最新常规系列维修手册

第八篇常规系列第八篇常规系列第一章照像仪器的维修第一节γ照像机γ照像机在临床上已广泛应用于各种脏器的显像、肿瘤的定位、器官功能的检测、体内激素的标识及血液动力学的研究等。它为临床医学、基础医学和科学研究等开辟了新的途径，并在现代三大影像医学仪器中占据重要地位。在我国，核医学仪器是从50年代后期应用于临床医学的，60年代以后进入了一个高速发展阶段，从早期的甲状腺功能仪、肾图测定仪、扫描仪、放射免疫测定仪，发展到医用直线加速器、γ照像机、单光子发射计算机断层处理显像和正电子发射计算机断层处理图像等，为现代医学诊断和科学研究的发展起着重要的推动作用。早在丁照像机未诞生之前，扫描机曾是唯一可作核医学脏器显像的仪器，但自1957年Hal—Anger制成第一台γ照像机以来，γ照像机或早或迟地取代了扫描机而成为近30年来最基本和最主要的核医学显像仪器，这主要是因为它采用了大型晶体，取代了扫描机的弓字逐点打印；完成了一次成像。在功能上，它不仅可作静态显像，更重要的是能够进行快速连续的动态显像，为进行脏器功能动态研究提供了必不可少的先进工具。早期（60年代初至70年代中期）γ照像机的成象主要过程是以模拟方式进行的。从70年代末开始逐渐向数字式发展。严格地讲，真正的数字式γ照像机应该是从光电倍增管输出信号开始，经过形成位置信号和能量信号，到校正、采集、存贮、处理、显示都是数字式的，皆由计算机来完成。这样不仅可以明显地提高计数效率，使整体性能有很大改善，并且使整机微型化。但至今绝大多数的γ照像机并不是真正数字式的，而是混合型的，即在探头内部仍以模拟式为主，从探头输出位置信号开始进入数字式，这是因为对于信号放大和位置信号的形成，模拟式仍是最简单、最便宜和最可靠的方法。本节介绍模拟式γ照像机（简称γ照像机）的基本结构、工作原理和基本性能，γ照像机的分类、质量控制及操作注意事项等，重天成医疗网点是探头部分。下面分别加以介绍。一、基本结构和工作原理γ照像机由探头、后续电路、显示记录装置和显像床四个部分组成（见图8-1-1）。（一）探头探头是γ照像机成象的核心，如同普通照像机的镜头一样。它的作用是把人体内分布的放射核素射出来的γ线进行限束、定位和探测。探头产生的位置信号和能量信号可供后面的电子学线路分析、处理和显示。探头由铅屏蔽组装成一整体，它包括准直器、晶体、光导、光电倍增管及定位电路，外加固定支架组成。由晶体、光导、光电倍增管组成一个大型γ闪烁探测器，下面分别加以介绍。-1869-《最新国内外医疗器械天成医疗网实用维修手册》图8-1-1闪烁γ照像机的基本组成部分1．准直器准直器是用铅合金或铅钨合金铸成的一种机械装置，它安装在探头内、晶体的前方，是一种特制的屏壁，它的作用用来精确确定人体内注入的放射核素所发射γ射线的空间位置。它只让通过准直孔的丁射线射到闪烁晶体上，而将其它γ射线阻挡，使它射不到闪烁晶体上，起定位采集信息的作用。（1）准直器的主要性能参数：准直器的主要参数有孔数、孔径、孔深及孔间壁的厚度，由它们决定准直器的空间分辨率、灵敏度和适用能量范围等参数。①准直器的空间分辨率：空间分辨率表示对两个邻近点源加以区别的能力，准直孔径越小，分辨率越好。准直器越厚，分辨率越高。②准直器的灵敏度：灵敏度为配置该准直器的探头实测单位活度的计数率。准直孔越大，灵敏度越高，准直器越厚则灵敏度越低，孔间壁越厚，灵敏度越低。以上二点，对给定准直器的空间分辨率与灵敏度实则是一对矛盾，空间分辨率的提高必然伴随灵敏度的降低。操作者必须根据具体情况作正确处理。③准直器适应能量的范围：它主要与孔间壁的厚度有关，厚度0.3mm左右者，适用于低能量γ射线的探测（150kev）。厚度在1．5mm左右者，适用中能丁射线的探测（150～350kev），2mm左右的厚度适用高能γ天成医疗网射线的探测（350keV）。（2）准直器的类型①按几何形状共分四类（见图8-1-2）：针孔型：为单孔会聚型准直器，外口径2～6mm，外口与晶体间距15～20cm。这类准直器的有效探测立体角很小，故灵敏度很低。所成影像与实体倒向。影像的大小随着准直器的外口与探测物体的间距变化而变化，间距缩短，视野缩小，但影像放大倍数增加，灵敏度也增高。应用要点是根据脏器的大小调整适当的距离，适用于较浅表的小脏器和小病变显像。平行孔型：是最常用的准直器，其孔道与准直器内、外面垂直，内外孔径相等，故孔道平行，它的灵敏度较高。准直器外口与被测物体的间距对灵敏度、视野和影像大小影响不大，但随着间距的增加，空间分辨率将下降。-1870-第八篇常规系列扩散孔型：这类准直器中部的孔道仍保持平行，周边的孔道逐渐向外扩散，结果是扩大了有效探测视野，其代价是周边部位的灵敏度或分辨率降低。此多与直径不够大的圆型γ闪烁计数器配套。用于全身显像，它仅沿X轴扩展，X轴则保持平行不变。会聚型：它是多孔会聚，其性能与针孔准直器相似，对脏器的放大倍数较小，灵敏度和分辨率较高，一般很少使用。图8-1-2准直器的类型②按适用的γ射线能量分三类：低能准直；中能准直；高能准直器。③按灵敏度和分辨率共分三类：高灵敏型；高分辨型；通用型，即前面两种兼顾的一类。（3）各种常用准直器的实际性能：（见表8-1-1）。表8-1-1准直器参数准直器类别视野（mm）孔形孔径孔数1800032000910059903500178003200孔间壁准直器厚灵敏度cpmFWHM（mm）（mm）（mm）度，（mm）/37kBq335低能通用型（LEGP）400400400400400六角形2.50.30.30.51.41.90.32.64140364255404010.28.1低能高分辨型（LEHR）六角形1.83.43.44.52.54.0195700360250250245低能高灵每型（LEHS）六角形14.112.519.0中能通用型（MEGP）六角形高能通用型（HEGP）六角形低能扩散520×400（LEDP）六角形X−12.211.6Y−10.9中能扩散520×400（MEDP）圆形X−20.018.8Y−17.5-1871-《最新国内外医疗器械实用维修手册》2．晶体晶体是探头的重要部件，其前端紧与准直器相接，后端紧与光电倍增管相贴（经光导）。晶体的作用是把高能的γ光子转换成低能的可见闪烁荧光。最常用的是NaI（T1）晶体。晶体有不同规格的尺寸和厚度。圆形晶体的大小用直径表示，它一般30～40cm，由于圆形晶体操作比较方便，一般适用于较小器官的显像，如若用圆形晶体做大器官或全身显像，它必须配用扩散型准直器，且影像还会稍有变形，两侧的分辨率亦较差。方形或矩形晶体，由于它的视野大，一般40cm×52cm，故它被广泛应用在γ照像机中作大脏器或全身显像及脏器联合显像。晶体的厚度不仅影响了照像机的灵敏度和空间分辨率，同时也限定了所接受射线的能量范围。照像机常用晶体的厚度为6.3～12．5mm。一般薄晶体接受射线的能量偏低，而厚晶体接受射线的能量较高。通常在照像机中薄晶体应用比较普遍，一般都采用厚度为6．3mm（1／4in），放射核素为发射低能的射线（如99mTC）。由于大视野通用型γ照像机的用途广泛，有时也需探测核素能量较高的γ射线，故一般采用9．5mm厚的晶体（3／8in）。也曾有用多块晶体制成的探测器，已基本不用。3．光导光导系晶体与光电倍增管两者之间的光耦合剂（通常用的是硅油）。它的作用是平滑光的空间分布，使其光在传输过程中尽量不受损失地传输到光电倍增管中去进行逐级倍增。4．光电倍增管光电倍增管是一个电真空器件，由光阴极、联极（打拿极）和阳极三个部分组成。（图8-1-3）。图8-1-3光电倍增管的结构光电倍增管的作用是把晶体接受γ射线照射后产生的闪烁荧光按比例地转换并放大，完成这个光电的转换过程。光电管的放大系数可高达107～109左右，灵敏度很高，可用来测量非常微弱的光线。（1）光阴极：光阴极是由锑铯化合物等光敏材料制成，常见的是喷涂在光电倍增管顶部透明玻璃的内壁，当晶体的荧光光子照射到光阴极时就发出光电子，光电子的数量与入射荧光光子的数量成正比。（2）联极（打拿极）：在光电倍增管中，一般具有8～14个联极，它们由一个稳定的直流高压电源维持着各联极间和阳极间的电位差。由阴极发射出的光电子在电场的作用下，加速聚焦逐极轰击，进行逐极倍增，由最后一个联极输出射向阳极。（3）阳极：阳极接收由最后一个联极射来的电子，经阻容耦合送至后级。γ照像机中常用的光电倍增管有圆形和六角形两种规格，圆形光电管的光阴极直径多为-1872-第八篇常规系列50～75mm。在圆形晶体探头中，光电倍增管从内圈到外圈的排列个数依次为1、6、12、18、24、30，绝大多数都呈六角形排列。因此，在γ照像机中光电倍增管的数目有19、37、55、61、91个等。但在这些数目的圆形光电倍增管排列在一起，会有较大的暗区。为了减少圆形排列的暗区，现多制作成六角形的光电倍增管。在方形和矩形丁照像机探头内，目前以55个光电倍增管排列为多见。5．定位电路γ射线通过铅准直器孔道投射到晶体上，晶体产生的闪烁荧光可以同时经光导传输到所有的光电倍增管上，最靠近荧光点的光电倍增管接收到的光子数最多，输出的电脉冲幅度最大。离得较远者则因接收到的光子数较少，输出的脉冲幅度较小（图8-1-4）。因此晶体中发生一个闪烁事件就会使排列有序的光电倍增管阳极输出众多的幅度不等的电脉冲信号，对这些信号经过权重处理，就可以得到这样一个闪烁事件的位置信号P，∑⋅Ki⋅SiP=i∑iSi式中Si是从第i号光电倍增管输出的信号，Ki是给定的第i号光电倍增管的位置权重因子。分母是所有脉冲信号的总和，它与入射γ射线的能量成正比，经过它的归一，使位置信号P不受能量的影响。图8-1-4闪烁荧光传输到各光电倍增管的示意图P1、P2┄P19为光电倍增管序号定位电路就是在每个光电倍增管的输出端加一个与位置有关的权重电阻或权重延迟线将每个管输出的信号进行位置权重，再利用加法电路和减法电路将所有经过位置权重的信号总和，利用比分电路得出这一事件将有的位置信号P。图8-1-5为由各个光电倍增管的位置权重电阻组成的矩阵示意图。每一个光电倍增管都与4个电阻相联接，各电阻的阻值根据管的位置不同而异。以下举两个简化了的例子来说明-1873-《最新国内外医疗器械实用维修手册》闪烁事件的位置信号是如何形成的。一个闪烁事件发生在晶体中心（X、Y坐标原点），对位于第10号光电倍增管，其输出的信号S10经过前置放大输入4个电阻，阻值相同，设为20，由4个电阻输出的信号分别为X+、X－、Y+、Y－，经过加法、减法和比分电路乃得到3个新的信号；①X＝（X+－X－）／Z，②Y＝（Y+－Y）／Z，③Z＝X++X－+Y++Y－，X和－Y为该事件的位置信号，在此例中X值和Y值皆为零，据此乃可以确认事件发生在X、Y坐标原点。Z为能量信号，等于S10×80。图8-1-5位置权重电阻矩阵示意图再假设一个闪烁事件发生在晶体X轴最左侧，对位于第8号光电倍增管，其输出的信号S8输入四个电阻，X轴左方电阻（X）的阻值为40，右方（X+）为0，Y－和Y的阻值－－皆为20，则其位置信号和能量信号皆可求出：Z＝S8（0+40+20+20）＝S8×80X＝S8（0－40）／S8×80＝－40／80＝－0．5Y＝S8（20＝20）／S8×80＝0以此类推，可知任何闪烁事件发生在晶体的某个部位，相对应的光电倍增管通过位置权重电阻矩阵就会输出特有的位置信号和能量信号。当然实际情况要复杂得多，即一个闪烁事件可作用于很多个光电倍增管，每一只管都输出经过位置权重的X+，X－，Y+和Y由加法电路将各管的输出值按X+，X－，Y+和Y值分别总和起来而给出此事件的X、Y、Z－值，最后需－信号。这种位置权重矩阵电路被称作高精度坐标计算装置。6．支架沉重的探头必须有牢固可靠的支架支持，但又必须能进行各种方向的灵活移动和转动、支架配有与各种准直器平衡配重装置和有效的制动阀。（二）后续电路后续电路指探头输出的位置信号和能量信号随后进入的各种电子线路