核醫(yī)學-放射性測量

1、放射性測量,實驗核醫(yī)學教研室,1、定義：測樣品活度（強度）Bq2、測量方法分類： A、絕對測量：不借助中間手段，直接測放射活度。如4π立體角法、固體立體角法等。短點：校正因素多，不常用。 B、相對測量：借助中間手段，間接反應放射活度的測理方法。如脈沖計數(shù)儀。,,放射性測量基礎知識,3、幾個測量中必須掌握的 基本概念衰變率 dpm計數(shù)率 cpm效率 E本底 Background,

2、4、影響計數(shù)率（效率）的六個因素：①幾何因子②儀器探測效率： 儀器工作條件：優(yōu)值 儀器分辨能力：能量、時間、分辨 樣品：容量，樣品內放射 分布、樣品污染③吸收與自吸收④散射與反散射⑤衰變方式⑥本底：措施鉛屏、微分測量,核儀器的組成 1）探測與放大器 前放、主放 2）甄別器（脈沖

3、高度分析），它的作用 （a）除去噪音信號； （b）鑒別脈沖高度。 兩個概念：積分測量：一個甄別器 微分測量：二個甄別器、有道的概念,3）、反符合電路：兩個甄別器同時有信號時，線性門不開（門電路），只有下甄別器有信號，上甄別器沒有信號，即道內通過時才開啟。 4）符合電路：兩個甄別器同時有信號時可通過。 5）定標器：記錄電脈沖累加。,1、氣體：電離電流、復合區(qū)、飽和區(qū)、電離

4、室區(qū)、正比區(qū)、有限正比區(qū)、G—M區(qū)、蓋革區(qū)、連續(xù)放電區(qū) Va Vb Vc Vd Ve V,一、探測儀器分類：1、氣體電離探測器（電離作用） 2、半導體探測器 3、閃爍探測器（熒光）： 固體閃爍探測器 液體閃爍探測器,,,2、半導體探測器原理 利用PN結在外加反向偏壓時不導電性能。當有射線進入PN結區(qū)時，半導體被電離產生電子載流子和空穴載流子，它們在外加

5、反向偏壓的電場作用下發(fā)生定向移動形成電離電流、經輸出電路形成電脈沖。,,,優(yōu)點 1）適于帶電或不帶電粒子，分辨力是最高的 2）結構簡單、堅固耐用、受外界影響小 3）可制成、空間分辨力高 4）分辨時間短，可快速測量缺點 1）在 -100℃下工作 2）抗輻射性能差,3、固體NaI(TL) γ閃爍探測器,,原理：輻射→閃爍體原子或分子激發(fā)，退激時放出熒光光子→逸出閃爍體→通過光導→PMT→產

6、生光電子→記錄。(重點介紹γ計數(shù)器）,閃爍體 無機：LiI(Eu)，NaI(TL)，CSI（Tl） 有機：蒽、三聯(lián)苯、對苯二烯等 塑料：苯乙烯、二甲基苯乙烯等再加閃爍體制成 NaI(Tl)井型探測器 1，NaI(Tl) 光導 PMT 2，漏記角 樣品（見P30圖）,其它原理的探測器 利用射線作用產熱：射線照射靶物質產熱（很微量，需熱敏電阻），熱量與輻射量成

7、正比，設備復雜。 利用射線與物質產生化學效應： 如：硫酸亞鐵劑量計：水溶液被照產生OH-，使二價Fe變成三價Fe，三價Fe與輻射量成正比 鈰劑量劑：照后四價Ce變三價Ce，三價Ce與輻射量成正比。熱釋光劑量計：發(fā)光粉末退激時發(fā)光。,4、液體閃爍計數(shù)器,一、液閃測量常用核素 3H E=0.0186Mev T 1/2=12.33年 14C E=0.156Mev

8、 T 1/2=5692年 液閃適用范圍： α粒子，β-（低能）、低能γ、Cerenkov 化學發(fā)光、生物發(fā)光等。,二、發(fā)展史 (三足鼎立)1953年Packard公司生產全世界第一臺商用液閃1963年：使用增加技術，大大提高大大效率1965年~1976年 Padeard Beckman LKB,1976年以后： CRT顯示：人機對話，自動穩(wěn)譜，自動診斷、RCM、單光子監(jiān)測

9、、相分離監(jiān)測、靜電消除、多標記測量。90年代以后： 1、先進技術……可不再考慮淬滅 2、不再叫液閃可能改叫閃測我國發(fā)展史：58年開始研究 70年首臺FJ-353雙道 90年代接進國際水平…但,Liquid Scintillation Counting Technique,實驗核醫(yī)學教研室,,液體閃爍測量技術

10、,,,,一、測量原理 3H E=0.0186Mev T 1/2=12.33年 14C E=0.156Mev T 1/2=5692年,1， 尿素：NH2- CO -NH2 尿素：NH2- 14CO -NH22， 3H-TdR,應用舉例：,,,,,閃爍液配置：

11、 閃爍溶質+溶劑 比如溶質：二苯基惡唑（PPO） 對聯(lián)三苯 （TP） 溶劑 二甲苯等,,人們設想：尋找換能物質,,閃爍液工作原理： 放素衰變 β粒子 閃爍溶液 受激 獲能 回基態(tài) 激發(fā)能（熒光光子）

12、,,,,,,,,,,,,PMT,放出光電子,,,,測量瓶,,液爍測量全過程如下：,示蹤物衰變 β粒子 β粒子吸收 能量轉換， 熒光子,,,,,,,經杯壁、光導、端窗材料、PMT產生光電子、倍增、放大分析、記錄電子學信號,,,存在問題 從核素衰變到電子學信號 能量損失

13、 校正,,,1、PMT 光陰極 聚焦電極 打拿極 陽極 PMT示意圖光陰極：光電轉換的關健。表面涂有光敏材料如銻鉀銫（sb-KCs）、雙鹼陰極PMT，國外PMT有石英端窗EMI9635QB pmT聚焦電極：使光陰極產生的光電子在電均的作用下聚射到第一個打拿極上。打拿極

14、：電子倍增作用。陽極：收集電子，然后經電阻形成電脈沖。,2、符合電路3、相加電路作用： ①提高計數(shù)效率，并使兩個脈沖迭加起來 ②改善光子分配不均引起的能譜展寬。PMT1 樣品 PMT2 PMT1 樣品 PMT2 PMT1 樣品 PMT2,4、主放5、線性門 作用：沒有開門信號時，截斷信號的通路，當開門信號到達時，使來自放大器的脈沖信號以最小的畸變通過。6

15、、PHA脈沖高度分析器 一種電子學選擇器，由兩個閥值不同的甄別器組成。 7、定標器，脈沖計數(shù)器,淬滅的結果 導致能量損失，總計數(shù)率下降（曲線下面積縮?。?。 核素能譜向低能方向漂移，脈沖輻度↙。 由于E%與淬滅程度有關，也即每個樣品由于淬滅程度都不相同，導致其每個樣品的計數(shù)效率也不一樣。,淬滅校正 就是采用適當?shù)姆椒ㄈデ蟾鱾€樣品的E%，然后再求出DPM，以便樣品的計數(shù)率可以比較。

16、目前淬滅校正方法很多，有些書本上還沒收集到，僅在儀器上體現(xiàn)，更新的淬滅方法還在不斷涌現(xiàn)。 重點介紹課本上的幾種方法。,,內標準源法,,條件：必須購買與示蹤物完全相同的已知放射性濃度放射源,測本底值（空白瓶） 得Nb 測閃爍液和待測樣品 得Nb+Ns 測閃+樣品+標準A 得Nb+Ns+Na （Nb+Ns+Na）- (Nb+Ns)E% =

17、 標A (Nb+Ns) - (Nb)樣品計數(shù) = ----------------------------- E%,,三次測量條件應嚴格一

18、致標準源本身無淬滅標準源引起的容積改變忽略不計標準源與標記核素能譜相同或相近,,內標準法要求,,,設備簡單，適用于各種均相和乳狀液測量,優(yōu)點,缺點,標準源用量大，放廢多，需測2-3次，不能自動化；加標準源后樣品不能重復測量。,,,樣品道比法,得出道比值A/A+B,算出A+B道中的計數(shù)，求其效率.優(yōu)點：1、樣品中不需再加標準源，只在標準淬滅曲線內加，不會破壞樣品，該樣品還可重復測量。2、對儀器要求不高，可自動化缺點：只適用于

19、活度高的標記品，而生物樣品多數(shù)活度低。,缺點： 1、產生康譜頓電子與靶物質的有效原子序數(shù)有關，受物質種類影響。 2、受樣品體積的影響，樣品太少，γ線不易透入。 3、幾何位置的影響，γ射線的強度與距離。 4、曲線范圍較窄。（已很少用了）,,外標準道比法（ESCR） 引入外標準源如：226Ra 0.186mev 137Cs 0.66mev 不用再加內

20、標準源，制備一系列標準淬滅源樣品，外標準源r計數(shù)高，統(tǒng)計效果好，也較簡單。,外標準道比法（ESCR）優(yōu)點： 1、用2個外標準道比值，這樣不管位置，活度，體積變化如何，但它們的比值幾乎不變，克服了誤差。 2、顏色淬滅不嚴重時，可與化學淬滅共同一條曲線，不同溶質，溶劑的影響可忽略不計。,缺點： 1、淬滅重時，譜左移重，B道可能無計數(shù)，所以曲線范圍仍不夠寬。 CpmB—BGB

21、 道比值R=----------------- CpmA—BGA2、道比值只反應相對淬滅程度，不同的儀器道比值不能比較。 3、壁效應：閃爍注滲入杯壁中→塑料閃爍體→當外r照射時可能產生低能光子。,當計算機引入液閃后，1977年Horrocks在外標準源淬滅校正的基礎上提出了解#H法#H原理：數(shù)學問題較深，只做一些解釋，學會使用。,,,H# 數(shù) 法,,優(yōu) 點,,

22、1、H#是唯一的，所以不同實驗室可以比較。 2、不受儀器性能變化的影響，如PMT老化，電力不足。3、不受壁效應影響：壁效應影響在低能，但H #的拐點在高能邊上，一次性塑料杯。4、淬滅校正的動態(tài)范圍較大。5、與爍液及樣品無關，共享一條淬滅曲線。,,缺 點,,1、微機掃描康譜頓邊緣拐點采用狹道監(jiān)測，計數(shù)率低，解決這一矛盾就是用高活度的r源。2、H#的精度受到Compton邊緣定位精度的限制，誤差大。3、必須配合微機及專

23、用軟件，需配備千道以上的PHA。,樣品譜淬滅指示參數(shù)（SI） SCR：樣品道比SIS（樣品譜指數(shù)）：整個樣品譜指數(shù)積分。SQP（I）同位素譜淬滅參數(shù)，找譜分布之重心，加權平均脈沖幅度。外標準譜淬滅指標參數(shù)（SIE） ESCR：外標準道比 H#： SIE外標準譜指數(shù)，計算compton譜平均能量。 TSIE外標準轉換譜指數(shù)，從高能向低能反向積分 SQp(E)外標準譜淬滅參數(shù)，加權外標準譜端點。,利用譜的部分特征做淬

24、滅參數(shù) SCR ESR H# SQP（E） 利用全譜特征做淬滅參數(shù) SIS SIE SQP（I） tSIE 淬滅劑擴散法，也叫單瓶一次法 LKB 1215/1216以上機型有此功能，叫“戴幅特技”。 Hot-Trick裝置 優(yōu)點：改進了單瓶多次法的不足（加標放不均）操作方便，迅速。,,缺點：1、標放只加一次，一瓶，若加的不準影響全部數(shù)據（系統(tǒng)誤差）2、CCL

25、4擴散快，擴散初始后應趕快計數(shù)，否則易丟失。,閃 爍 液作用：溶解閃爍體及樣品，接收能量，傳遞能量。 1、溶劑要求：（1）、能量傳遞要求 （2）、溶解樣品能力強 一般不用水、因為水中氧含量高，氧是強淬滅劑。 最常用的是：甲苯，二甲苯，（由藥盒指定，或Kit提供）,2、溶質：即閃爍劑。 第一閃爍劑的基本作用：從受激溶劑中吸取能量致激，退激時放出光子。要 求（1

26、）、發(fā)光效率高 （5）、光子與PMT配匹（2）、耐淬滅 （6）、貯存期限長（3）、與溶解 （7）、價格便宜（4）、發(fā)光衰減時間短 （8）、相對脈沖幅度高常用的第一閃爍劑：PPO、PBD、TP,第二閃爍劑的作用 1、波長轉移作用，使之與PMT配匹 2、也可提高到達PMT的光子數(shù),最常用的第二閃爍劑：Popop使用條件： 1、樣品里含

27、有直接淬滅第一閃爍劑的淬滅劑時。 2、閃爍液帶色或不透明時 3、第一間濃度太高，引起自淬滅時 4、液閃譜儀對較長波長光譜響應較好時 5、測量樣品在近紫外區(qū)有明顯的吸收時 但是二閃價格貴，溶解度低，由于酸鹼光陰極PMT對光譜響應范圍寬，二閃近年來已不顯的那幺重要了。,六、樣品的處理和測量 最佳條件： 樣品與溶劑呈均相接觸，保證β粒子輻射到溶劑中去。即樣品與閃爍液呈分子接

28、觸狀態(tài)。測量體系應是透明的。,予處理方法：常用消化法 1、酸性消化法 2、鹼性消化法 3、鹼性的如海胺Hyamive X-10與動物組織。 4、國外一些保密配方，有商品供應：packerd:Soluene 它們的作用大體上是高分子化合物化學鍵斷裂變成小分子化合物，易溶解在閃爍液中。 NewEnglandNuclear:Protosol Nucleovr Chicago NCs Beckm

29、an Ready —solv 5、干性氧化,樣品測量：均相 非均相 固相 乳狀液 凝膠固相測量：要求支持物上樣品不發(fā)生溶解和彌散優(yōu)點： 1）、制樣簡單 2）、從閃爍液中取出樣品還可做其它分 析or保存。 3）、閃爍液可重復用，用量少。 4）、放射性廢物量少。缺點：1、只能提供CPM 2）、測量的幾何條件和自吸

30、收難以校正。 3）、淬滅譜移與譜指標關系不知？,七、化學發(fā)光、磷光、本底的概念 化學發(fā)光是化學反應過程中的一種放能反應，部分能量以光子釋出。 化學發(fā)光危害大的樣品：全血、組織、蛋白、二氧六環(huán)閃爍液，PH呈鹼性，含有H2O2等。 磷光，也叫光致發(fā)光 原理：受激后緩慢放出光子。 預防：1、紅燈下操作，避免強光照射。 2、暗適應樣品。

31、 3、符合電路。,本底的概念 來源及分配：噪聲10% 串光占20% 懷和PMT37% 閃爍液31%。本底來源：1、宇宙射線 2、周圍環(huán)境中的放射性 3、探測器屏蔽材料 4、探測器的本底cpm 5、電子線路噪聲 6、外界干撓 7、化學發(fā)光、磷光 8、靜電

32、 9、人工污染。,,八、液閃測量的發(fā)展與應用1、高能β-射線核素的測量： 契侖可夫輻射的概念：高能電子通過折射率較大的透明介質時如19，若電子速度大于光在介質中的相速度時，可產生沿一定方向的淡藍色的光，為連續(xù)能譜，該輻射的強度與高能電子質量無關，僅取決于粒子的電荷和速度。,,契侖可夫,1）原理：液閃儀器可直接測量淡藍色光，而不需閃爍液體，只要將高能β-核素加到透明介質中即可，如加到水中。2）

33、契侖可夫測量的優(yōu)點：無化學淬滅、無毒性、不用閃爍液。,,3）契侖可夫測理量應注意的問題：（影響測量的因素）①β-粒子能量越大，測量效率越高，當E<1Mev時，其測量無統(tǒng)計學意義。②增加介質的折射率可提高探測效率。 光速C（30萬公里/秒）某物質的折射率（n）= ---------------------- 光速該介質中的傳播速度V折射指光穿

34、過兩種不同的介質時，方向發(fā)生改變、如光從疏介質進入密介質發(fā)生的折射光射 當光從密介質進入疏介質時 疏n1 疏 Q1 疏n1 Q2 光入射 密 密 兩者關系：SinQ1 n2--------- = --------SinQ2 n1也就是測量體系中溶劑密度大，效率較高。,③提高契侖可夫與PM管的匹配：契侖輻射能量集中在紫外區(qū)與PM管匹配不好，若加入波

35、長轉移劑可提高效率。④用塑料杯優(yōu)于玻璃杯：a、塑料對紫外透明，而玻璃有較強的吸收。b、塑料有較強慢射能力，可部分克服契侖的方向問題。c、塑料有弱的閃爍作用d、塑料含天然40K少，本底低e、塑料杯可“干測”，即閃爍液浸泡塑杯，涼干后，將樣品直接放在里面測量。⑤應注意契侖測量的效率低（40-50%），對顏色淬滅敏感，測量前樣品如有顏色需脫色處理。,2、在契侖可夫測量狀態(tài)可直接測r核素：因為r輻射產生的康普頓電子與β-粒子相同，

36、可再產契侖可夫輻射。 3、在液閃測量狀態(tài)可對低能r射線測量：r輻射與閃爍液作用產生康普頓電子，即為低能β-粒子，其后的測量相同于14C、3H測量。如將125I標記品裝在小試管內，將試管插入含閃爍液的杯內進行測量，如有閃爍液中加4-J基錫（鉛），增大r光子阻止本領，可提高探測效率。 4、a輻射測量：a衰變?yōu)閱文艿?，大約有30%產生內轉換電子，內轉換電子的本質與β-粒子相同可用液閃液量，單能a粒子可用窄

37、道計數(shù)，探測效率高，可達到100%。 5 、化學發(fā)光，生物發(fā)光：利用儀器能消除化學發(fā)光和生物發(fā)光的功能，通過計算機將其記錄下來，進而開發(fā)的輔助功能。,二、放射性測量統(tǒng)計放射性衰變是獨立的隨機事件其統(tǒng)計服從泊松分布規(guī)律。,如：一個樣品測量值為N（測一定時間的總計數(shù)）1、它的標準誤差δN：±根號 N2、計數(shù)率的標準誤差δn=±根號N/t=±n/t t為測量時間 n為計數(shù)率

38、3、相對誤差，為N N=根號N/ N 幾個相對誤差的對比：（P37） （2—5）總計數(shù)的相對誤差： （2—6）計數(shù)率的相對誤差： （2—7）平均數(shù)的相對誤差 （2—8）計數(shù)率多次測量的相對誤差：,4、誤差傳遞： ST= 開根號 S21+S22（補充內容）誤差傳遞理論 在實際工作中有些量值是

39、不可能直接測量到的，當用實驗的測量值去計算某一結果時，其任一過程中都存在差誤差，因此，得出的結果應考慮每一過程中它們的誤差傳遞，從數(shù)理統(tǒng)計求得如下幾種誤差傳遞公式；1、如果有A±σA 和 B±σB，那么 A±B的誤差為± 根號 σ2A+σ2B AXB的誤差為±根號 σ2AB2 + σ2BA2 A/B的誤差為±A/B根號 σ2A/A2 + σ2B/B

40、2,如何控制放射性測量的統(tǒng)計誤差？1、提高計數(shù)N：原理N越大，相對誤差越小。辦法：1）延長測量時間t 2）適當增加測量次數(shù)A 3）減少影響測量的有關因素2、控制本底計數(shù)，提高測量靈敏度，方法： 1）樣品最小可測量的控制： 國家規(guī)定最小可測量 >B +2 根號 B 美國規(guī)定最小可測量 > 3B（B為本底

41、值） 2) 合理分配測量時間 公式(2—10) (2—11),舉例：某一樣品，要求測量誤差不大于1%，如何去處理？1、先將該樣品進行粗測得：本底100cpm樣品測值300cpm2、計算tc：按公式（2—13） tc = 118.3分每根據公式（2—12）得 tb = 68.3分異常數(shù)據取舍： 某個樣品做X次測量，每次測1分鐘