《大学物理实验》课程教学资源（专家讲座PPT）射线成像实验

射线成像实验

射 线 成 像 实 验

·射线成像实验教学背景 ·射线成像实验特色 ·相机成像实验 ·CT成像实验

• 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

(一) 射线成像实验教学背景

1.1射线物理基础 Y通过物质时的吸收 Y射线通过物质时可与物质原子发生光电效应，康普散射和电子 对产生三种过程。通过这三种过程，Y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Y束中移去。Y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Y 射线和Z高的吸收物质，光电效应占优势；对于中能Y射线和Z低的吸 收物质，康普顿散射占优势；对于高能Y射线和Z高的吸收物质，光电 效应占优势。 设有一准直单能Y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p。在t=O处，Y射线强度为Io,准直Y射 线束通过物质后，I=Io,μu=p/ANo,N为阿佛加德罗常数，s为Y 射线与物质的相互作用截面

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 , m=/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,γ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，己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,CT两 种

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

(1)CT 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

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：Y相机，SPECT和PET

（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)y相机 PMT Y相机是一次 位置演算回路 光导 成像的医疗设备， Nal(TI)晶体 它主要由探测器 (包括准直器，闪 X线准直器 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

（a）g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Y光子，这两个Y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Y光子，并进行符 合测量即可对人体的脏器成像

（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

符合计数 计算机 回路 (画像再构成) PET装置的原理图 000 画像表示 探测器（由50~500个小的闪烁探测器构成） PMT 晶体 环状准直管 PET装置的剖面图

PET装置的原理图 PET装置的剖面图