核物理基础与核医学仪器课件：05-γ照相机原理

1、照相机原理,照相机是核医学重要的大型诊断设备，用于获得人体内放射性核素的分布图像。,组成与原理概要,晶体,位置和能量电路,准直器,图像显示/处理,Z,Y,X,PMT,(X, Y) 是闪烁的质心位置。 Z 是射线能量。 (Xi , Yi) 是第i个光电倍增管的位置 Ii 是第I个光电倍增管探测到的闪烁光强度。,重要部件,准直器由有单孔或多孔的铅或铅合金作成。其作用是让从一定方向入射的射线通过，吸收其它方向入射的射线，从而把放射性核素的分布投影到照相机探头的晶体上。吸收了很多射线（90%左右），灵敏度低；图象质量受准直器间壁厚度和准直孔大小的影响，分辨率低（1厘米左右）。,准直器,按结构分：针孔型

2、、平行孔型、汇聚孔型、发散孔型,准直器种类(1),准直器种类(2),按能量分：高能、中能、低能,准直器种类(3),按性能分：通用型、高分辨率型、高灵敏度型 描述方法：组合（低能通用型平行孔准直器）,准直器的主要参数 (1),几何参数 孔型、孔数、孔径、孔长、孔间壁厚度 决定了空间分辨率、灵敏度、适用能量范围等性能参数。 适用能量范围由孔长和孔间壁厚度决定。高能准直器孔更长，孔间壁也更厚。,准直器的主要参数 (2),空间分辨率：准直器的空间分辨率表征对两个邻近点源加以区别的能力，通常以点源或线源经准直器投影到晶体上的点源或线源响应曲线的半高全宽度作为指标，半高全宽度越小，表示空间分辨率越好。平行

3、孔准直器的空间分辨率随被测物与准直器的距离的增加而降低。准直器孔径越小，分辨率越好。准直器越厚（孔更长），分辨率也越好。,孔型和制作方式,Hexagonal Hole Cast,Square Hole Foil,Triangular Hole Foil,High Energy Cast,准直器的主要参数 (3),灵敏度：准直器的灵敏度表示其对光子的通过率。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。 在同样能量下，准直器的空间分辨率与灵敏度不能同时提高，空间分辨率的提高导致灵敏度的降低，灵敏度的提高导致空间分辨率的降低。 在不同的能量下，高能准直器的空间分辨率不如低

4、能准直器好，其灵敏度也低于低能准直器。,常用准直器（1）,针孔型准直器：由铅圆锥面加上孔径为2-6mm的可置换头构成 特点：图象倒置、灵敏度低。图像大小与源到准直器的距离有关，距离小于准直器长度时，图像放大，视野缩小；反之则图像缩小，视野放大。核素的立体分布导致不同深度有不同的放大或缩小，迭加在一起，产生图象失真。 用途：针孔型准直器适合于小器官显象。,常用准直器（2）,平行孔准直器：由规则排列的孔和壁构成，壁由铅或铅合金构成，吸收射线，其孔道与准直器内、外面垂直，内外孔径相等。 特点：投影在晶体上的分布与被显像物体大小相同，准直器与被测物体的间距对灵敏度、视野和影像大小影响不大，但随着间距的

5、增加，空间分辨率下降。 用途：通用,常用准直器（3）,发散孔准直器：由呈发散状排列的孔和壁构成，发散的孔在准直器后2025Cm处有一个会聚点。 特点：扩大视野，图像缩小，不同深度的分布有不同的缩小，因而有图象失真。 主要用途：在小晶体的照相机上对大器官一次成像。,常用准直器（4）,汇聚孔准直器：由呈汇聚排列的孔和壁构成，孔汇聚于准直器前4050cm的汇聚点。 特点：对从准直器表面到汇聚点内的物体产生放大的图象，有图象失真，效率比针孔准直器高。 主要用途：小器官显象。,常用准直器（5）,针孔型准直器的图像失真,平行孔准直器的空间分辨率,平行孔准直器的灵敏度,平行孔准直器分辨率与距离的关系,平行孔

6、准直器和针孔准直器分辨率与距离的关系比较,平行孔准直器和针孔准直器灵敏度与距离的关系,准直器的使用（1）,平行孔准直器 特点：用途广泛 一般原则 静态图像（包括全身扫描和SPECT)：追求高分辨率 动态图像：追求高灵敏度 特殊情况：高能准直器用于低能核素 注意事项：距离对分辨率的影响,准直器的使用（2）,针孔准直器 主要用途：获得高分辨率，用于如甲状腺、关节等 注意事项 图像失真 灵敏度低导致的问题 图像总计数 病人配合,准直器的使用（3）,共同注意事项 准直器保护 安全 病人 操作者 仪器,晶体和光电倍增管(1),作用：入射射线在晶体中产生闪烁光，由各个光电倍增管接收并转换为电脉冲，光电倍增

7、管的输出分为两路分别输入位置电路和能量电路，作进一步处理。 参数和性能： 增加晶体厚度可增加射线被完全吸收的概率，因此提高探测灵敏度；同时增加多次康普顿散射的概率，降低空间分辨率。 光电倍增管的数量越多，照相机的空间分辨率越高。,晶体和光电倍增管(2),注意事项： 晶体的保护 防潮（湿度为20%60%） 防震（避免碰撞和表面划伤 ） 防温度突变（每小时变化在4之内） 光电倍增管 避光（开高压后不能暴露光电倍增管） 预热（高压一般不关，以保证系统的稳定性） 电磁屏蔽（电磁屏蔽不良时，探头的位置和方位变化均会影响图象质量）,作用 产生与能量无关的位置信号（闪烁光的“质心”） 选择显像核素（多道脉冲

8、幅度分析器）,位置电路和能量电路（1）,位置电路和能量电路（2）,线性和能量校正 目的：提高系统的性能 现在普遍认为影响图像均匀性的主要因素是能量响应和图像线性，因此良好的均匀性应通过能量校正和线性校正来获得。 线性校正：对X、Y信号所作的校正 能量校正：对Z信号所作的校正,位置电路和能量电路（3）,能量校正 光电倍增管增益自动调整功能 保证每个光电倍增管在接收到强度相同的闪烁光时有相同的输出信号幅度 晶体能量响应的非均匀性校正 使相同能量的光子在晶体的任何位置都产生的相同的能谱。,位置电路和能量电路（4）,线性校正,照相机原理,准直器通过吸收作用，选择性地让光子透过，到达晶体，从而按一定规律

9、将放射性核素的分布投射到晶体平面上。 光子在晶体中产生的闪烁光经过光导被各个光电倍增管接收，转换为电脉冲。 在每一次闪烁中，靠近闪烁中心的光电倍增管接收更多的光子，电脉冲幅度更大。位置电路根据各个光电倍增管的位置和输出脉冲幅度定出闪烁中心的位置，并输出相应幅度的位置信号。 能量电路累加各个光电倍增管的脉冲作为能量信号，能量信号的幅度与晶体接收的光子能量成正比。能量信号由脉冲幅度分析器处理，以鉴别光子的能量。如果光子的能量落在预设的能量窗内，则脉冲幅度分析器输出一个脉冲，作为显示系统的起辉信号。能量信号还对位置信号作归一化，使位置信号的幅度即图像的大小与光子的能量无关。 显示系统在位置信号和启辉信号的驱动下，在与光子闪烁光中心的对应位置显示闪烁光点。成像装置记录大量的闪烁光点