Y相机性能指标.pdf

相机性能指标γ相机成像质量受到探头若干参数影响，它们包括探测效率、能量分辨率、空间分辨率、灵敏度、均匀性、计数特性，以及本节将讨论的其它参数本节还介绍g 相机质量控制原理与方法2.1 探测效率探测效率用 γ相机观察到的放射源样本计数除以放射源样本衰变数目来表示有几个原因造成样本计数与衰变不同首先，放射源的射线以4π方向发射，但发射的所有 光子中只有一部分进入探测器，进入量多少取决于探测器对放射源形成的立体角度其次，所有进入探测器的光子中只有部分能够与探测器产生作用和形成脉冲，而所有脉冲中又只有部分产生光电峰进一步说， 计数率还受到放射性核素某一特定射线丰度的影响考虑上述因素，对于一个放射源，仪器的总体计数效率可用下式表示：效率 = fi ×fp × fg × Ni 其中， fi 表示固有效率，fp 表示光电峰效率，fg 表示几何效率， Ni 表示射线丰度Ni 可在核素表中查到返回固有效率 fi 进入探测器的射线数目与进入探测器并产生脉冲的射线数目之比值称为探测器的固有效率 fi：fi=被探测器探测到的射线数目/进入探测器的射线数目=整个能谱的所有计数/进入探测器的射线数目fi 与射线的类型、能量，以及线性衰减系数、探测器厚度有关。

对于Nal(Tl) 晶体， 低能 γ射线和厚晶体fi 接近 1，高能 γ 射线和薄晶体fi 趋于 0返回光电峰效率fp 能谱的总计数与光电峰下的总计数之比值称为光电峰效率fp：fp=光电峰下的总计数/能谱的总计数fp 受到与光电效应有关的各种因素的影像，例如探测器的成份和尺寸，γ射线的能量，但主要是PHA 设置的影响，增加窗宽，fp 增加返回几何效率 fg 放射源的射线以相同的强度向所有方向均匀发射，如果探测器与放射源有一定距离， 只有部分射线能够被探测器所探测到，它取决于探测器对于放射源的立体张角fg 等于放射源发射的射线总数与进入探测器的射线数目之比值：fg=进入探测器的射线数目/放射源发射的射线总数一个半径为 r 的圆形探测器，其探测区域=πr2，对于总的探测区域4πR2 来说，fg= πr2/4 πR2 R 是点源 S 与探测器 D 之间的距离 根据平方反比的法则， 当 R 增加时，fg 下降， 即 fg μ 1/ R2 （图 1-8） ，在 2R 处的 fg 是 R 处的 1/4由 fg 的表达式还可见fg 随着探测器的尺寸增加而加大放射源的尺寸对fg 也有影响当放射源与探测器非常靠近时，fg 可达到 50% 。

在 g 井形计数器和液闪计数器中，fg 达到 100% 返回死时间一个计数系统在一段时间内只能处理一个放射事件，从射线进入探测器作用到后续电路形成脉冲并最终记录它需要一定时间在这一时间内，系统无法处理下一个放射事 件，这一时间就称为死时间这就是说，系统在处理第一个放射事件的时间内，不能响应第二个放射事件如果第二个放射事件是在死时间内到达系统，这个事件就被丢失在死时间内可以发生脉冲堆积现象，两个连续 g 事件组合形成一个幅度较高的脉冲，由于幅度超过PHA 设置而被拒绝死时间内的放射性丢失称为死时间丢失系统的死时间来源于整个系统的不同部件：探测器、PMT 、PHA、位置电路和计算机接口等等盖革管的死时间最长，为100~500ms （毫秒）；NaI(Tl) 和半导体探测器为0.5~5ms ；液闪计数器只有0.1~1ms 依据在死时间内如何处理后续脉冲，将系统分为两种类型：瘫痪型和非瘫痪型在 瘫痪类型，对每个事件都具有死时间，而与上一个事件的死时间无关，结果是增加系统总的死时间因此，若放射源计数率非常高时，这种类型的系统可能完全瘫痪而非瘫痪型系统只是在死时间内不响应后续事件和使这些事件丢失，它并不改变或增加死时间长度。

当系统从一个事件的探测后恢复，即可探测和处理下一个事件图1-9 表示两种 类型系统的死时间丢失情况充有淬灭气体的盖革计数器属于非瘫痪类型，包括 γ相机和井形计数器在内的大部 分计数器属于瘫痪型实际上，γ相机含有非瘫痪和瘫痪两类部件死时间计数丢失对于高计数率探测是一个严重的问题，因此必须将输入计数率降低 或对观察到的计数率进行校正返回2.2 能量分辨率由于在 NaI(Tl) 晶体产生的光子和PMT 产生的光电子和电子的统计变化，即使能量相同的 γ射线在 NaI(Tl) 晶体中被吸收，从PMT 输出得到的脉冲幅度也是不同的这种情况导致被探测的γ射线光电峰变宽 光电峰的宽度或陡度反映了γ相机区分不同能量核素的能力成像系统的能量分辨率通过光电峰的半高宽FWHM 计算： （FWHM 的计算参考 “ 空间分辨率评价 ” 一节）能量分辨率 (%)=FWHM/Eγ×100 其中 Eγ是 γ光子的能量图1-10 的 137Cs 光电峰为 662keV ，FWHM=55keV ，则：能量分辨率（ %）=55/622×100=8.3% 能量分辨率与光子能量和探测器尺寸有关光子能量越高，能量分辨率越好，这是因为高能光子脉冲的统计变化比较小。

NaI(Tl) 晶体探测器对于137Cs662keV的射线能 量分辨率为7-10% ，对于 99mTc144keV的射线能量分辨率为10-14% Ge(Li) 探测器对于 144keV 射线能量分辨率约为0.42% ， 对大于 1MeV 的射线能量分辨率约为0.2% 返回2.3 空间分辨率空间分辨率描述g 相机准确地重现一个物体图像的能力，即清晰地反映物体内放射性核素分布的能力，定义为成像系统可分辨两个点源图像的最小距离g 相机的总体空间分辨率（ Ro）由三部分组成：探头的固有分辨率（Ri） ，准直器分辨率（ Rg）和散射分辨率（ Rs） ，并有：Ro=? Ri2+Rg2+Rs2 Ro 的值越小，表示分辨率越好返回固有分辨率Ri 固有分辨率是探头（包括探测器和后续的电子线路）分辨率的指标，描述成像器件定位放射性事件的性能固有分辨率主要来源于脉冲形成过程中统计涨落影响，统计涨落包括 g 射线与晶体作用后光子产生的变化，以及光电倍增管 （PMT ）光阴极和倍增极 发射电子数目的变化许多g 相机通过增加PMT 数量改善脉冲的X，Y 定位，从而改善固有分辨率 使用高灵敏度光电倍增管和改善光电倍增管与晶体间的光偶合，也有助于提高固有分辨率性能。

由于低能射线导致较大的光子产生统计涨落，高能射线可以改善固有分辨率一个 g 光子在晶体中的多次康普顿散射导致光子部分能量丢失，发生X，Y 定位错 误，使固有分辨率变坏在厚晶体中发生多次散射的机会增加,这种影响更为显著，所以 g 相机一般只使用较薄（0.63-1.25cm ）的晶体使用窄的能窗屏蔽散射线，也可改善固有分辨率返回准直器分辨率Rg 准直器分辨率又称为几何分辨率，是总体空间分辨率的主要组成部分准直器分辨 率取决于准直器的设计有四种类型准直器：平行孔、针孔、汇聚型和发散型，临床最常用平行孔准直器图 1-11 为一典型的平行孔准直器，准直器的空间分辨率由其探测半径Rg 计算：Rg=d(te+b+c)/te 式中 d 为准直器的孔径，b 为准直器表面至放射源距离，c 为准直器后表面至晶体中心平面距离， te 为准直孔有效长度实际上te=t-2m -1, 其中 m 是准直器材料（铅）的线性衰减系数，t 是准直孔长度或厚度这一校正用于补偿光子在两处孔边角的穿透 影响从 Rg 的计算公式可见，增加准直孔长度t 或减少准直孔径d 可以改善准直器分辨 率，长窄孔准直器具有好的空间分辨率准直器表面至放射源距离b 是影响空间分辨率的另一个重要因素，在准直器表面分辨率最好，随着b 增加分辨率下降。

因此在临床检查中，病人应该尽可能靠近准直器，以获得最好的分辨率准直孔之间的铅称为铅间隔，g 射线对铅间隔的穿透对准直器分辨率有重要影响，且与 g 射线能量有关 来自探头视野外部的高能光子可能穿过铅间隔进入探头导致图像模糊目前生产的准直器适用于50-300keV 的 g 射线，最合适的光子能量是150keV 能量低于 50keV 的光子会被身体组织吸收，能量高于 300keV 的光子会穿透铅间隔 可以按特定的光子能量，制作具有合适铅间隔厚度的准直器对于平行孔准直器，用于150keV 以下 g 射线的低能准直器铅间隔约为零点几毫米，而用于高至 450keVg 射线的 中能准直器铅间隔约为几毫米所以对于同样直径的准直器，低能准直器准直孔数目要比高能准直器的多通常高能准直器的效率和分辨率都比低能准直器差准直器除了按能量进行分类外，还可按灵敏度和分辨率分类通常这类准直器有相 同的直径和孔数，但厚度不同，孔径长的称为高分辨率准直器，短的称为高灵敏度准直器高灵敏度准直器的空间分辨率随着源与准直器距离的增加迅速下降通用性准直器在设计上兼顾了灵敏度和分辩率针孔、汇聚型和发散型准直器的分辨率公式与平行孔相似，但略为复杂。

在这类准直器焦点位置可获得最高分辨率图1-12 给出不同准直器的系统空间分辨率与源-准直 器间距离的关系FAN BEAM准直器基本上是汇聚型准直器，主要用于脑成像与平行孔准直器比较， FAN BEAM 准直器具有良好的空间分辨率，但灵敏度较差返回散射分辨率Rs 射线在人体中产生散射部分在探测视野以外的射线在人体内产生散射后，仅丢失少量能量并进入探测视野这些散射线进入探头后产生的脉冲往往可以通过脉冲高度分析器（ PHA）而被记录，导致总体空间分辨率的下降散射分辨率Rs 与放射源的种类和 PHA 的设置有关，散射分辨率的影响对于各种准直器是相同的返回模糊（ Blur ）模糊来源于在一个放射性分布（即人体）中每一个点源图像的扩展，成像器件的性能导致模糊不难理解模糊是空间分辨率的反比函数，即增加模糊，空间分辨率下降，反亦然之模糊影响图像对比度，其程度与成像器件的类型和放射源的强度有关返回2.4 空间分辨率的评价靶模用肉眼观察靶模图像，可以定性评价成像器件的空间分辨率靶模由四部分平行铅条组成，构成四个象限，每一象限的铅条相互垂直，封装在树脂容器内，如图1-13 所 示每一象限内的铅条宽度和间隔相同，但各象限不同。

铅条厚度必须足以阻挡所测试的射线能量返回靶模置于 γ相机探头表面，靶模上方放置一个尺寸稍大一些的57Co 平面泛源，泛源的活度通常为5-10mCi ， 采集靶摸图像 57Co 具有 122 和 136keV γ 射线， 接近 99mTc能量（ 140keV ） ，57Co 半衰期（ 270 天）较长，使用方便评价不同能量光子的空间分辨率须使用相应能量的放射性泛源用肉眼观察按上述方法获得的靶模图像（图1-14） ，以图像上所能够分辨的铅条最小间隔作为空间分辨率的评价显然，这种方法无法定量测试空间分辨率返回线扩展函数LSF 线扩展函数改善评价成像系统空间分辨率的方法取一条内径为1mm 直胶管，长 度略大于探头视野，管内注入均匀放射性溶液，制成线源将线源置于探头表面，采集线源图像源图像上作出剖面曲线，得到线扩展函数计算线扩展函数的半高宽值（FWHM ） ，得到成像器件的空间分辨率为了考察整个探头视野范围内的分辨率，要分别采集线源在视野内不同位置和不同方向（通常取X 方向和 Y 方向）的图像，计算各自的空间分辨率返回FWHM 的计算用图 1-15 说明 FWHM 的计算方法在LSF 上确定峰值Max，取 1/2Max 作一水 平线与 LSF 相交于点 A 和点 B。

一般来说A、B 两点不会正好在LSF 的像素位置上，可以采用线性插值法计算出A、B 点的像素位置（即x 坐标值）在点 A 两端找到两个LSF 的像素点 C 和 D，它们的值最接近1/2Max ，由于三角形CAO 和 CDK 相似，可以 算出点 A 与点 O 的 x 轴距离：AOx= （Cy-1/2Max ）/（Cy-Dy ）式中 Cy、Dy 分别表示点C、D 的幅度（即 y 坐标值）同理可以算出。