核仪器-核探测仪器的基本原理
核辐射仪器原理及应用教案
核辐射仪器原理及应用教案对于核辐射仪器的原理，需要先理解核辐射的性质。
核辐射是指原子核释放出的带电粒子或电磁辐射，包括α粒子、β粒子和γ射线。
核辐射仪器的原理是通过探测器将核辐射转化为电信号，然后根据这些信号进行测量和分析。
核辐射仪器的核心部分是探测器。
常见的核辐射探测器有闪烁体探测器、气体放大器和半导体探测器。
闪烁体探测器利用物质在受到核辐射时能够产生可见光的特性，通过光电倍增管等装置将光信号转化为电信号。
气体放大器则利用气体在电场作用下产生的电离效应来测量核辐射，而半导体探测器则是基于半导体材料对核辐射的响应。
核辐射仪器的应用非常广泛。
首先，核辐射仪器在核能领域起到至关重要的作用。
它们被广泛应用于核电站、核反应堆和核燃料加工厂等地，用于辐射监测、辐射防护和事故应对等方面。
其次，核辐射仪器也被用于核医学领域。
例如，放射性同位素检查常用于临床诊断，核医学影像技术如放射性核素断层扫描（SPECT）和正电子发射断层扫描（PET）也需要核辐射仪器进行辐射测量和影像重建。
此外，核辐射仪器还被应用于核材料的非破坏性检测、环境辐射监测和科研实验等领域。
除了应用于专业领域，核辐射仪器也被广泛应用于生活中的辐射检测。
在核事件事故、核事故应急演练等场合，核辐射仪器可以快速检测环境中的辐射水平，以及食物、水源、土壤等样本的辐射污染情况，为公众提供安全保障。
此外，在建筑工地、矿井、国际边境等辐射环境高的地方，核辐射仪器也可以用于监测辐射水平，保护劳动者和居民的健康安全。
总之，核辐射仪器作为一种专用仪器，在核能、核医学、环境监测和安全防护等领域发挥着重要作用。
它们的原理是通过将核辐射转化为电信号，然后根据这些信号进行测量和分析。
随着科学技术的不断进步，核辐射仪器的性能和应用领域还将不断拓展。
核辐射探测仪器基本原理及及指标
• 剂量当量 反映各种射线或粒子被吸收后引起的
生物效应强弱的电离辐射量。它不仅与吸收 剂量有关，而且与射线种类、能量有关，当 量剂量是在吸收剂量的基础上引入一与辐射 类型及能量有关的权重因子。
• 国际制单位：Sv（希沃特），1Sv=1J∙ kg-1 。
• 旧的专用单位：rem（雷姆）
1Sv=100rem
剂量当量（率）：单位时间引起的剂量当量。
• BS9521 X、γ剂量当量仪 • 测量范围： • 剂量当量率：0~2500uSv/h • 累积剂量当量0~9999.99mSv
• 有效剂量 • 在全身受到非均匀性照射的情况下，受照
组织或器官的当量剂量（HT）与相应的组 织权重因子（WT）乘积的总和即为有效剂 量
• 响应：系统在激励作用下所引起的反应。 • 能量响应：指放射性测量仪（辐射仪）测量剂
量（µSv/h）相同但能量（Kev）不同的X、γ 射线时，仪器读数显示的差异。
• 放射性核素不同，其发射出的射线的能量也各 不同，有时同一种同位素，它能发射出几种不 同能量的 射线，如241Am的γ射线能量为 59Kev、137Cs γ射线能量为661Kev。X光机 因不同的使用场所所加的高压不同。其发出的 X射线能量也不一样。 。
例如：BS9521型智能化X、γ辐射仪 能量响应：≤±20%（相对于137Cs） 137Cs半衰期为：30年 能量为662keV
• 能量分辨率
Байду номын сангаас
3、测量相关的指标
• 计数（率） 仪器对某一能量或者能量段响应次数的总
和 单位时间的计数成为计数率 计数率单位：
cps 每秒计数 cpm 每分钟计数 cph 每小时计数
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检测仪器的工作原理
检测仪器的工作原理检测仪器是指利用科学技术手段对物质或现象进行测量、观测和分析的装置。
它是现代科学研究和工程技术中非常重要的工具之一。
检测仪器的工作原理涉及多种原理和方法，下面就其中几种常见的检测仪器进行介绍。
第一种是光学仪器。
光学仪器是利用光的性质对物质或现象进行检测的一类仪器。
例如，显微镜是一种利用光学原理放大微小物体的仪器。
它通过特殊的光学透镜将来自物体的光线聚焦在眼睛上，使得人眼能够看到微小的物体。
另外，光谱分析仪也属于光学仪器的范围。
光谱分析仪利用物质吸收或发射光的特性，通过分析光的波长和强度来确定物质的成分和浓度。
第二种是电子仪器。
电子仪器是利用电子技术对物质或现象进行检测的仪器。
例如，示波器是一种用于测量电压信号的仪器。
它通过将电压信号转换成可见的波形，使得人们可以直观地观察信号的振幅、频率和相位等信息。
另外，扫描电子显微镜也属于电子仪器的范畴。
扫描电子显微镜利用电子束的相互作用与样品来观察样品的形貌和结构。
第三种是质谱仪。
质谱仪是一种用于分析物质的成分和结构的仪器。
它的工作原理是将待测物质分子中的分子离子化，然后将离子经过一系列的加速、分子排列和质量分选等步骤，最后通过质量检测器来测量离子的质量和丰度。
通过分析这些质量和丰度的数据，可以确定物质的成分和结构。
第四种是热分析仪器。
热分析仪器是利用物质在升温或降温过程中的热性质变化来进行检测的仪器。
例如，差示扫描量热仪是一种用于测量物质热性质的仪器。
它通过比较待测物质与作为参照物的热容量的差异，来判断待测物质的热性质，如熔点、热分解温度等。
综上所述，检测仪器的工作原理非常多样化，涉及光学、电子、质谱、热分析等多个领域的原理和方法。
这些仪器的工作原理的深入理解和准确掌握，对仪器的使用和应用至关重要。
只有通过合理选择仪器和科学使用仪器，才能够有效地对物质或现象进行准确的测量和分析。
除了以上介绍的几种常见的检测仪器，还有许多其他类型的仪器，它们的工作原理同样多样化且十分复杂。
核医学仪器设备PPT课件
核医学仪器设备
1
第一节 核医学仪器分类及原理
8
三、断层图像的重建
SPECT常用的是 1、滤波反投影法
2、迭代法：核医学图像重建的首选方法。
9
四、仪器性能指标
1、γ相机性能指标：5点 2、SPECT断层性能指标：3点
10
11
主要临床应用
▪ 骨骼显像 ▪ 心脏灌注断层显像
▪ 甲状腺显像
▪ 局部脑血流断层显像 ▪ 肾动态显像及肾图检查 ▪ 阿尔茨海默症早期诊断
1、能峰测定：每日
2、每日均匀性：每日 3、旋转中心校正：定期
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二PET/CT部分
1、本底检测 2、空白均匀性扫描
3、标准化设定
4、剂量与SUV值校正 5、PET图像与CT图像的配准校正
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21
一、设备分类
1、活度计 2、放射防护仪器
3、显像设备
4、计数和功能测定仪器（非显像测定仪器） 5、体外分析仪器
2
二、射线探测的基本原理
1、射线探测的基本原理是以射线与物质相互作用为基础并根据使 用目的而设计，概括其原理主要有：
（1）、电离作用：通过探测器收集和计量射线电离时产生的大量+、 -离子，反映射线的性质和活度。收集电离电荷的探测器常由电离 室或者计数管组成。 （2）、荧光作用：闪烁体接受射线能量而进入激发态，当激发态 的原子退回至低能态时可发出荧光，探测器收集、计量，从而反映 射线的能量和数量。 （3）、感光作用：射线可使感光材料感光，通过感光强弱反映射 线的强度。
核辐射探测的原理
核辐射探测的原理核辐射探测是一种用于探测和测量核辐射的技术，它在核能、医学、环境保护等领域具有重要的应用价值。
核辐射是指放射性物质在衰变过程中释放出的能量和粒子，包括α粒子、β粒子和γ射线。
核辐射探测的原理是基于核辐射与物质的相互作用。
核辐射与物质相互作用的方式有多种，其中包括电离作用、激发作用和散射作用。
电离作用是指核辐射与物质中的原子或分子相互作用，将电子从原子或分子中脱离出来；激发作用是指核辐射与物质中的原子或分子相互作用，使其电子跃迁到较高的能级；散射作用是指核辐射与物质中的原子或分子相互作用，改变其传播方向。
核辐射探测的常用方法包括计数法、能谱法和图像法。
计数法是通过对核辐射进行计数来测量辐射剂量率或活度水平。
计数器是核辐射探测中常用的仪器，它可以对核辐射进行计数和测量。
能谱法是通过分析核辐射的能量分布来确定其成分和能量水平。
能谱仪是能谱分析的主要工具，它可以将核辐射的能量分布转化为能谱图，从而得到核辐射的详细信息。
图像法是通过核辐射与物质相互作用的位置分布来获取核辐射的空间分布信息。
放射性显像仪是图像法的主要工具，它可以将核辐射的位置分布转化为图像，从而实现对核辐射的图像化显示。
核辐射探测的应用非常广泛。
在核能领域，核辐射探测可以用于核电站的辐射监测和核燃料的检验；在医学领域，核辐射探测可以用于放射治疗的剂量监控和核医学诊断；在环境保护领域，核辐射探测可以用于核废料的处理和环境辐射监测。
此外，核辐射探测还可以应用于核安全、核材料检测和核辐射防护等方面。
为了确保核辐射探测的准确性和可靠性，需要进行仪器校准和质量控制。
仪器校准是通过与标准源进行比对，确定仪器的灵敏度和响应特性；质量控制是通过定期检查和维护仪器，确保其性能和工作状态处于良好的状态。
此外，还需要进行辐射防护措施，保护操作人员和周围环境不受核辐射的伤害。
核辐射探测是一种重要的技术手段，可以用于核能、医学、环境保护等领域的辐射监测和剂量测量。
核医学仪器探测的基本原理
核医学仪器是用于诊断、治疗和研究核医学领域的设备。
它们基于放射性同位素的放射性衰变和放射性粒子的相互作用，通过测量和检测放射性信号来获取有关组织、器官或生物过程的信息。
以下是几种常见核医学仪器的基本原理：
伽马摄像机（Gamma Camera）：伽马摄像机是一种用于核医学显像的仪器。
它利用放射性同位素释放的伽马射线与探测器（如闪烁晶体）发生相互作用。
当伽马射线通过闪烁晶体时，晶体会发出闪烁光，探测器接收并转换为电信号。
通过分析和处理这些电信号，可以重建出图像，显示出放射性同位素在体内的分布情况。
单光子发射计算机断层摄影（SPECT）：SPECT是一种核医学显像技术，通过使用一台旋转的伽马摄像机来获取多个角度的图像数据。
通过伽马射线与探测器的相互作用，获得关于放射性同位素在体内分布的信息。
然后，通过计算和重建处理，生成三维的断层图像，用于诊断和研究。
正电子发射计算机断层摄影（PET）：PET是一种核医学显像技术，利用正电子放射性同位素与电子相遇时产生的正电子湮灭事件。
正电子与电子相遇后，会发生湮灭，释放出两个伽马射线。
通过在患者体内放置一组环形探测器，可以检测到伽马射线的事件并记录下来。
通过计算和重建处理，生成高分辨率的三维图像，用于诊断和研究。
这些仪器的基本原理是利用放射性同位素的放射性衰变和放射性粒子与物质的相互作用。
通过测量和记录放射性信号，并进行计算和重建处理，可以获得有关组织、器官或生物过程的定量和定位信息，对疾病诊断、治疗和研究提供支持。
核医学仪器
核医学仪器Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998第二章核医学仪器核医学仪器是指在医学中用于探测和记录放射性核素放出射线的种类、能量、活度、随时间变化的规律和空间分布等一大类仪器设备的统称，它是开展核医学工作的必备要素，也是核医学发展的重要标志。
根据使用目的不同，核医学常用仪器可分为脏器显像仪器、功能测定仪器、体外样本测量仪器以及辐射防护仪器等，其中以显像仪器最为复杂，发展最为迅速，在临床核医学中应用也最为广泛。
核医学显像仪器经历了从扫描机到γ照相机、单光子发射型计算机断层仪（single photon emission computed tomography，SPECT）、正电子发射型计算机断层仪（positron emission computed tomography，PET）、PET/CT、SPECT/CT 及PET/MR的发展历程。
1948年Hofstadter开发了用于γ闪烁测量的碘化钠晶体；1951年美国加州大学Cassen成功研制第一台闪烁扫描机，并获得了第一幅人的甲状腺扫描图，奠定了影像核医学的基础。
1957年Hal Anger研制出第一台γ照相机，实现了核医学显像检查的一次成像，也使得核医学静态显像进入动态显像成为可能，是核医学显像技术的一次飞跃性发展。
1975年M. M. Ter-Pogossian等成功研制出第一台PET，1976年John Keyes和Ronald Jaszezak分别成功研制第一台通用型SPECT和第一台头部专用型SPECT，实现了核素断层显像。
PET由于价格昂贵等原因，直到20世纪90年代才广泛应用于临床。
近十几年来，随着PET/CT的逐渐普及，实现了功能影像与解剖影像的同机融合，使正电子显像技术迅猛发展。
同时，SPECT/CT及PET/MR的临床应用，也极大地推动了核医学显像技术的进展。
第一节核射线探测仪器的基本原理一、核射线探测的基本原理核射线探测仪器主要由射线探测器和电子学线路组成。
核医学仪器探测的基本原理(一)
核医学仪器探测的基本原理(一)核医学仪器探测的基本核医学仪器在现代医学诊断与治疗中发挥着重要的作用。
它可以利用不同核素的放射性衰变来实现对人体内部疾病的探测和诊断。
本文将从浅入深，介绍核医学仪器探测的基本原理。
1. 核医学仪器的分类核医学仪器可以按照其测量手段的不同进行分类。
主要分为放射性核素探测器和影像形成器。
1.1 放射性核素探测器放射性核素探测器用于检测和测量放射性核素发出的射线。
常见的放射性核素探测器有闪烁探测器、半导体探测器和气体探测器等。
1.2 影像形成器影像形成器是核医学仪器检测结果的可视化工具。
常见的影像形成器有闪烁摄影机、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）和正电子发射断层扫描（PET）等。
2. 核医学仪器的工作原理核医学仪器的工作原理基于放射性核素的衰变特性和射线的相互作用规律。
2.1 放射性核素的衰变特性放射性核素具有不稳定的原子核，会自发地发出射线以转变为稳定的核或其他核素。
常见的射线有阿尔法（α）、贝塔（β）和伽马（γ）射线。
2.2 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用决定了仪器如何检测和测量放射性核素发出的射线。
主要的相互作用过程有闪烁、电离和散射等。
2.3 仪器的工作流程核医学仪器的工作流程一般包括以下步骤： - 放射性核素的制备和标记 - 患者的内部摄取或注射放射性核素 - 探测器的检测和测量- 数据的处理和图像的重建3. 核医学仪器的应用核医学仪器在医学领域有着广泛的应用。
3.1 肿瘤检测与诊断通过给患者注射放射性核素，核医学仪器可以检测到肿瘤的存在并进行定位，提供有关肿瘤的生物学特征和活动状态的信息。
3.2 心血管疾病诊断核医学仪器可以通过检测心肌血液灌注、心肌代谢和心功能等指标，帮助诊断心血管疾病，如冠心病、心肌梗死等。
3.3 神经系统疾病诊断核医学仪器可以通过检测脑代谢、脑血流和神经受体等指标，帮助诊断神经系统疾病，如脑肿瘤、帕金森病等。
3.4 其他应用领域核医学仪器还可应用于骨科、内分泌学、肾脏病等领域的诊断和疾病监测。
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感光材料探测器
探测原理： 射线可使感光材料感光。根据感光材料产生黑影 的灰度及位置判断射线的量及部位。主要用于实 验核医学的放射自显影。
放射性核素扫描仪
Scanner
逐行扫描、探测、 打印记录放射性 信号
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甲状腺扫描
部分脏器的扫描 图象
肝扫描
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肺扫描
脑扫描
第二节 γ照相机
1957年，由Hal Anger研制成功，因此，也称为Anger型γ照相机(γ- Camera)
核医学显像仪器与X线显像仪器的区别
电离探测器
❖原理：在密闭的装满空气的圆柱形管中， 射线使空气分子产生电离。在电场作用下， 正离子向阴极，电子向阳极。收集所形成 的电脉冲的次数和电量强弱信号，就可以 反映射线的活度和能量。
❖分类 电离室
正比计数器
盖革计数器
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半导体探测器
探测原理： ❖ 射线与CZT晶体作用时，晶体内部产生电子和空穴
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核探测仪器的基本结构
❖ 辐射探测器（radiation detector ）
利用射线和物质相互作用产生的各种效应将 射线的辐射能转变为电子线路部分能处理的电信 号。
❖ 电子学单元
根据不同的测量要求和探测器的特点而设计 的分析和记录电信号的电子测量仪器。
❖ 数据处理系统
按不同的检测目的和需要而配备的计算机数 据处理系统、自动控制系统、显示系统和储存系 统等。
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γ照相机结构
❖探测器（探头） 准直器：铅或铝钨合金 闪烁晶体：NaI（Tl） 光电倍增管 ❖电子学线路 前置放大器、主放大器、脉冲高度分析器等
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电子学线路
γ Camera
计算电路
准直器 PMT
晶体
光导
显示装置 PHA
照相机结构示意图
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应用：各种脏器静 态显像，快速连续 动态显像，附有特 殊装置，可进行全 身显像。
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Gamma Scintillation Camera
The main instrument for nuclear medicine imaging is the large field of gamma camera. First developed in 1956 by Hal Anger this device has become the main imaging tool of nuclear medicine.
光电倍增管工作原理
（二）电离型探测器 电离室（ionization chamber）， 正比计数器（proportional counter） 盖革计数器（Geiger-Muller counter）
（三）半导体探测器 碲锌镉（Cadmium-Zinc-Telluride，CZT）
（四）感光材料探测器 感光材料
核仪器
第一节 核探测仪器的基本原理
一、放射性探测的基本原理
电离作用
荧光现象
感光作用
二、放射性探测器的种类
（一）闪烁型探测器
1.闪烁体(scintillator)：
NaI（Tl），BGO，GSO，LSO
2.光导（lightguide）： 硅油，有机玻璃
3.光电倍增管
（photomultiplier tube，PMT）
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NaI晶体柱
各种型号的光电倍增管
光电倍增管&脉冲幅度分析器
❖光电倍增管
❖ 为数众多的光电倍增管均匀地排列在晶体的后面，紧 贴着晶体。
❖ 数量多少与定位的准确性有关。
❖脉冲幅度分析器
❖ 有选择性地记录从晶体和光电倍增管输送来的电脉冲 信号。
❖ 排除本底及其他干扰信号。
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闪烁探测器
闪烁探测器
实质上是能量转换器，将射线能转换为电脉 冲信号，即放射能 光能 电能
分为固体闪烁探测器和液体闪烁探测器
射线 激发闪烁体分子 受激闪烁体分子回 复基态时发出荧光 PMT接受光信号并转换为 电信号，电信号的数目与高度分别与射线的 活度和能量成正比
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核射线测量仪器的组成框图
光前
核 射 线
闪 烁 体
光 导
电 倍 增
置 放 大
管器
主 放 大 器
脉 冲 高 度 分 析
记 录 装 置
器
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工作电源
核医学仪器发展简史
井型晶体闪烁计数器
1950
闪烁扫描机
1951
1957 γ照相机
闪烁扫描机
PET
1974
SPECT
核医学仪器
在医学中用于探测和记录放射性核素放 出射线的种类、能量、活度、随时间变 化的规律和空间分布的仪器，统称为核 医学仪器
常用探测仪器
❖体外样本测量仪器 γ 闪烁计数器 液体闪烁计数器 活度
计 ❖临床诊断仪器
SPECT PET 功能测定仪 ❖防护和剂量仪器
表面污染监测仪 场所剂量监测仪 个人剂 量监测仪
1979
PET/CT SPECT/CT
2001
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显像仪器
Scanner 机械移动配合逐点打印方式记录 γCamera 一次获得平面静态或动态影像 ECT：Emission computed tomography 发射式计算机断层
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信号分析和数据处理系统
包括电子学线路和计 算机。
电子学线路除脉冲幅 度分析器外还有前置 放大器、主放大器及 均匀性校正电路、位 置线路等。
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γ照相机工作原理
❖ 探测到光子经电子学线路分析形成脉冲信号，经 计算机采集, 处理,最后以不同灰度或色阶显示二 维脏器显影或放射性分布。
准直器
由铅或铅钨合金从中央和定位的准确
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晶体
❖ NaI（Tl）掺铊碘化钠。
❖ 作用是把经准直器进入的射线能量转换成 荧光光子。
❖ Tl元素在这里仍作激活剂用，减少信号失 真，增加探测效率。
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