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闪烁计数器在RNI技术中应用原理的物理分析

发布时间:2020-07-29 21:34 作者:亚美ag旗舰下载

  闪烁计数器在RNI技术中应用原理的物理 分析 要】文章介绍了核医学影像(radionuclear imaging, RNI)技术,闪烁计数器作为核医学影像(RNI) 技术中射线探测的基本仪器,主要探测引入人体内放射性核 素直接或间接射出的伽马射线,把其变成电信号送给计算机 辅助进行图像重建,从而完成对病灶的定位和定性,本文主 要从物理学的角度分析了RNI 技术中闪烁计数器的组成、原 理和应用 【关键词】RNI闪烁计数器 伽马射线年物理学家 E.卢瑟福发现了闪烁计数器的雏形, 1947 J.科尔特曼和H.卡尔曼发明了闪烁计数器,从此闪 烁计数器作为最重要的射线探测器之一广泛应用于核物理、 粒子物理等领域。核医学影像又称放射线核素显像(radio nuclear imaging, RNI)是核医学诊断中的重要技术手段, 核医学影像主要通过探测引入人体内放射性核素直接或间 接射出的伽马射线的方法来观察放射性同位素在人体脏器 内的分布从而对脏器病灶进行定位和定性,准确程度取决于 探测仪器的性能。闪烁计数器正是利用射线或粒子引起闪烁 体发光并通过光电器件记录射线强度和能量的探测装置 闪烁计数器的组成:闪烁体(NaI(Tl)晶体);光学收 集系统:反射层,光学耦合剂,光导;光电倍增管,如图1-1 所示为闪烁计数器的结构示意图 3.1闪烁体 闪烁体是闪烁计数器中的敏感元件,常见的有NaI(Tl)、ZnS(Ag)及有机晶体等,快速带电粒子使其中的原子、分 子电离或激发,被激发的分子或原子退激时发生荧光,强度 与带电粒子能量成正比,利用这种效应可以用来探测带电粒 子,在RNI 技术中闪烁体是由铊激活的碘化钠晶体(NaI (Tl) 晶体)组成,主要探测的是射线,射线照射在 NaI(Tl)晶 体上,中性粒子光子在与闪烁体发生光电效应、康普顿散射 等效应中产生次级带电粒子使其中的原子、分子电离或激 发,被激发的分子或原子退激时产生荧光 3.2光学收集系统 光学收集系统是使闪烁体发出的荧光均匀有效传输到光电转换器件光电倍增管的光阴极而设计的光收集部件,它包 括:反射层,光学耦合剂,光导。反射层的作用是利用光的 特性把荧光有效收集在一个方向上,材料可根据闪烁体和发 射光谱选择,作为反射材料常用有氧化镁、氧化铝等;光学 耦合剂是有效把光传递到光电倍增管的光阴极减少窗界面 反射的一种材料,常用的有硅油、硅脂、凡士林油等,加耦 合剂后光输出可增加1/3 倍;光导是在闪烁体和光电器件不能直接耦合时,为了保证光传导的效率,在闪烁体和光 电器件之间加的一种材料,常见的有光导纤维、石英玻璃、 聚乙烯甲苯、聚乙烯塑料等。光收集系统是闪烁体与光探测 器之间的连接部分。它的两侧需要分别同闪烁体光输出部分 的形状和光探测器的光输入部分的形状相一致,以达到尽可 能多地收集光和使光分布均匀的目的。目前为了提高光收集 效率,出现了光纤收集器和大面积波长移位光收集器 BBQ 3.3光电倍增管 光电倍增管是利用光电效应把光子流转换成电子流,并利用次级电子发射现象放大电子流的真空光电器件。它包含 光阴极(K)、聚焦极(F)、二次发射倍增系统(二次极、打 拿极或联极)及阳极(A)并将它们封在一个线 所示 光阴极前有半透明的窗,光阴极材料锑、钾、铯等,稳定度高,暗噪声低,聚焦极在光阴极和第一倍增极之间,使 光阴极产生的光电子尽可能集中到第一倍增极的有效面积 上,二次倍增极由 19极倍增极组成,工作时各电极依 次加上递增电位,光阴极发射光电子经聚焦极聚焦入射到第 一倍增极上,产生一定数量的二次电子,在电场加速作用下 又打到第二倍增极上,如此经多个排列的二次电子发射系统 的使用,使电子在低噪声的条件下得到倍增,直到电子流被 阳极收集,阳极收集的电流对后级电路的电容充放电形成脉 冲,送给脉冲幅度分析器 RNI技术中闪烁计数器是伽马射线探测的基本仪器, 闪烁计数器的基本原理是射线照射在 NaI(Tl)晶体上,晶 体产生荧光,由反射层,光学耦合剂,光导组成的光收集器 将光子投射到光电倍增管光阴极上,击出光电子,光电子在 光电倍增管内倍增、加速在阳极上形成电流脉冲,射线能量 越大,电流脉冲高度越高,电流脉冲个数越多,辐射源入射 晶体的光子数越多,辐射源的活度越大。测出脉冲幅度与计 数关系曲线就等于测出辐射能谱,临床测量射线能谱主要意 义是测定放射性同位素特定能量射线的计数率及通过检定 放射性同位素或放射性药物的异常光电峰并发现是否混有 杂质 [1]吉强,洪洋.医学影像物理[M].北京:人民卫生出版社,2010. [2]布朗.20世纪的物理学(第二卷).北京:科学出版社, 2015. 作者简介:林凤华(1966―),女,湖北孝感人,湖北职业技术学院副教授,从事电子电气技术研究;彭俊珍 (1965―),女,湖北孝感人,湖北职业技术学院教师,从事 电子及影像物理教学。


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