核醫(yī)學(xué)-放射性測量

1、放射性測量,實驗核醫(yī)學(xué)教研室,1、定義：測樣品活度（強(qiáng)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(diǎn)：校正因素多，不常用。 B、相對測量：借助中間手段，間接反應(yīng)放射活度的測理方法。如脈沖計數(shù)儀。,,放射性測量基礎(chǔ)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(nèi)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(nèi)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(biāo)器：記錄電脈沖累加。,1、氣體：電離電流、復(fù)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(dǎo)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(dǎo)體探測器原理 利用PN結(jié)在外加反向偏壓時不導(dǎo)電性能。當(dāng)有射線進(jìn)入PN結(jié)區(qū)時，半導(dǎo)體被電離產(chǎn)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(jīng)輸出電路形成電脈沖。,,,優(yōu)點(diǎn) 1）適于帶電或不帶電粒子，分辨力是最高的 2）結(jié)構(gòu)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(diǎn) 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(dǎo)→PMT→產(chǎn)

6、生光電子→記錄。(重點(diǎn)介紹γ計數(shù)器）,閃爍體 無機(jī)：LiI(Eu)，NaI(TL)，CSI（Tl） 有機(jī)：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(dǎo) 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(chǎn)熱：射線照射靶物質(zhì)產(chǎn)熱（很微量，需熱敏電阻），熱量與輻射量成

7、正比，設(shè)備復(fù)雜。 利用射線與物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)效應(yīng)： 如：硫酸亞鐵劑量計：水溶液被照產(chǎn)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?nèi)齼rCe，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(xué)發(fā)光、生物發(fā)光等。,二、發(fā)展史 (三足鼎立)1953年P(guān)ackard公司生產(chǎn)全世界第一臺商用液閃1963年：使用增加技術(shù)，大大提高大大效率1965年~1976年 Padeard Beckman LKB,1976年以后： CRT顯示：人機(jī)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(biāo)記測量。90年代以后： 1、先進(jìn)技術(shù)……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(jìn)國際水平…但,Liquid Scintillation Counting Technique,實驗核醫(yī)學(xué)教研室,,液體閃爍測量技術(shù)

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(yīng)用舉例：,,,,,閃爍液配置：

11、 閃爍溶質(zhì)+溶劑 比如溶質(zhì)：二苯基惡唑（PPO） 對聯(lián)三苯 （TP） 溶劑 二甲苯等,,人們設(shè)想：尋找換能物質(zhì),,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(zhuǎn)換， 熒光子,,,,,,,經(jīng)杯壁、光導(dǎo)、端窗材料、PMT產(chǎn)生光電子、倍增、放大分析、記錄電子學(xué)信號,,,存在問題 從核素衰變到電子學(xué)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(zhuǎn)換的關(guān)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(chǎn)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(jīng)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(dāng)開門信號到達(dá)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(xué)選擇器，由兩個閥值不同的甄別器組成。 7、定標(biāo)器，脈沖計數(shù)器,淬滅的結(jié)果 導(dǎo)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(guān)，也即每個樣品由于淬滅程度都不相同，導(dǎo)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(dāng)?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(diǎn)介紹課本上的幾種方法。,,內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)A 得Nb+Ns+Na （Nb+Ns+Na）- (Nb+Ns)E% =

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

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

19、活度高的標(biāo)記品，而生物樣品多數(shù)活度低。,缺點(diǎn)： 1、產(chǎn)生康譜頓電子與靶物質(zhì)的有效原子序數(shù)有關(guān)，受物質(zhì)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(qiáng)度與距離。 4、曲線范圍較窄。（已很少用了）,,外標(biāo)準(zhǔn)道比法（ESCR） 引入外標(biāo)準(zhǔn)源如：226Ra 0.186mev 137Cs 0.66mev 不用再加內(nèi)

20、標(biāo)準(zhǔn)源，制備一系列標(biāo)準(zhǔn)淬滅源樣品，外標(biāo)準(zhǔn)源r計數(shù)高，統(tǒng)計效果好，也較簡單。,外標(biāo)準(zhǔn)道比法（ESCR）優(yōu)點(diǎn)： 1、用2個外標(biāo)準(zhǔn)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(yán)重時，可與化學(xué)淬滅共同一條曲線，不同溶質(zhì)，溶劑的影響可忽略不計。,缺點(diǎn)： 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?qū)挕?CpmB—BGB

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

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(yīng)影響：壁效應(yīng)影響在低能，但H #的拐點(diǎn)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(guān)，共享一條淬滅曲線。,,缺 點(diǎn),,1、微機(jī)掃描康譜頓邊緣拐點(diǎn)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(jī)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(quán)平均脈沖幅度。外標(biāo)準(zhǔn)譜淬滅指標(biāo)參數(shù)（SIE） ESCR：外標(biāo)準(zhǔn)道比 H#： SIE外標(biāo)準(zhǔn)譜指數(shù)，計算compton譜平均能量。 TSIE外標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換譜指數(shù)，從高能向低能反向積分 SQp(E)外標(biāo)準(zhǔn)譜淬滅參數(shù)，加權(quán)外標(biāo)準(zhǔn)譜端點(diǎn)。,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(kuò)散法，也叫單瓶一次法 LKB 1215/1216以上機(jī)型有此功能，叫“戴幅特技”。 Hot-Trick裝置 優(yōu)點(diǎn)：改進(jìn)了單瓶多次法的不足（加標(biāo)放不均）操作方便，迅速。,,缺點(diǎn)：1、標(biāo)放只加一次，一瓶，若加的不準(zhǔn)影響全部數(shù)據(jù)（系統(tǒng)誤差）2、CCL

25、4擴(kuò)散快，擴(kuò)散初始后應(yīng)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(qiáng) 一般不用水、因為水中氧含量高，氧是強(qiáng)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(zhì)：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(zhuǎn)移作用，使之與PMT配匹 2、也可提高到達(dá)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)：packerd:Soluene 它們的作用大體上是高分子化合物化學(xué)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(diǎn)： 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(fù)用，用量少。 4）、放射性廢物量少。缺點(diǎn)：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(biāo)關(guān)系不知？,七、化學(xué)發(fā)光、磷光、本底的概念 化學(xué)發(fā)光是化學(xué)反應(yīng)過程中的一種放能反應(yīng)，部分能量以光子釋出。 化學(xué)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(yù)防：1、紅燈下操作，避免強(qiáng)光照射。 2、暗適應(yīng)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(xué)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(yīng)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(zhì)時如19，若電子速度大于光在介質(zhì)中的相速度時，可產(chǎn)生沿一定方向的淡藍(lán)色的光，為連續(xù)能譜，該輻射的強(qiáng)度與高能電子質(zhì)量無關(guān)，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(lán)色光，而不需閃爍液體，只要將高能β-核素加到透明介質(zhì)中即可，如加到水中。2）

33、契侖可夫測量的優(yōu)點(diǎn)：無化學(xué)淬滅、無毒性、不用閃爍液。,,3）契侖可夫測理量應(yīng)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(dāng)E<1Mev時，其測量無統(tǒng)計學(xué)意義。②增加介質(zhì)的折射率可提高探測效率。 光速C（30萬公里/秒）某物質(zhì)的折射率（n）= ---------------------- 光速該介質(zhì)中的傳播速度V折射指光穿

34、過兩種不同的介質(zhì)時，方向發(fā)生改變、如光從疏介質(zhì)進(jìn)入密介質(zhì)發(fā)生的折射光射 當(dāng)光從密介質(zhì)進(jìn)入疏介質(zhì)時 疏n1 疏 Q1 疏n1 Q2 光入射 密 密 兩者關(guān)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(zhuǎn)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(qiáng)的吸收。b、塑料有較強(qiáng)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(yīng)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(chǎn)生的康普頓電子與β-粒子相同，

36、可再產(chǎn)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(chǎn)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(biāo)記品裝在小試管內(nèi)，將試管插入含閃爍液的杯內(nèi)進(jìn)行測量，如有閃爍液中加4-J基錫（鉛），增大r光子阻止本領(lǐng)，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(chǎn)生內(nèi)轉(zhuǎn)換電子，內(nèi)轉(zhuǎn)換電子的本質(zhì)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(dá)到100%。 5 、化學(xué)發(fā)光，生物發(fā)光：利用儀器能消除化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光的功能，通過計算機(jī)將其記錄下來，進(jìn)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(dú)立的隨機(jī)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(biāo)準(zhǔn)誤差δN：±根號 N2、計數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)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(bǔ)充內(nèi)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(dāng)用實驗的測量值去計算某一結(jié)果時，其任一過程中都存在差誤差，因此，得出的結(jié)果應(yīng)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(dāng)增加測量次數(shù)A 3）減少影響測量的有關(guān)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(jìn)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(jù)公式（2—12）得 tb = 68.3分異常數(shù)據(jù)取舍： 某個樣品做X次測量，每次測1分鐘