 液体闪烁计数器重要用于测量液体闪烁计数器重要用于测量低能低能射线等带电离子，在基础医射线等