2第二节 γ照相机

1、第二节、Y照相机、Y照相机的基本结构与工作原理Y照相机由准直器、闪烁晶体、光电倍增管、前置 放大器、定位电路、显示记录装置、机械支架和床组 成（图 7-1）。其中将准直器、闪烁晶体、光电倍增管、 前置放大器和电子矩阵电路等固定在一个支架上，组 成探测器（探头）。（图 7-2）人体内吸收放射性药物后放出的Y光子经过准直 器入射到闪烁晶体，闪烁晶体将人射的 y 射线转换成 光子，能发出闪烁荧光。在闪烁晶体与光电倍增管之 间由光导连接，光导的作用是将闪烁晶体产生的荧光 有效地传输到光电倍增管的输人屏上。探头内一般有 数十只光电倍增管，并按一定的规律排列。光电倍增 管将接收到的闪烁光按照一定的比例关系

2、转换成电 流，经过前置放大器增幅放大后。输出到定位电路。Y射线通过铅准直器孔道投射到晶体上，晶体产生 的闪烁荧光可以同时经光导传输到所有的光电倍增管 上.最靠近荧光点的光电倍增管接收到的光子最多，输 出的电脉冲幅度最大，离得较远者则因接收的光子数 较少，输出的电脉冲幅度较小（图 7-3 ）。因此晶体中 发生一个闪烁事件就会使排列有序的光电倍增管阳极 输出众多的幅度不等的电脉冲信号，对这些信号经过 权重处理，就可以得到这一闪烁事件的位置信号 P。定位电路就是在每个光电倍增管的输出端加一个 与位置有关的权重电阻或权重延迟线，将每个管输出 的信号进行位置权重，再利用加法电路和减法电路将 所有经过位置

3、权重的号总和，利用比分电路得出这一 事件特有的位置信号 P。图7-4为由各个光电倍增管的位置权重电阻组成的 矩阵示意图。每一个光电倍增管都与 4 个电阻相连接， 各电阻的阻值根据管的位置不同而异。以下举两个简 化了的例子来说明闪烁事件的位置信号是如何形成 的。一个闪烁事件发生在晶体中心（X,Y坐标原点）,对 位于第 10 号光电倍增管，其输出信号 s10 经过前置 放大输人的 4 个电阻，阻值相同，设为 20;由 4 个电 阻输出的信号分别为X+、X-、Y+、Y-、，经过加法、 减 法 和 比 分 电 路 乃 得 到 3 个 新 的 信 号 :x-（x -匸、ft- Y ）/2Z=X1 +XY

4、+Y-B7-2 了照相机探测眸构示意圈Pl.&Pw为光电借眉甘的斤号图7-3闪像英光棕Ifi到各光电借增曾示意因X和Y为该事件的位置信号，在此例中X值和Y值皆 为零，据此乃可以确认事件发生在X,Y坐标原点。Z 为能量信号，等于S10 x 80。再假设一个闪烁事件发 生在晶体 X 轴最左侧，对位于第8 号光电倍增管，其 输出的信号S8输人四个电阻，X轴左方电阻(x-)的阻 值为40 ,右方(x+)为0 , Y+和Y-的阻值皆为20,则其 位置信号和能量信号皆可求出:Z-(040 I 20 + 20)-88x80X-Ss(0-40)/(Sbx80)= -40/80 - -0.5Y = Ss(20-

5、20JASKx 80)-0Z=S8(0+40+20+20)=S8 x 80Z=S(0+40+20+20)=S。X 8088X=S (0-40)/(S X 80)=-40/80=-0.588依此类推，可知任何闪烁事件发生在晶体的某个部位， 相对应的光电倍增管通过位置权重电阻矩阵就会输出 特有的位置信号和能量信号。当然实际情况要复杂得 多，即每一个闪烁事件可作用于很多个光电倍增管， 每一个管都输出经过位置权重的x+、X-、Y+和Y- 值，最后需由加法电路将各管的愉出值按 X+,X-,Y+ 和Y-分别总和起来而给出此事件的X,Y,Z信号。这种 位置权重矩阵电路被称为高精度坐标计算装置。 探头输出的位

6、置信号和能量信号随后进入各种电 子线路，包括:信号线性放大器;多道脉冲高度分析 器，选择所需要的能量信号定标电路，用以预置成 像计数量;定时电路，预置一次或连续多帧成像时间; 门电路，用于生理信号触发采集和停止采集;定方 位电路，不论病人体位如何，使影像总是保待正像 ; 电源电路;探头运动和制动电路。位置信号X,Y分别传输给显示器的水平(X)和垂直 (Y)偏转板，使同时输人的能量信号定位触发阴极射线 管起辉。阴极射线管逐个积累光点达一定量即形成一 帧闪烁影像。余辉显示器能够实时观察影像，但较为粗糙，常 安置在探头支架上方用于病人体位监测和粗略的影像 观察。高分辨率显示器用于实时或重放时的精细观

7、察 和照相。为永久保存影像并对影像进行复制，常用的仪器有 : 多幅照相机Polaroid照相机;针式打印机;影印 机等。二、准直器探头的准直器是安置在晶体前方的一种特制屏蔽， 使非规定范围和非规定方向的丫射线不得人射晶体， 起定位采集信息的作用，一般主要由铅或钨制成。（一）准直器的主要性能参数 准直器的主要参数有孔数、孔径、孔长或称孔 深）及间壁厚度，由它们决定准直器的空间分辨率、灵 敏度和适用能量范围等性能参数。1.准直器的空间分辨率 空间分辨率表示对两个 邻近点源加以区别的能力，通常以准直器一个孔的线 源响应曲线的半峰全宽度（FWHM,简称半高宽）作为 分辨率（R）的指标，R越小表示空间分

8、辨率越好。R可 根据准直器及其有关的几何参数求得:R= （a+b+c） /aXd式中a为孔长（即准直器的厚度）;b为被测物与准直器 外口的距离，c为准直器内口与晶体的平均距离,d为 外口直径（图 7-5。由上式可见，对一个特定的准直器 而言，空间分辨率随被测物与准直器外口距离的增加 而降低（因此，显像时应尽量将探头贴近受检者体表）。 准直器孔径越小，分辨率越好。准直器越厚，分辨率 也越高。B7 5准亶器结构忒議图-2准直器的灵敏度灵敏度（S）为配置该准直器的探头实渊单位活度（如1MBq）的计数率（计数/秒）III八 f His式中f为所测Y射线的丰度,e为光电子峰探测效率，E 为准直器几何效率

9、，此公式中未考虑射线在被检物体 内的衰减。对平行针孔准直器而言，准直器的几何效率为:E=kd2/a(d+t) 2式中 k 为随孔的形态而异的常数， d 为外孔直径， a为准直器的厚度， t 为孔间壁厚度。可见准直孔越大，灵敏度越高;准直器越厚，灵敏度越低;孔间壁越厚，灵 敏度越低。根据 R 和 E 的表达式可以导出以下近似关 系：E*R2因此，对给定核素和给定Y射线能量，准直器的空间分辨率与灵敏度是一对矛盾，空间分辨率的提高必然伴 随灵敏度的降低。核医学工作者的责任就是根据具体 情况和特定要求，正确处理好这对矛盾，取得相对最 好的结果。3，适用能量范围主要与孔间壁有关，厚度 0.3mm 左右者

10、适用于低能(350keV)。准直器的类型8B7-6淮宜器类型UHt二亚(H平行礼型型心会蘿型1.按几何形状共分四类(见图7-b )针孔型:为单孔会聚型准直器，外口径26mm,外口与晶体间距1520cm。这类准 直器的有效探测立体角很小.故灵敏度很低。所成影像与实体倒向。影像的大小随着准直器 外口与探测物体的间臣变化而变化，间距缩短，视野缩小、但影像放大倍数增加，灵敏度也 增高。应用要点是根据脏器的大小调整适当的距离。适用于较表浅的小脏器和小病变显像平行孔型:是最常用的准直器，其孔道与准直器内外垂直.内外孔径相等，故孔道平行。 它的灵敏度较高。准直器外口与被溅物体的间距对灵敏度、视野和影像大小影

11、响不大，但随 着间距的增加，空间分辨率将下降。扩散型:这类准直器中部的孔道仍保持平行，周边孔道逐渐向外扩散，结果是扩大了 有效探测视野，但其代价是周边部位的灵敏度或分辨率降低。现多与直径不够大的Y闪烁 计数器配套，用于全身显像，仅沿X轴扩展，沿Y轴保持平行不变。会聚型:指多孔会聚型准直器，其性能与指针准直器相似，对脏器的放大倍数较小， 但灵敏度和分辨率较高，较少使用。2按适用的Y射线能量分类:低能准直器;中能准直器;高能准直器。3甲按灵敏度和分辨率分类:高灵敏型;高分辨型;通用型，即兼顾灵敏度和分辨率 的一类准直器。各种常用准直器的实际性能以某公司的准直器为例，与Y闪烁计数器配套，测 得距准直

12、器表面100mm处的系统灵敏度和分辨率如 下(见表 7-1)S7 1数淮直器类别视野(rrmj)(mm)AS孔间壁准宜器厚度灵撤度(qpmZ37kBq)FWHM(uim)(mm)(mm)低能通用型CLGEP)4002,18000434153510,2分辨型(LGHG)400A*L8320000.3401958低能高灵戦型 (LEHS)400Aft3.49100山53570014 J中能通用型(MEGP)40C3.459901.4馄36012.5髙能通用型(HEGP)4004.535001.95525019.0低能护散型(LEDP)520 x400六角形2.5I7W0U.340250ILX-I2

13、.2Y-10.9中能护散型(MEDP)520X400圜形32004fl24518.8X-20.0Y-17,5三、闪烁晶体闪烁晶体是将Y射线或X射线转变为可见光的物 质。在Y照相机中，射人NaI(T1)闪烁晶体的Y射线在 闪烁晶体内与 NaI(T1) 晶体发生光电效应和康普顿散 射，这时 Y 射线失去能量，发出近似紫色的闪烁光。NaI(T1)闪烁晶体是在NaI中掺入微量的T1 而形成的晶体，具有最大发光波长为400nm,衰减时 间为0.25#s的特性。它的原子序数(原子量)大，对Y 射线的吸收效率高，并能制成大型的晶体;但不耐温度 的急剧变化，1小时内3工的环境温度变化即可使其 破损(将此称为潮

14、解性)o NaI(T1)晶体的厚度一旦增 加，其吸收 Y 射线的灵敏度也会升高，但分辨率会下 降o像99mTc(140keV )等的低能y射线即使NaI(T1) 晶体很薄，穿透的射线也很少，灵敏度和分辨率却都 是很好的。现在，NaI(T1)闪烁晶体可以做成直径2055cm、 厚度 0.6-1.0cm 的平板状，因装置不同而采用的外 形和尺寸各有不同。用于检查心脏、脑和甲状腺等器 官的装置所采用的闪烁晶体尺寸较小，脏器专用的和 移动式照相机的闪烁晶体尺寸也比较小，标准型的能 够一次往返全身摄影的矩阵式探测器所采用的闪烁晶 体则较大。光电倍增管广泛用于检测紫外光、可见光和近红外 光区的辐射能量。它

15、具有灵敏度高、噪声小、线性好、 工作频率范围宽、放大倍数高、光谱响应范围宽、稳 定性好和工作电压范围宽等优点。在Y照相机中，近几 年来在提高光电倍增管性能的同时，其形状不再仅是 圆形，也有六角形和四角形的，并附有保持灵敏度和 均匀性的修正回路装置。Na 1( T1)闪烁晶体的后方按一定规律排列有直径 57.6cm 的 3791 只光电倍增管。光电倍增管的结 构，第四章已作介绍，这里结合Y照相机的实际应用， 再作适当说明。光电阴极 光电阴极是一个光敏发射表面，通 常由功函数很低的碱性材料组成。在Y照相机中的光电 倍增管，常用的光电阴极材料有银氧铯(Ag-0-Cs)阴 极、锑铷铯(Sb-Rb-Cs)阴极和稼砷(铯 )Ga-As(Cs) 阴极等几种。窗材料 光窗通常可分为端窗和侧窗两种，一 般采用绷硅玻璃、紫外玻璃和速熔硅玻璃等材料。聚焦电极 通常位于光电阴极与第一倍增极之 间，有聚焦极与偏转极。当光电阴极与聚焦极之间距 离较大时，往往在其间增加单个或