单光子检测技术的研究与应用
有关SPECT的应用调查
有关SPECT的应用调查1 引言20世纪70年代单光子断层仪的应用和80年代后期正电子断层仪进入临床应用，使影像核医学在临床医学中的地位有了显著提高。
SPECT能显示脏器或病变的血流、功能和代谢的改变，有利于疾病的早期诊断及特异性诊断，经过几十年的发展，SPECT在临床中的应用十分广泛，SPECT与CT的融合显像技术不仅能显示器官、组织精细的形态解剖，还能提供功能代谢和客观的疾病的定位和定性诊断依据，本次调查挑选了近十几年间有关SPECT的应用情况，以便更深入的了解SPECT。
2 正文（1）SPECT／CT骨显像在骨扫描诊断中的应用骨转移瘤是骨骼最常见的恶性肿瘤骨显像是诊断肿瘤骨转移的首选筛选检查手段，其灵敏度很高，但特异性差，对单发病灶、骨良性改变难于做出准确诊断，限制了其在骨骼良恶性疾病鉴别诊断中的作用。
CT作为一种优良的影像学检查手段，其解剖分辨率高、特异性强，但灵敏度较低，受检查视野所限。
SPECT／CT融合机器将 SPECT的功能特异性和 CT 的解剖特异性有机的合二为一，为临床医生提供了准确、全面的信息。
山西医科大学曾对80例可疑转移性骨病变患者，利用SPECT/CT同机融合图像进行诊断，其结果显示80例患者中骨骼系统可见167处异常放射性浓聚点，经随访结果表明有124处为转移性病灶，43处为非转移性病灶，对照临床随访结果，局部骨断层及融合图像法对转移性病灶的临床诊断结果见表 1。
（由表1计算出统计学结果为局部骨断层与同机融合图像的灵敏度、特异性和准确性均差异有统计学意义 (P < O．05)。
）【1】卫生部北京医院核医学科在2007年发表了有关利用SPECT/CT融合显像在肋骨病变诊断的研究调查，在12到48个月之间，最终对43例患者跟踪记录了肋骨病变情况，其结果显示SPECT/CT的融合显像可以有效提高诊断准确性，帮助医生提高诊断信心。
其研究中SPECT诊断符合率：①8例诊断骨转移的病例，随访 7例为骨转移，准确性 87．5O% ；②12例诊断良性病变的病例，随访11例诊断为良性病变，准确91．67 %。
InGaAs(P)InP近红外单光子探测器暗计数特性研究.doc
InGaAs(P)/InP近红外单光子探测器暗计数特性研究基于InGaAs(P)/InP 雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diodes,SPADs)的近红外单光子探测器具有功耗低、不需超低温制冷、可靠性高、使用简单、易集成、近红外探测效率高等优点,在光通讯波段(1310 nm、1550 nm)量子密钥分发(QKD)、激光测距(1064nm、1550nm)等前沿领域有着迫切的应用需求,但其暗计数特性对应用有诸多限制。
InGaAs(P)/InPSPAD基近红外单光子探测器主要包括InGaAs(P)/InP SPAD及其驱动电路,二者的性能均可影响探测器性能。
本论文主要针对InGaAs(P)/InP SPAD基近红外单光子探测器的暗计数特性及其影响因素、InGaAs(P)/InPSPAD暗电流特性及其影响因素进行深入研究,探索二者关联特性,为SPAD器件及单光子探测器的性能优化提供指导。
搭建SPAD 器件变温测试平台对SPAD暗电流特性进行了研究;搭建激光束诱导电流(LBIC)测试系统对SPAD器件的响应均匀性及其边缘击穿特性进行了研究;研制SPAD器件单光子探测性能测试装置对不同SPAD器件对应单光子探测器的暗计数特性进行了研究。
对SPAD器件暗电流特性及其对应单光子探测器的暗计数关联性进行探索,研究发现SPAD雪崩击穿偏压处的暗电流斜率与相应单光子探测器的暗计数相关,斜率较小时相应的暗计数较小;暗电流与暗计数存在抖动情况,此抖动均与温度呈负相关,与过偏压无关。
目前对暗计数特性的研究主要集中于影响机制,并未发现对上述结果的报导。
荧光寿命测定
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化学通报 2001 年 第 10 期 http :ΠΠwww. chemistrymag. org
的分子体积 ( V0 ) ,根据 Perrin 方程来计算荧光寿命[4] ,虽然这种方法所用仪器比较简单 ,但测定过
数有限 ,因此测量精度较差 。1980 年后多频相技术得到发展 ,相调制技术测定荧光寿命的精度也随之
提高 ,从而使复杂体系荧光寿命测定成为可能。但同时仪器也变得昂贵 ,实验测定难度也相应增大。
113 频闪技术[9]
频闪技术也叫脉冲取样 技 术 ( Pulse Sam2
pling Techniques) ,仪器工作原理示于图 3 ( a) 。
首先商品化 。此外 ,Edinburgh Instruments、IBH、HORIBA 等公司也在生产基于 TCSPC 的时间分辨荧
光光谱仪 。
TCSPC 的工作原理如图 1 所示 ,光源发出的脉冲光引起起始光电倍增管产生电信号 ,该信号通
过恒分信号甄别器 1 启动时辐转换器工作 ,时幅转换器产生一个随时间线性增长的电压信号 。另
除了直接应用之外 ,荧光寿命测定还是其它时间分辨荧光技术的基础 。例如基于荧光寿命测 定的荧光猝灭技术可以研究猝灭剂与荧光标记物或探针相互靠近的难易 ,从而对所研究体系中探 针或标记物所处微环境的性质作出判断 。基于荧光寿命测定的时间分辨荧光光谱可以用来研究激 发态发生的分子内或分子间作用以及作用发生的快慢 。另外 ,非辐射能量转移 、时间分辨荧光各向 异性等主要荧光技术都离不开荧光寿命测定 。因此本文拟对荧光寿命测定的主要方法 、各种方法 的原理 、特点以及荧光寿命测定的主要应用进行介绍 。
如何利用量子点实现高效的单光子源
如何利用量子点实现高效的单光子源在当今的量子科学领域，实现高效的单光子源是一项关键且具有挑战性的任务。
量子点作为一种具有独特量子特性的纳米材料，为实现高效单光子源提供了极具潜力的解决方案。
首先，让我们来了解一下什么是量子点。
量子点是一种尺寸在纳米级别的半导体晶体，其电子的运动受到强烈的限制，从而展现出独特的量子力学特性。
由于量子限域效应，量子点的能级变得离散，这使得它们能够精确地控制电子的跃迁，从而产生单光子发射。
要利用量子点实现高效的单光子源，关键在于对量子点的精确制备和调控。
制备高质量的量子点需要先进的技术和精细的工艺。
目前，常见的制备方法包括自组织生长、胶体化学合成等。
自组织生长通常在半导体外延生长过程中实现，通过控制生长条件，可以获得尺寸均匀、形状规则的量子点。
胶体化学合成法则在溶液中进行，具有操作简单、成本较低的优点，但对于量子点的尺寸和形貌控制相对较难。
在制备出量子点之后，还需要对其进行有效的封装和隔离。
这是因为量子点表面存在大量的缺陷和杂质，这些会导致非辐射复合，降低单光子发射效率。
通过使用合适的封装材料，如二氧化硅、聚合物等，可以减少表面缺陷，提高量子点的发光性能。
另外，选择合适的激发方式对于实现高效单光子源也至关重要。
常见的激发方式包括光激发和电激发。
光激发相对简单，通过使用特定波长的激光照射量子点，可以使其产生单光子发射。
然而，光激发的效率往往受到激光功率、吸收系数等因素的限制。
电激发则可以实现更高效的能量注入，但需要复杂的电极结构和精确的电学调控。
为了提高单光子源的效率，还需要解决量子点的发光均匀性和稳定性问题。
由于量子点的尺寸和形状存在一定的分布，导致它们的发光特性不尽相同。
通过优化制备工艺和生长条件，可以减小这种差异，提高发光的均匀性。
同时，量子点在工作过程中可能会受到环境因素的影响，如温度、湿度、电磁场等，导致发光不稳定。
因此，需要采取有效的保护措施，如在低温、真空环境中工作，或者使用稳定的封装材料。
SPECT
2023年5月 第9卷 第5期SPECT/CT 检查对分化型甲状腺癌术后颈部淋巴结转移的诊断分析王敏王敏，，马瑞鹏枣庄市立医院核医学科，山东枣庄 277100摘要 目的 探讨对分化型甲状腺癌患者在实施术后颈部淋巴结转移诊断期间，单光子放射计算机断层显像（single-photon emission computed tomography ， SPECT ）/CT 检查的应用价值。
方法 选取2020年2月—2022年4月枣庄市立医院109例分化型甲状腺癌患者作为研究对象，对所有患者于临床合理展开SPECT/CT 检查操作以及术后病理检查操作。
将术后病理检查作为金标准，分析SPECT/CT 诊断效能。
结果 对所有分化型甲状腺癌患者完成术后病理诊断后，术后表现出颈部淋巴结转移患者46例，术后未表现出颈部淋巴结转移患者63例。
对所有分化型甲状腺癌患者完成SPECT/CT 检查后，术后表现出颈部淋巴结转移患者44例，术后未表现出颈部淋巴结转移患者65例，敏感度为91.30%（42/46），特异度为96.83%（61/63），准确度为94.50%（103/109）。
结论 临床对分化型甲状腺癌患者在实施术后颈部淋巴结转移诊断期间，合理给予SPECT/CT 检查，诊断价值显著，对于分化型甲状腺疾病诊治工作的顺利开展有促进作用。
关键词 单光子发射计算机断层成像技术；分化型甲状腺癌；术后颈部淋巴结转移；应用效果中图分类号 R 4 文献标志码 Adoi10.11966/j.issn.2095-994X.2023.09.05.20SPECT/CT in the Diagnosis of Cervical Lymph Node Metastasis after Surgery for Differentiated Thyroid CancerWANG Min, MA RuipengDepartment of Nuclear Medicine, Zaozhuang Municipal Hospital, Zaozhuang, Shandong Province, 277100 ChinaAbstract Objective To investigate the application value of single-photon emission computed tomography (SPECT)/CT in the diagnosis of cervical lymph node metastasis in patients with differentiated thyroid cancer after surgery. Methods 109 patients with differentiated thyroid cancer from Zaozhuang Municipal Hospital from February 2020 to April 2022 were selected as the research subjects, and all patients underwent reasonable SPECT/CT examination and postoperative pathological examination in clinical practice. Used postoperative pathological examination as the gold standard to analyze the diagnostic efficacy of SPECT/CT. Results After completing postoperative pathological diagnosis for all patients with differentiated thyroid cancer, 46 patients showed cervical lymph node metastasis after surgery, while 63 patients did not show cervical lymph node metastasis after surgery. After completing SPECT/CT examination for all patients withdifferentiated thyroid cancer, 44 patients showed cervical lymph node metastasis after surgery, while 65 patients did not show cervical lymphnode metastasis after surgery, the sensitivity was 91.30% (42/46), the specificity was 96.83% (61/63), the accuracy was 94.50% (103/109). Conclusion During the diagnosis of postoperative cervical lymph node metastasis in patients with differentiated thyroid cancer, reasonable use of SPECT/CT examination has significant diagnostic value and promotes the smooth diagnosis and treatment of differentiated thyroid disease. Key words SPECT/CT examination; Differentiated thyroid cancer; Postoperative cervical lymph node metastasis; Application effect对于分化型甲状腺癌疾病而言，其主要包括乳头状癌以及滤泡状癌。
单光子发射型计算机断层扫描术图像重建方法的应用
单光子发射型计算机断层扫描术图像重建方法的应用张垒【摘要】SPECT is one of the most important techniques in nuclear medicine. This paper is to introduce some SPECT recon-stitution methods often used in daily works, to analyze their principles and the selection of window functions and to compare their advantages and limitations. Selecting a suitable method to guide the image reconstruction is profitable to display the anatomic structures exactly and provide higher clinical values.%单光子发射型计算机断层扫描术(single photon emission computed tomography,SPECT)是核医学检查中最为重要的方法之一.文中介绍常用的SPECT 断层重建方法及其应用进展,分析重建函数的原理及参数的选择,评价其优缺点.利用SPECT指导断层图像重建,从而准确地显示靶器官的解剖结构和病变,为临床诊断提供有价值的信息.【期刊名称】《医学研究生学报》【年(卷),期】2013(026)002【总页数】4页(P219-222)【关键词】单光子发射型计算机断层扫描术;重建函数;有序子集最大期望值法;滤波反投影法【作者】张垒【作者单位】210002,南京,南京军区南京总医院核医学科【正文语种】中文【中图分类】R814.420 引言由于受计算机硬件限制，传统的SPECT工作站通常将滤波反投影法(filtered back projection，FBP)和最大似然-期望最大法(maximum likelihood-expectation maximization，MLEM)作为最常用的断层显像图像重建软件。
现代纳米光子学技术及其应用
现代纳米光子学技术及其应用随着科技的不断发展，现代纳米光子学技术的应用范围不断扩大，越来越多的科学家和工程师投身于此领域的研究和开发。
纳米光子学技术，顾名思义，是指在纳米尺度下对光的控制和利用的技术，其应用可涵盖电子、信息、光电子、量子计算等领域。
在现代纳米光子学技术中，光晶体是常用的材料之一。
光晶体是一种由周期性的折射率分布组成的材料，具有很好的光学特性和应用前景。
通过对光晶体的设计、制备和表征，研究人员可以实现对纳米尺度下光的精确控制，包括光线的定向、聚焦和散射等。
光晶体是现代光纤通信的核心技术之一。
由于光晶体具有五大光学特性——调制光学特性、非线性光学特性、光学吸收特性、谐振特性和散射特性，这种材料可以用来制造用于光通信的光收发器、滤波器、光开关、光存储器等设备，极大地促进了光通信技术的发展。
除光通信外，纳米光子学技术也被广泛应用于太阳能电池、计算机芯片、生物传感器等领域。
在太阳能电池方面，通过纳米光子学技术可以提高光吸收效率和电池的转换效率，从而提高太阳能电池的输出功率和使用寿命。
在计算机芯片方面，纳米光子学技术可以实现光与电之间的转换，将信息传输速度提高到光速级别，加速计算机的运行速度。
在生物传感器方面，利用纳米光子学技术，可以制造高灵敏度的传感器，对生物分子、以及DNA等物质的检测具有重要作用。
总之，现代纳米光子学技术的发展和应用，将在许多领域中发挥重大作用。
虽然现在的纳米光子学技术还存在许多挑战，如材料的制备、光场控制、能量损失等问题，但是技术的不断进步和创新，必将带来纳米光子学技术新的突破和领域发展。
在这一领域，中国的研究和应用也在不断发展。
例如，中科院近来取得的一项重要研究成果——利用微纳尺度的光阱实现了单光子量子隐形传态，为实现量子通信的远距离传输打下了基础。
从这些研究成果来看，无论是中国还是其他国家，纳米光子学技术的前景无疑是光明的。
相信在不久的将来，这种技术将会为我们带来更多的科学和技术革新。
单光子计数系统的研究
甄别电平
成形脉冲
数模转换
图 １ 单光子计数 器原理 图
通讯作者 ： 熊狂炜 （９ ７ ） １７ 一 ，男，江西南昌人， 讲师，从事量子信息与量子光学研究．Ｅ ｍ ｉ ４ ５８ ６＠ ｃｕ ｘ ａ — ａ ： ９４ ９７ ｅ ｔ ｊｃ ｌ ｊ ．．
６ ８
高 师 理 科 学 刊
第 ３ 卷 ｌ
外，还研究 了光计数率与光功率之间的关系．
１ 单光子计数系统的原理
单光子计数器是利用弱光信号下光电倍增管的光 电输 出电流信号 自然离散 ，从而采用脉冲高度甄别和 数 字计数技术将淹没在背景
噪声中的弱光信号提取出来 ， 单光 子计数器 的原理 （ 图 见 １． ）入射光子在倍增管里形成 的光 电子脉 冲和噪声脉 冲经 一
６ ９
２ ＿ 不同积分 时间 当光功率为 ２ ５ ￣ ０ Ｗ，选用透光率为 １ ％，１ ％ －２ ２ ． ６ １一 ２ ． ５ ． 减光片组 ，分别取积分时间 ５
在 ５０ ０ ，１ ０ ， ０ ０ ｓ ０ ，１ ０ ０ ２ ０ ，２ ０ 时的微分曲线 （ 图 ５） ０ ５ ０ ５ ｍ 见 ．由图 ５ 可知 ， 最佳甄别电压为 １ ０ Ｖ不随
计数率也不断增加．
瓣
萋
３ 结论
在单光子计数实验 中， 运用 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ软件将实验数据拟合后 ， 发现最佳甄别电压不随外界光功率和积
分时 间改变而改变 ， 最佳甄别电压是单光子计数 的一个 固有性质 ， 不同的单光子计数系统最佳甄别 电压不 同 ；同时 ， 在增大光功率 、延长积分时间、采用透过率高的减光片组的条件下均能增大信噪比．另外外界 光功率的增大会使光计数率 以一定的比例 ． 在时间方式下 ，阈值取最佳甄别电压 １ ，光功率为 ４ １ ×１ Ｗ 条件下，分别选用透光率为 （ ） Ｏ Ｖ ．２ ０ ５ １
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单光子检测技术的研究与应用
光子是光的最小单位，单光子指的是一个能够单独被检测到的
光子。
单光子检测技术是利用非常敏感的探测器和信号读取电子
学来探测单个光子的到达时间，从而实现单个光子的探测。
在这
个技术中，基于光电倍增管和单光子超导单光子检测器等植物，
被认为是目前最可靠、最灵敏的单光子检测技术，已经被广泛应
用在量子通信、光子计算和生物医学等领域。
一、单光子检测技术的研究进展
单光子检测技术的研究始于上世纪八十年代，最初的实验使用
的是带放大器的光电倍增管。
随着工艺技术的不断进步，基于超
导量子原理的单光子超导探测器逐渐取代了光电倍增管。
目前，
单光子超导探测器已经成为量子光学和单光子探测领域的标准技
术之一。
单光子超导探测器可实现快速和高效的单光子检测，其中最常
用的一种叫做基于量子效应的超导单光子检测器。
其基本原理是：当一束激光通过一个超导器件，然后撞到一种被称为吸收介质的
物质上时，产生的“电子空穴”对产生响应并在阀值上方形成一个
电压脉冲，从而检测到单个光子的存在。
二、单光子检测技术的应用
1. 量子通信：单光子检测技术在量子通信中发挥着至关重要的
作用。
利用量子密钥分配和量子密码学技术，单光子检测技术可
以保证网络安全，并为网络安全提供了可靠的保障。
2. 光子计算：光子量子状态可以用来进行量子计算。
单光子探
测器是实现光量子计算的关键技术之一。
3. 生物医学：单光子技术的高灵敏度和高精度对于生物医学领
域的研究具有重要意义。
单光子成像技术可以用于对肿瘤细胞、
细胞器和蛋白质等具有高灵敏度的检测。
三、单光子探测技术的未来和挑战
未来发展单光子检测技术的目标是提高探测器的探测效率和分
辨率，同时降低检测器的噪声和失真。
有些研究团队正在开发新
型探测器，包括基于噪声消除及非线性光学的探测器、红外测量
的超导单光子探测器、以及基于超快电子学的单光子探测器。
这
些新型探测器可能会产生新的应用领域和具有广泛的应用前景。
但是，单光子探测技术在实际应用中还存在一些挑战。
例如，
单光子检测器的噪声及漂移问题仍需要进一步解决；单光子超导
探测器的工作温度需要低于4K，仍然需要液氦的冷却设备；另外，探测器的成本较高，对普遍性和商业化应用造成了限制。
总之，单光子检测技术作为一种关键的技术基础，具有广泛的应用前景和发展潜力。
在未来，系统的研究探索和技术创新可以进一步推动其性能和应用方向的进一步发展。