射线成像实验培训课件.ppt

. . . . . . . . 射 线 成 像 实 验 中国科学技术大学近代物理系 射线成像实验室 刘士涛 汪兆民 许咨宗 王永刚 李澄 曾晖 2003.5.30 * 。 射线成像实验教学背景 射线成像实验特色 γ相机成像实验 CT成像实验 * 。 (一) 射线成像实验教学背景 * 。 1.1 射线物理基础 —γ通过物质时的吸收 γ射线通过物质时可与物质原子发生光电效应，康普顿散射和电子对产生三种过程。通过这三种过程，γ射线损失能量，每发生一次相互作用，原来能量为hν的光子消失, 或散射后能量和方向的发生改变, 发生相互作用的光子就从原来γ束中移去。γ射线通过物质时, 是强度逐渐减弱的过程，而能量保持不变。以上三种效应中，对于低能γ射线和Z高的吸收物质, 光电效应占优势；对于中能γ射线和Z低的吸收物质, 康普顿散射占优势；对于高能γ射线和Z高的吸收物质, 光电效应占优势。 设有一准直单能γ射线束, 沿水平方向垂直通过吸收物质, 吸收物质原子质量数为A, 密度为? 。在t=0处，γ射线强度为Io，准直γ射线束通过物质后, I=I0e-mt, ?=?/ANA-?, NA为阿佛加德罗常数，?为γ射线与物质的相互作用截面。 * 。 1.2 什么是射线成像？ 射线（x, g等电磁辐射和其他粒子）成像是利用射线束通过被测对象（例如不同形状的工件﹑人体的器官等）投影在探测器的阵列上，通过电子学读出和计算机数据采集和分析系统，使被测对象的内部结构的图像重现在计算机屏幕上的一项综合性高新技术，它是建立在多学科交叉和渗透基础上的一个新的学科生长点，已广泛应用于生命科学﹑医学﹑材料科学﹑工业﹑国防﹑交通 ﹑安检等领域。主要分为CT，ECT两种。 * 。 CT是利用围绕被测对象扫描时得到的大量射线吸收数据来重建其断层图像的装置。 当一束射线通过被测对象的一个断层时，沿射线路径的总的衰减系数为体素衰减系数的线积分，它可用一探测器进行测量。探测器将射线强度转换成电信号，经过数字化后由计算机处理。 通过围绕人体的脏器在不同角度上进行多次测量，计算出与人体某一层面上每个体素相关的吸收系数，并将该层面的二维吸收系数矩阵存储到计算机中，所显示的图像上每个象素的灰度即为层面上相应体素的吸收系数的量度，从而得到断层面上衰减系数的分布的信息。由于CT技术得到的是人体的脏器一个断层面的图像，因此称为断层照相。 （1）CT * 。 （2）E-CT E-CT是一种发射型计算机断层成像方法。与通常CT的不同之处是射线源在成像体的内部。E-CT成像是先让人体接受某种放射性药物，这些药物聚集在人体某个脏器中或参与体内某种代谢过程，再对脏器组织中的放射性核素的浓度分布和代谢进行成像。因此，利用E-CT不仅可得人体脏器的解剖图像，还可得到生理，生化，病理过程及功能图像。 E-CT包括三种成像装置：γ相机，SPECT和PET。 * 。 （a）?相机 γ相机是一次成像的医疗设备，它主要由探测器（包括准直器，闪烁晶体，光电倍增管等），电子学读出系统和图像显示纪录装置等几部分组成。 * 。 （b）PET 正电子发射计算机断层扫描(Positron Emission Computerized Tomography, 简称PET)是目前最先进的医疗诊断设备。当人体内含有发射正电子的核素时，正电子在人体中很短的路程内（小于几mm）即可和周围的负电子发生湮灭而产生一对γ光子，这两个γ光子的运动方向相反，能量均为0.511Mev，因此，用两个位置相对的探测器分别探测这两个γ光子，并进行符合测量即可对人体的脏器成像。 * 。 PET装置的原理图 PET装置的剖面图 * 。 辐射物理与技术（GB/T 490.10） 核探测技术与核电子学(GB/T 490.15) 探测和成像技术(自然科学基金委，F010205) 高能物理（GB/T 13745-92, 140.7074） 2．相关学科 3 ．相关的本科生课程 原子核物理 辐射剂量防护 核技术应用 核与粒子物理实验方法 粒子探测技术 计算物理 核与粒子物理导论 软件技术基础 模拟电子线路 脉冲数字电路 微机原理和系统 核电子学方法 计算机在核物理中的应用 快电子学 接口与总线 物理实验信号采集处理 * 。 （二）射线成像实验特色 * 。 实验的内容体现了各学科之间的交叉（射线物理﹑核物理﹑探测技术﹑计算物理﹑剂量防护﹑快电子学﹑计算机和图像处理等等） ，实验内容还体现理论和实际的结合，把物理基础和射线实验技术作为实验教学的切入点， 使学生掌握粒子与物质相互作用的过程的原理和规律，了解计算机Monte