生物医学核电子仪器
　　BuBshengwu yixue hedianzi yiqi
　　生物医学核电子仪器
　　biomedical nuclear electronic instrument
　　在生物医学方面应用的核电子仪器。
　　发展概况 1923年，匈牙利化学家G.C.赫维西开始用放射性核素来示踪化学反应和植物生理过程。不久，他又把这一方法推广到生化反应、动物和人体生理过程的示踪上去。基本方法是将生化分子中的某个原子用其放射性同位素取代，并使之参与生理活动，再通过测量放射性来示踪这种生理过程。由于放射性γ辐射有贯穿性，这种测量可在体外进行，从而开辟了一个研究活体生命现象的新途径。但是，由于当时放射性探测技术水平较低，这一方法没能得到推广。1947年，德国物理学家H.卡尔曼发明有机闪烁体和闪烁计数器。1948年，美国物理学家R.L.霍夫斯塔特发明高灵敏度和能测γ能量的闪烁体碘化钠 (铊)[NaI(Tl)]晶体并研究出相应的核电子学方法。60年代，医院中广泛采用这类碘化钠型闪烁核电子仪器进行诊断，并发展成一门后来称为“核医学”的科别，出现了核医学电子仪器的工业部门。美国物理学家R.S.耶洛用这种 NaI(Tl)核电子仪器发明了放射免疫诊断法，并获得1977年诺贝尔奖。在这段时期中，美国物理学家 A.M.科马克和英国电子工程师也利用这类NaI(Tl)闪烁核电子仪器发明了X透视的计算机辅助横断层方法，他们为此获得1979年诺贝尔奖。80年代,出现了对X和γ射线探测效率更高的锗酸铋(BGO)晶体和兼有 γ能量分辨和亚纳秒时间分辨能力的氟化钡(BaF)晶体,更加丰富了以有机液体和NaI(Tl)晶体为基础的核医学电子仪器和方法。从50年代初开始，中国开展核电子学和核探测技术的研究，不久即开始生产核电子仪器。1976年，中国试制成功第一台γ照相机(图1[中国研制成的第一台γ照相机])。
　　类别 生物医学核电子仪器分为四大类。
　　基础生物医学核电子仪器 主要用于测量[kg1]C、H、[643-sb32]P等基础研究中常用的生命过程示踪核素[kg1]这些核素放射低能β射线，一般穿不过探测器的壁，因而需要用薄窗探测器，或把样品放入探测器中来测量。常用的有以下四种仪器。
　　① 液体闪烁计数器：包括各种性能的液体闪烁体，低荧光器皿，高灵敏、低噪声、高分辨率、高稳定性的双碱阴极光电倍增管，双道脉冲幅度比分析电路，测量结果自动校正(如淬灭校正等)电路，大量样品自动转换机构和数据处理、测量控制的微计算机系统。
　　② 放射性层析扫描仪：通过测量示踪核素如H、[sb125]I等在层析纸上的分布,能快速分析放射性标记化合物各组分的含量。探测器有薄窗或无窗2式、4式的气流正比计数管。此外，还有放射性薄层色谱自动扫描仪等。
　　③ 中子活化γ谱多道分析仪：用小型静电或倍压加速器进行氘氚反应，产生中子束去活化生物样品，根据γ能谱分析微量元素。γ能谱用锗(锂)[Ge(Li)]探测器和多道脉冲分析器测定，一般用1024道，4096道或16384道，由微型计算机进行数据处理和显示。
　　④ 质子感生X射线分析仪:用小型回旋加速器产生的质子束去激发生物样品，产生X射线。据此X谱能分析痕量的原子序数小于11的元素。
　　临床离体分析仪器 主要是取血样或体液样作放射性分析,供临床诊断之用。这类仪器所依据的方法中,最主要的是放射免疫法。它是根据抗体和抗原或专一结合蛋白之间的高度专一性识别结合，将这种结合体用常规方法分离出来，如对其中一种蛋白标记上γ放射性核素，用NaI(Tl)闪烁核电子仪器进行高灵敏测量,就可对特定的分子(包括多钛及蛋白激素、非肽激素、维生素、酶、血液成分、核酸衍生物和药物)进行极微量分析，方法非常简便，可在临床上大量应用。所用仪器包括以下几个组成部分,即NaI(Tl)闪烁晶体、双碱光电倍增管、γ能量在 10～800千电子伏(相当于[sb125]I到[sb59]Fe的γ能量范围)内的自动稳谱电子装置、双道测量装置500～2000个样品自动换测系统，以及测量数据自动处理和打印系统等。
　　医用保健物理仪器 临床示踪核素用药量必须严格标定，因此专门设计出放射性活度计，用来可靠而准确地测定药瓶中放射性核素的毫居里数。为了保持诊室和环境的清洁，不被放射性污染，专门设计有放射性沾污仪。为了对医生和病人所受的放射性剂量进行监督，还设计有剂量仪。
　　临床活体诊断核电子系统 这是将放射性核素示踪药物注入病人体内，参与生理病理过程，在体外用核电子方法探测这一过程进行诊断。按终端显示的信息特点，这类核电子系统可分为以下几种。
　　① 功能仪：定点测量一维时间过程的仪器，测量点可以是一点或多点。典型的仪器有:甲状腺功能仪,用于测定甲状腺吸碘功能;肾图仪，用于测肾功能;多功能仪,在肾图仪基础上增加路数和运算电路,使过程测量和记录速率的量程范围加宽，可测脑血流、肺功能、肢体血流、心血流等;核听诊器，用NaI(Tl)准直探头,经放大、单道脉冲幅度分析，把计数送入一微计算机。利用一套专用程序可测心血容量、左心射血分数等;脑血流仪，测量局部脑血流的动态功能。
　　② 纵向断层扫描机：通过扫描得到一张能反映内脏形态的静态两维纵向断层图。有单探头和双探头两种，探头用 NaI(Tl)晶体，配以各种与γ能量匹配的聚焦型准直器，对人体作机械的直角扫描。电子学线路仍是放大、单道、计数电路,再加上单板机对图像进行处理,用黑白和七色打印出内脏的核素分布图。
　　③ 横向断层扫描机：1963年发明，可以扫描出人体横截面核素分布图(图2[ 横向断层扫描及图像重组原理])，同X射线透射型断层扫描机(XCT)的断层原理相同，它是一种γ射线发射型计算机断层图(ECT)。
　　④ γ照相机：采用动态纵向二维积分图像序列方法。例如自动荧光镜法，用200多个NaI(Tl)晶阵列组成二维探头;还有多丝正比室(MWPC)二维探头和γ照相机。后者的原理是通过成像准直器把内脏的γ图像送到一个大而薄的热锻多晶NaI(Tl)晶体(用作二维探测器),用光电倍增管阵列对每个γ光子激发的闪烁点的二维坐标进行模拟量编码，由此读出电路解码。其中有一触发判选电路选取载有坐标信息的闪烁点，通过模-数变换,以数码方式把闪烁点坐标送入小型或大容量微计算机中形成图像。同时，配以核医学诊断应用程序和专家程序等进行诊断。
　　⑤ 单光子发射断层照相机：使用γ照相机围绕病人转一周便得到很多个断层的动态图集，即一套大视野的四维图或大视野单光子发射断层图(LFOV-SPECT)(图3[大视野单光子发射断层扫描原理])。
　　⑥ 正电子发射断层照相机：利用正电子和组织中电子湮灭时放出一对能量为0.51兆电子伏的相反方向飞出γ光子的现象进行断层测量。测出这两个γ光子的坐标，就可推算出湮灭点的坐标，从而可省去成像准直器。
　　⑦ 核磁共振断层照相机：美国物理学家F.布洛赫和E.M.珀塞耳发现核磁共振现象，并获1952年诺贝尔奖。1971年，人们利用这个现象测定活体中的含氢或其他奇数原子核的量。于是，美国物理学家R.达梅迪安用此法诊断肿瘤，因为肿瘤组织和正常组织中的含水量不同。1971年，美国的R.C.劳特布尔制成第一台核磁共振断层照相机。利用电子学方法使核磁共振区扫描式地发生，可得四维核磁共振断层照相图(NMRCT)(图4[核磁共振断层扫描照相机原理])。
　　⑧ 核磁共振谱仪：用于活体生化分子的测定。
　　⑨ 断层图像重组算法：上述各种断层图，都是由各投影方向上的测量值用重组算法在计算机上进行断层图像再现。
　　沈经