第三章、核儀器

第三章核醫(yī)學(xué)儀器

§1放射性測量儀器用放射性核素進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究和診斷疾病是通過探測其放出的射線來實現(xiàn)的，凡在醫(yī)學(xué)中探測和記錄放射性核素放出射線的種類、能量、活度及隨時間變化、空間分布的儀器，統(tǒng)稱為核醫(yī)學(xué)儀器。

一、基本原理

放射性測量儀器是核醫(yī)學(xué)工作中的必備條件，各種核醫(yī)學(xué)儀器探測的基本原理都是以射線與物質(zhì)的相互作用為基礎(chǔ)，將輻射量轉(zhuǎn)化為其他可測量的物理量，現(xiàn)代的探測器，多數(shù)最后是轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，然后用電子儀器測量和紀(jì)錄。

二、基本結(jié)構(gòu)核醫(yī)學(xué)儀器一般可分為兩部分：（1）、射線探測器（探頭）：將輻射量轉(zhuǎn)化為其他可觀察量的轉(zhuǎn)換器。（2）、后續(xù)的電子儀器：對可觀察量進(jìn)行測量和記錄。按射線探測器探測原理的不同可分為三大類：①氣體電離探測器：它利用射線能使氣體電離，收集電離產(chǎn)生的電荷，進(jìn)行射線能量和強(qiáng)度的測量?，F(xiàn)已被閃爍探測器取代，僅用于某些防護(hù)監(jiān)測儀等。②閃爍探測器：它利用射線能使某些物質(zhì)激發(fā)，并在退激時產(chǎn)生熒光作用，將射線的輻射能轉(zhuǎn)化為閃爍光，然后將閃爍光再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電脈沖進(jìn)行測量。是最常用的射線探測器。③半導(dǎo)體探測器：如鋰飄移型半導(dǎo)體探測器等。不用于核醫(yī)學(xué)常規(guī)測量。

（一）固體閃爍計數(shù)器固體閃爍計數(shù)器的整體結(jié)構(gòu)由固體閃爍計數(shù)器、后續(xù)電子線路、計算機(jī)系統(tǒng)和輔助結(jié)構(gòu)組成。1、固體閃爍計數(shù)器是將γ射線轉(zhuǎn)化為電信號的裝置，既可探測射線強(qiáng)度，又可測定射線的能量。主要由閃爍體、光電倍增管、前置放大器等組成。固體閃爍計數(shù)器結(jié)構(gòu)示意圖（1）閃爍體主要有無機(jī)晶體、有機(jī)晶體和塑料有機(jī)閃爍體三類。無機(jī)晶體閃爍體是人工加入少量雜質(zhì)（激活劑，）的無機(jī)鹽晶體，如NaI(Tl)晶體。在加入少量雜質(zhì)后，晶體的發(fā)光效率大大提高，NaI(Tl)晶體對γ射線探測效率可高達(dá)80%，是目前γ射線樣品測量中探測效率最理想、最常用的一種探測器。（2）光電倍增管（PMT）

是光-電信號轉(zhuǎn)換和倍增的器件。（3）前置放大器對光電倍增管輸出端的信號進(jìn)行跟蹤放大，同時與后續(xù)分析電路的阻抗匹配，以減少信號在傳輸過程中的畸變和損失，便于分析電路分析處理。2、固體閃爍計數(shù)器后續(xù)電子線路（1）主放大器對脈沖信號進(jìn)行放大和整形。（2）甄別器和脈沖幅度分析器探測器輸出的脈沖信號保存射線的能量信息，脈沖高度（幅度）正比于射線的能量，脈沖幅度分析器（PHA)的作用就是有選擇的讓需要記錄的脈沖通過，使之進(jìn)入計算機(jī)進(jìn)行分析和記錄。

甄別器是一種只允許超過一定高度的脈沖通過而將低于這一高度的脈沖“甄別”掉的觸發(fā)線路。這個設(shè)置的限制電壓值稱為甄別閾。利用甄別器可將輸入脈沖改造成高度和寬度一致的輸出脈沖，以適應(yīng)下一級電路工作的要求。甄別器的單位為伏或毫伏，一般是連續(xù)可調(diào)的，它是最簡單的脈沖高度分析器。

PHA是由上、下兩個甄別器和一個反符合線路組成，其工作原理是：兩個甄別器分別設(shè)上閾值V上和下閾值V下，上下閾值之差稱為道寬或窗寬。反符合線路的功能是選擇脈沖幅度在上下甄別閾之間的信號通過，并送至下級電路?？梢奝HA實際上是射線能量范圍的選擇器。通過這種功能，PHA可較有效地排除儀器噪聲的小脈沖和宇宙射線的大脈沖本底，并可探測射線的能量分布（能譜）。

3、計算機(jī)系統(tǒng)和輔助結(jié)構(gòu)及電源

過去的放射性測量儀器由脈沖高度分析器輸出的信號輸入記錄系統(tǒng)。記錄系統(tǒng)可以是記錄脈沖數(shù)的定標(biāo)器或計數(shù)率儀。目前絕大多數(shù)儀器的這部分功能已經(jīng)被計算機(jī)系統(tǒng)取代。計算機(jī)系統(tǒng)的主要作用是適時采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)并對儀器進(jìn)行自動控制。（二）液體閃爍計數(shù)器

液體閃爍計數(shù)器是在固體閃爍計數(shù)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要用于測量低能帶電粒子，比如低能β射線。其特點是：閃爍體是裝在測量杯中的閃爍液，放射性樣品溶解或懸浮于閃爍液中或分散吸附在固體支持物上再浸于閃爍液中進(jìn)行測量，樣品與閃爍液接觸緊密，樣品的自吸收大大減少，提高了對低能β射線的探測效率。1、液體閃爍探測器（1）液體閃爍體液體閃爍體由溶劑和溶于溶劑中的有機(jī)閃爍劑裝在玻璃或其他材料做成的容器中組成。射線的能量先傳遞給溶劑分子，很快將能量傳遞給閃爍劑分子，使其中的原子被激發(fā)，在退激時發(fā)出熒光。如圖。（2）光電倍增管兩只光電倍增管。水平放置端窗相對，中間為樣品室。（3）光收集系統(tǒng)同固體閃爍探測器2、后續(xù)電子線路（1）符合電路：降低光電倍增管噪音水平，提高儀器的信噪比，有效降低本底。（2）相加電路：將兩個光電倍增管輸出的同步信號疊加，使脈沖高度增高和相對穩(wěn)定。（3）線性門電路：防止脈沖信號畸變（4）主放大器：同固體閃爍探測器（5）脈沖幅度分析器：為多道脈沖幅度分析器，同時記錄幅度不同的脈沖。道數(shù)越多，對幅度不同的脈沖分辨率越高。3、計算機(jī)系統(tǒng)和輔助結(jié)構(gòu)及電源除與固體閃爍探測器相似外，還包括淬滅校正的軟件和一個外標(biāo)準(zhǔn)源。所謂外標(biāo)準(zhǔn)源是一個固體γ源，有足夠長的半衰期和放射性活度，作淬滅校正用?！?γ射線的測量

γ射線的測量包括γ射線的能量測量和計數(shù)測量（活度測量），核醫(yī)學(xué)的測量對象大多數(shù)都是已知核素，要求也主要是計數(shù)測量，因此，這里主要討論γ射線的計數(shù)測量。計數(shù)率：指射線探測器在單位時間內(nèi)測量得到的脈沖信號數(shù)，用每秒計數(shù)(cps)或每分計數(shù)(cpm)表示。衰變率：單位時間內(nèi)核衰變的次數(shù)，用dps或dpm表示。探測效率：計數(shù)率與衰變率的百分比，用cpm/dpm或cps/dps表示。三、γ射線測量的主要影響因素

影響γ射線測量的主要因素有：

1、幾何位置；樣品和探測器之間的相對位置叫作幾何位置。樣品與探測器的相對位置不同，所測得的計數(shù)率也不同，因此，相對測量時，只有保持樣品放射性分布均勻，形狀、大小、高低以及與探測器的相對位置嚴(yán)格一致，結(jié)果才具可比性。

2、樣品體積；樣品體積不同，其實也是幾何位置不同，井型閃爍探頭測量時，樣品體積增加，漏計角增大，自吸收也增大，計數(shù)效率下降。因此，測量時需嚴(yán)格使樣品體積一致。3、射線的能量；一般來說能量越高，穿透力越強(qiáng)，與閃爍體作用產(chǎn)生光子的幾率越低，因此計數(shù)率也越低。4、儀器分辨時間；測量儀能分別記錄兩個相鄰脈沖之間的最短時間叫做分辨時間，若輸入的脈沖信號間期小于該分辨時間，儀器來不及反應(yīng)而漏計。漏計在測量較高放射性活度時的幾率更大。因此，高活度樣品測量，宜先取出部分稀釋后再測，所得結(jié)果需經(jīng)過體積校正，換算為原始樣品的計數(shù)率。一般井型計數(shù)器不宜測量超過5000cps的樣品。

5、儀器的本底儀器的本底是指在沒有放射性樣品存在時所得到的計數(shù)率。固體閃爍計數(shù)器的本底主要來自外界的γ射線，包括周圍環(huán)境中的放射源和宇宙射線，其次還包括儀器的熱噪聲。6、其他：如閃爍體的體積和厚度等。

§3低能β射線的測量（液閃測量）