閃爍計數器在RNI技術中應用原理的物理分析

林鳳華　彭俊珍

（湖北職業技術學院　湖北孝感　432000）

閃爍計數器在RNI技術中應用原理的物理分析

林鳳華彭俊珍

（湖北職業技術學院湖北孝感432000）

文章介紹了核醫學影像（radio nuclear imaging，RN I）技術，閃爍計數器作為核醫學影像（RNI）技術中射線探測的基本儀器，主要探測引入人體內放射性核素直接或間接射出的伽馬射線，把其變成電信號送給計算機輔助進行圖像重建，從而完成對病灶的定位和定性，本文主要從物理學的角度分析了RN I技術中閃爍計數器的組成、原理和應用。

RN I閃爍計數器伽馬射線原理

1　引言

1911年物理學家E.盧瑟福發現了閃爍計數器的雛形，1947年J.科爾特曼和H.卡爾曼發明了閃爍計數器，從此閃爍計數器作為最重要的射線探測器之一廣泛應用于核物理、粒子物理等領域。核醫學影像又稱放射線核素顯像（radio nuclear imaging，RNI）是核醫學診斷中的重要技術手段，核醫學影像主要通過探測引入人體內放射性核素直接或間接射出的伽馬射線的方法來觀察放射性同位素在人體臟器內的分布從而對臟器病灶進行定位和定性，準確程度取決于探測儀器的性能。閃爍計數器正是利用射線或粒子引起閃爍體發光并通過光電器件記錄射線強度和能量的探測裝置。

2　閃爍計數器組成原理

閃爍計數器的組成：閃爍體（NaI（T l）晶體）；光學收集系統：反射層，光學耦合劑，光導；光電倍增管，如圖1-1所示為閃爍計數器的結構示意圖。

3　閃爍計數器原理的物理分析

3.1閃爍體

閃爍體是閃爍計數器中的敏感元件，常見的有Na I（T l）、ZnS（Ag）及有機晶體等，快速帶電粒子使其中的原子、分子電離或激發，被激發的分子或原子退激時發生熒光，強度與帶電粒子能量成正比，利用這種效應可以用來探測帶電粒子，在RNI技術中閃爍體是由鉈激活的碘化鈉晶體（NaI（Tl）晶體）組成，主要探測的是γ射線，γ射線照射在NaI（T l）晶體上，中性粒子γ光子在與閃爍體發生光電效應、康普頓散射等效應中產生次級帶電粒子使其中的原子、分子電離或激發，被激發的分子或原子退激時產生熒光。

3.2光學收集系統

光學收集系統是使閃爍體發出的熒光均勻有效傳輸到光電轉換器件光電倍增管的光陰極而設計的光收集部件，它包括：反射層，光學耦合劑，光導。反射層的作用是利用光的特性把熒光有效收集在一個方向上，材料可根據閃爍體和發射光譜選擇，作為反射材料常用有氧化鎂、氧化鋁等；光學耦合劑是有效把光傳遞到光電倍增管的光陰極減少窗界面反射的一種材料，常用的有硅油、硅脂、凡士林油等，加耦合劑后光輸出可增加1/3到1倍；光導是在閃爍體和光電器件不能直接耦合時，為了保證光傳導的效率，在閃爍體和光電器件之間加的一種材料，常見的有光導纖維、石英玻璃、聚乙烯甲苯、聚乙烯塑料等。光收集系統是閃爍體與光探測器之間的連接部分。它的兩側需要分別同閃爍體光輸出部分的形狀和光探測器的光輸入部分的形狀相一致，以達到盡可能多地收集光和使光分布均勻的目的。目前為了提高光收集效率，出現了光纖收集器和大面積波長移位光收集器BBQ等。

3.3光電倍增管

光電倍增管是利用光電效應把光子流轉換成電子流，并利用次級電子發射現象放大電子流的真空光電器件。它包含光陰極（K）、聚焦極（F）、二次發射倍增系統（二次極、打拿極或聯極）及陽極（A）并將它們封在一個真空玻璃管內，如圖1—2所示。

光陰極前有半透明的窗，光陰極材料銻、鉀、銫等，穩定度高，暗噪聲低，聚焦極在光陰極和第一倍增極之間，使光陰極產生的光電子盡可能集中到第一倍增極的有效面積上，二次倍增極由8至19極倍增極組成，工作時各電極依次加上遞增電位，光陰極發射光電子經聚焦極聚焦入射到第一倍增極上，產生一定數量的二次電子，在電場加速作用下又打到第二倍增極上，如此經多個排列的二次電子發射系統的使用，使電子在低噪聲的條件下得到倍增，直到電子流被陽極收集，陽極收集的電流對后級電路的電容充放電形成脈沖，送給脈沖幅度分析器。

4　結語

在RNI技術中閃爍計數器是伽馬射線探測的基本儀器，閃爍計數器的基本原理是γ射線照射在NaI（Tl）晶體上，晶體產生熒光，由反射層，光學耦合劑，光導組成的光收集器將光子投射到光電倍增管光陰極上，擊出光電子，光電子在光電倍增管內倍增、加速在陽極上形成電流脈沖，射線能量越大，電流脈沖高度越高，電流脈沖個數越多，輻射源入射晶體的光子數越多，輻射源的活度越大。測出脈沖幅度與計數關系曲線就等于測出輻射能譜，臨床測量γ射線能譜主要意義是測定放射性同位素特定能量γ射線的計數率及通過檢定放射性同位素或放射性藥物的異常光電峰并發現是否混有雜質。

［1］吉強，洪洋.醫學影像物理［M］.北京：人民衛生出版社，2010.

［2］布朗.20世紀的物理學（第二卷）.北京：科學出版社，2015.

林鳳華（1966—），女，湖北孝感人，湖北職業技術學院副教授，從事電子電氣技術研究；彭俊珍（1965—），女，湖北孝感人，湖北職業技術學院教師，從事電子及影像物理教學。