放射性影像技術(shù)

放射性影像技術(shù)1概述放射性影像技術(shù)是利用放射性使感光材料曝光成像的原理，通過直接物映射或經(jīng)計(jì)數(shù)數(shù)字圖像重構(gòu)，對物質(zhì)尤其是化合物的空間分布進(jìn)行定量或半定量觀察的技術(shù)。根據(jù)成像過程和技術(shù)特點(diǎn)，成像可分為放射性自顯影，儲磷光屏攝像，實(shí)時(shí)成像技術(shù)，放射性分子影像技術(shù)，及更寬泛的也包括生物質(zhì)譜影像技術(shù)；以成像的物像空間尺度劃分，又可分為儲磷光屏攝像宏觀成像，光學(xué)顯微成像和微觀成像。2.放射性自顯影

利用放射性射線使乳膠底片感光成像的原理，對樣本中放射標(biāo)記物質(zhì)的空間分布進(jìn)行定位測定的一種影像技術(shù)。根據(jù)觀察范圍大小、分辨率高低和觀察手段不同，分為宏觀自顯影、光學(xué)顯微自顯影和電鏡自顯影三種。宏觀自顯影

可直接用肉眼觀察，較背景更黑部位表示有放射性存在，需將影像與標(biāo)本重合起來進(jìn)行定位，用光密度計(jì)了進(jìn)行定量。光學(xué)自顯影

接助光學(xué)顯微鏡，觀察影像上的銀顆粒分布（位置及定位面積顆粒數(shù)目），而對影像進(jìn)行空間定位和定量。

電鏡自顯影

由電子顯微鏡拍攝成像，并通過顯微鏡觀察銀顆粒在亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)上的分布而進(jìn)行影像觀察。

圖,s期同步化后hela細(xì)胞

圖.宏觀自顯影,示植株對礦質(zhì)元素的吸收3.儲存磷光屏攝像儲存磷光屏（storagephosphorscreen）一種由磷光晶體制成的影像屏（ImagingPlate)。經(jīng)射線爆光后IP以潛能儲存射線能，當(dāng)在讀取裝置下掃描讀取時(shí)，IP在掃描激光下釋放潛能發(fā)出藍(lán)綠光，光強(qiáng)與爆光時(shí)射線強(qiáng)度成正比，用光電傳感器轉(zhuǎn)換電信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼信號，由計(jì)算機(jī)成象系統(tǒng)合成為影象圖。

操作：用塑料薄膜蓋電泳凝膠，貼附于裝于暗盒的磷光屏曝光，然后在成像儀上，通過掃描磷光屏上儲存的光能進(jìn)行成象。

4.實(shí)時(shí)放射影像系統(tǒng)

在植物分析研究中，如物質(zhì)運(yùn)輸、代謝及其環(huán)境響應(yīng)的分析中，一般分析方法均是破壞性的，唯一非破壞性的方法是活體影像法，但是影像分析方法中，諸如熒光分子影像不能在光照下進(jìn)行，而正電子湮滅成像，除因半衰期太短，不便廣泛使用外，當(dāng)葉片厚度小于正電子的射程時(shí)，會因正電子的逃逸使湮滅輻射信號損失，應(yīng)用也有一定限制，相比較而言，放射性影像方法有諸多優(yōu)勢，然而傳統(tǒng)的放射性自顯影，需要將植物制成標(biāo)本，不能進(jìn)行活體放射性影像，因此活體實(shí)時(shí)影像應(yīng)是一種首先技術(shù),本文將介紹放射性同位素影像系統(tǒng)的基本組成，工作原理和成像過程。系統(tǒng)組成及成像原理

系統(tǒng)的基本組件包括：纖維素光學(xué)閃爍體（fibreopticscintillator,FOS），以及電荷耦合器件（chargecoupleddevices,CCD）。圖.系統(tǒng)成像原理及過程示意圖

纖維素光學(xué)閃爍體

為閃爍微晶體CsI沉淀到光纖維板上，或者如下圖所示，通過微加工在光纖維板上將CsI微晶體用反射層包裹成柱狀體單元制得，其作用是利用放射性射線使閃爍體發(fā)光的效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)植物樣本中放射性質(zhì)點(diǎn)到閃爍屏光點(diǎn)圖像的映射，然后再由纖維素板直接耦合到CCD。纖維素光學(xué)板

由緊密排列的光纖維組成，光纖維由光折射率不同芯線和包層組成,可使接受角內(nèi)接受到的光，從輸入端高效地傳輸?shù)捷敵龆?，而不會發(fā)生泄漏以致影響鄰近纖維。

電荷耦合組件（chargecoupleddevices,CCD）

現(xiàn)代光學(xué)成像系統(tǒng)的基本組件，是在硅襯底上集成的耦合電容單元陣列，由在P型（或n型）Si襯底表面氧化生成一SO2層，再蒸鍍一金屬層，并引出電極，這就構(gòu)成了一個(gè)MOS電容，此時(shí)若在金屬柵與硅襯底之間加有偏壓，則該陣元電極表面下便形成一勢阱，當(dāng)有光照射到硅片時(shí),引起電子--空穴對的形成，產(chǎn)生的空穴(多數(shù)載流子)被柵極排斥,而電子（少數(shù)載流子)則積累于勢阱中，在成像系統(tǒng)中由此光電轉(zhuǎn)換過程，完成光點(diǎn)像素空間到電荷點(diǎn)像素空間的映射。

圖.MOS電容構(gòu)造示意圖電荷像素圖的掃讀

圖.CCD輸出方式示意圖

總體來說，放射性實(shí)時(shí)成像的基本過程為，將放射性同位素引入植株，植株中的放射性射線投射到閃爍屏上，通過發(fā)光效應(yīng)，使植株中同位素的分布映射為閃爍屏的光影像，然后通過CCD攝影，轉(zhuǎn)換為電荷影像，最后通過掃描讀出轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像。宏觀實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)

一個(gè)利用現(xiàn)有商業(yè)組件構(gòu)建的宏觀影像系統(tǒng)見下圖。系統(tǒng)組成包括：CsI閃爍體，其沉積在纖維光學(xué)板上，呈針狀晶體陣列，厚100m，

帶有影像增強(qiáng)組件的CCD相機(jī)。

圖.宏觀實(shí)時(shí)同位素影像系統(tǒng)及應(yīng)用布置框圖

當(dāng)放射性同位素應(yīng)用于植株后，植株發(fā)出的射線由CsI閃爍體轉(zhuǎn)化為弱的光，然后由具有CaAsP光電表面的多通道板(multi-channelplate,MCP)光電轉(zhuǎn)化和倍增，最后由CCD攝像，MCP和CCD構(gòu)成超靈敏的攝像系統(tǒng)。

為了能在光照下對植物成像，標(biāo)本盒用鋁板制成，盒內(nèi)裝有100支發(fā)光二極管，可產(chǎn)生120mol.m-2.S-1的照度，閃爍體朝向標(biāo)本的一側(cè)，覆蓋有50m厚的鋁箔，用以遮擋照射光源，但允許射線透過到達(dá)閃爍體，閃爍體的有效工作表面為1020cm，標(biāo)本箱的溫度和濕度可通過上部引入的循環(huán)空氣調(diào)節(jié)。微觀實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)

該系統(tǒng)的成像裝置為一放射性同位素--熒光顯微鏡。顯微鏡的垂直鏡頭裝有一錐型光纖閃爍體（fabreopticscintillator,FOS）,CsI(Tl)閃爍體沉淀在FOS的一個(gè)表面，厚度為50m，直徑從3到5m可變，能使影像放大5倍，樣本發(fā)出的射線使閃爍體發(fā)光，再經(jīng)CaAsP組件光電轉(zhuǎn)換并放大，最后由CCD攝像，影像的分辨率為100m，若用平板而不是錐型FOS,與光學(xué)透鏡組合，則可獲得40倍的放大作用。

參考文獻(xiàn)：1.SatomiKanno.atal,Developmentofreal-timeradioisotopeimagingsystemsforplantnutrientuptakestudies.Phil.Trans.R.Soc.B(2012),367,1501-15082.RyoheiSugita.atal,Nondestructivereal-timeradioisotopeimagingsystemforvisualizing14C-labeledchemicalssuppliedasCO2inplantsusingArabidopsisthaliana,JRadioanalNuclChem(2013)298:1411–1416

5.放射性分子影像技術(shù)

放射性分子影像技術(shù)主要包括正電子斷層掃描（Positron

EmissionTomography，PET）和單光子發(fā)射斷層掃描(Single-PhotonEmissionComputedTomography，SPECT)兩類。

在醫(yī)學(xué)研究和檢查中，PET常用

正核素，如18F、11C、13N和15O等標(biāo)記藥物，依靠正電子在介質(zhì)中湮滅輻射放出的一對射線進(jìn)行斷層掃描和計(jì)算機(jī)圖形重構(gòu)成像，進(jìn)而進(jìn)行藥物體內(nèi)代謝的過程的觀察。而SPECT常用99mTc、133I、67Ca和153Sm等進(jìn)行投影方向斷層掃描和計(jì)算機(jī)圖形重構(gòu)成像,多用于機(jī)體功能性機(jī)能檢查。在放射性制劑可以現(xiàn)場提供的情況下，PET也可以用于農(nóng)業(yè)中相關(guān)研究，尤其是植物中