第二章.放射性測量

第二章放射性測量

§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(shí)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(shí)間變化、空間分布的儀器，統(tǒng)稱為放射性測量儀器。

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。

具體分為以下幾種類型：

1.電離作用

2.熒光現(xiàn)象

3.感光作用二、基本結(jié)構(gòu)放射性測量儀器一般可分為兩部分：（1）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)電子線路：對脈沖信號(hào)進(jìn)行分析和記錄。（3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和輔助設(shè)備。

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：僅用于某些防護(hù)監(jiān)測儀，如GM計(jì)數(shù)管等。②閃爍探測器：是目前核醫(yī)學(xué)中最常用的射線探測器。③半導(dǎo)體探測器：主要用于活化分析時(shí)分析γ譜。

（一）固體閃爍計(jì)數(shù)器整體結(jié)構(gòu)由固體閃爍探測器、后續(xù)電子線路、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和輔助結(jié)構(gòu)組成。1、固體閃爍探測器是將γ射線轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的裝置，既可探測射線強(qiáng)度，又可測定射線的能量。由閃爍體、光收集系統(tǒng)、光電倍增管、前置放大器和外周屏蔽組成。固體閃爍計(jì)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。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）光收集系統(tǒng)

包括反射層、光學(xué)偶合劑和光導(dǎo)。反射層把閃爍體向四周發(fā)射的光有效地收集在一個(gè)方向上，同時(shí)起密封作用。光學(xué)偶合劑可以有效地把光傳遞給光電倍增管的光陰極，以減少全反射，比如甲基硅油等。光導(dǎo)的作用也是有效地把光傳遞給光電倍增管的光陰極，比如聚四氟乙烯等。（3）光電倍增管（PMT）是光-電信號(hào)轉(zhuǎn)換和倍增的器件。（4）前置放大器對光電倍增管輸出端的信號(hào)進(jìn)行跟蹤放大，同時(shí)與后續(xù)分析電路的阻抗匹配，以減少信號(hào)在傳輸過程中的畸變和損失。（5）外周屏蔽（鉛屏蔽）減少外界射線引起的本底計(jì)數(shù)率。2、固體閃爍計(jì)數(shù)器后續(xù)電子線路（1）主放大器對脈沖信號(hào)進(jìn)行放大和整形。（2）甄別器和脈沖高度分析器探測器輸出的脈沖信號(hào)保存射線的能量信息，脈沖高度正比于射線的能量，脈沖高度分析器（PHA)的作用就是有選擇地讓需要記錄的脈沖通過。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(gè)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(jí)電路工作的要求。

PHA是由上、下兩個(gè)甄別器和一個(gè)反符合線路組成，其工作原理是：兩個(gè)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。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(hào)通過，并送至下級(jí)電路?？梢奝HA實(shí)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)、輔助結(jié)構(gòu)和電源計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要作用是適時(shí)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(dòng)控制。

由于儀器使用的目的、運(yùn)行的方式不同而具有不同的輔助結(jié)構(gòu)，比如全自動(dòng)γ計(jì)數(shù)器的自動(dòng)換樣裝置。放射性測量儀器的電源分為兩類，一類是直流高壓電源，對于閃爍探測器，主要用于光電倍增管各極分壓供電；一類是低壓電源，主要供電子學(xué)線路、計(jì)算機(jī)、輔助設(shè)備運(yùn)行使用。（二）液體閃爍計(jì)數(shù)器由探測器、后續(xù)電子線路、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和輔助結(jié)構(gòu)等組成。其特點(diǎn)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)閃爍劑裝在特制的容器中組成。（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(gè)光電倍增管輸出的同步信號(hào)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(hào)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(shí)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)和輔助結(jié)構(gòu)和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(gè)外標(biāo)準(zhǔn)源。所謂外標(biāo)準(zhǔn)源是一個(gè)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(jì)數(shù)測量，核醫(yī)學(xué)的測量對象一般都是已知核素，要求也主要是計(jì)數(shù)測量，因此，這里主要討論γ射線的計(jì)數(shù)測量。一、絕對測量和相對測量

絕對測量(absolutecounting)：不借助中間手段直接測量放射性活度。相對測量(relativecounting)：用所測計(jì)數(shù)率的多少來反映放射性活度的大小，或先測定儀器的探測效率，將計(jì)數(shù)率轉(zhuǎn)化為放射性活度，是生物醫(yī)學(xué)中普遍采用的測量方法。具體步驟為：（1）測定儀器的探測效率：設(shè)標(biāo)準(zhǔn)源的放射性活度為As（dpm），探測的計(jì)數(shù)率為Ns(cpm)，本底為Nb(cpm)，則探測效率E為：（Ns-Nb）/As×100%（2）測量樣品的衰變率：設(shè)樣品在相同的條件下測量的計(jì)數(shù)率為Nx(cpm)，則樣品的衰變率為：Ax=(Nx-Nb)/E(dpm)計(jì)數(shù)率：

指射線探測器在單位時(shí)間內(nèi)測量得到的脈沖信號(hào)數(shù)，用每秒計(jì)數(shù)(cps)或每分計(jì)數(shù)(cpm)表示。衰變率：單位時(shí)間內(nèi)核衰變的次數(shù)，用dps或dpm表示。二、積分測量與微分測量

積分測量：用單道脈沖幅度分析器，把上甄別閾調(diào)在無窮大，將幅度大于下甄別閾的全部脈沖記錄下來。微分測量：用單道脈沖幅度分析器，將幅度在上下甄別閾之間的脈沖記錄下來。可以除去大部分本底，有利于提高測量的精密度，所以，絕大多數(shù)測量都選用微分測量的方式。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(jì)數(shù)率也不同，因此，相對測量時(shí)，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；樣品體積增加，漏計(jì)角增大，自吸收也增大，計(jì)數(shù)效率下降。因此，測量時(shí)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(jì)數(shù)率也越低。4、儀器分辨時(shí)間；測量儀能分別記錄兩個(gè)相鄰脈沖之間的最短時(shí)間叫做分辨時(shí)間，若輸入的脈沖信號(hào)間期小于該分辨時(shí)間，儀器來不及反應(yīng)而漏計(jì)。漏計(jì)在測量較高放射性活度時(shí)的幾率更大。因此，高活度樣品測量，宜先取出部分稀釋后再