检验核医学：放射性仪器与测量.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,检验核医学-仪器测量,*,将辐射能量转换为可以,分析记录的有效电信号,固体闪烁测量技术,液体闪烁测量技术,放射性本底,测量效率,放射性测量评价,放射性测量,Radioactive Counting,一、基本原理,电离效应,Radioactive ionization effect,激发效应,Radioactive excitation effect,根据工作原理,:,收集电离电荷的探测器,放射性活度仪、正比计数器,收集荧光的探测器,固体闪烁测量仪、液体闪烁测量仪,半导体探测器,二、放射性测量仪的种类,根据核射线探测目的：,测量仪器：,免疫计数仪,能谱仪,放射性薄层扫描仪,液体闪烁计数器,放射性活度测量仪,核医学显像（,ECT,、,SPEC T,、,PET,）,辐射监测仪器：电离室型,胶片型,热释光型,防护仪器,：,剂量监测仪,表面污染监测仪,放射性警报仪,工作原理,样品中射线首先与闪烁体作用产生光子，光子由光电倍增管转换成电脉冲并放大，此脉冲的数目和高度分别与射线活度和能量成正比，经后续仪器加工、分析和记录，即可达到测量的目的。,三、,-Rays,测量,-,固体闪烁计数器,solid scintillation detector,1.,固体闪烁测量仪的基本结构：,闪烁体（,scintillator,，,NaI(Tl),光导（,light guide,，,silicon oil,）,光电倍增管（,photomultiplier,，,pulse,）,定标器（,scalar,）,数据处理系统,闪烁体：能量转换,射线吸收能力好,发光效率高,光谱匹配性佳,发光衰减时间短,自身透明度好,常用闪烁体：无机晶体,NaI(Tl),有机晶体与塑料晶体,光导：增加光子传递效率,甲基硅油,硅酯,甘油,真空泵油,光电倍增管（,PM,管）：,光电转换功能、放大功能,组成,:,光阴极、聚焦电极和打拿极、阳极,PM,管是闪烁测量仪中最重要元件,工作电压,蔽光,阳极电流平衡,疲劳效应,暗电流,2.,放射性本底（,Background,BG,),本底来源,天然本底,:,226,Ra,222,Rn,40,K,宇宙射线,(,height energy,),仪器噪音（,low energy,）,本底消除：,甄别器（,Discriminators,）,屏蔽,(,Pb,、,lead chamber,）,甄别器与脉冲高度分析器,Discriminator&Pulse Height analyzer(PHA),甄别器：,一种允许超过一定高度脉冲通过，而低于该高度的脉冲不能通过的电子线路。,作用：改造脉冲高度与宽度,消除和降低本底,单道脉冲高度分析器：,由上下二个甄别器和一个反符合线路组成，,只有当下甄别器单独有脉冲通过时才有信号输出,。,作用：排除仪器噪音,小脉冲本底,排除宇宙射线,大脉冲本底,脉冲高度分析器工作原理示意图,测量效率（,detection efficience,）,E%=counts/activity 100%,放射性计数与衰变数（,cpm&dpm,）,cpm:counts per minute,dpm:decay times per minute,dpm=cpm/E,3.,放射性活度测量（,Detection of radioactivity,）,绝对与相对测量,（,absolute counting&relative counting,）,绝对测量：全部记录样品衰变的射线数,漏计校正、自吸收校正,相对测量：以一个与待测样品相同或射线性质,相似的标准源为对照，间接计算样,品的放射性活度。,样品的相对测量,探测效率,E=,（,Ns-Nb,）,/As 100%,样品衰变率,Ax=,（,Nx-Nb,）,/E,例：某,125,I,待测样品用,-,计数器测得为,25000cpm,，,BG,为,100cpm,，。用一,125,I,标准源（,56000dpm,）测得为,33700cpm,求样品的活度,Ax,。,E%=,（,33700-100,）,/56000=60%Ax=,（,25000-100,）,/0.60=42483dpm,品质因素,(figure of merit,，,F),F=E,2,/B,品质因素是评价不同测量条件、,测量方法、仪器质量的指标。,例：两种,计数器的主要性能指标分别为,E%,1,=65,、,BG,1,=35cpm,，,E%,2,=70,、,BG,2,=45cpm,，如何评价？,F,1,=E,1,2,/B=65,2,/35=120.71,F,2,=E,2,2,/B=70,2,/45=108.89,四、,-,-ray,测量,-,液体闪烁计数器（,Liquid scintillation detector,）,Nuclide:,3,H,14,C,35,S,32,P,energy:0.0186 0.155 0.167 1.711,特点,:,闪烁体为液体,样品与闪烁液紧密接触,能量转换效率高,淬灭,化学发光与磷光,闪烁机制：,-,溶剂分子受激,退激,第一闪烁剂受激,退激,第二闪烁剂受激,退激,h PM,管 脉冲,1.,闪烁液（,Scintillation liquid,）,闪烁剂（,Scintillator,）,primary S PPO,secondory S POPOP,闪,烁 液：,闪烁剂,+,溶剂,分子比例,:1,：,99,溶剂（,Solvent,）,:,二甲苯 二氧六环,助溶剂（,aid solvent,）,:,乙二醇乙醚、乙醇,闪烁杯,第一闪烁剂：,从受激溶剂分子中吸取能量，在退激时发射光子。,要求,:,发光效率高（相对脉冲输出高度高）,淬灭耐受性好,有一定溶解度,发光衰减时间段短,光谱匹配良好,几种第一闪烁剂比较,名称 发射光谱 甲苯中的 最佳浓度 相 对 淬 灭 相对价格,m,溶解度,g/L (,无淬灭,),发光效率 耐受性,TP 350 8.6 7.3 1.30,最差,1,PPO 376 414 48 1.00 TP 4,PBD 386 21 810 1.28,最好,12,b-PBD 380 119 612 1.23 PBD,，,PPO 4,BBOT 446 58.8 7 0.71 TP,，,PPO 6,TP,：,p-terphenyl PPO:2,5-diphenyoxazole,PBD:2-phenyl-5-(4-biphenylyl)-1,3,4-oxadiazole,b-PBD:2-(4”-t-butylphenyl-5-(4”-biphenylyl)-1,3,4-oxdiazole,BBOT:2,5-bis-5-t-butyl-benzoxazole()-thiophene,第二闪烁剂,:,波长转移作用,提高达到,PM,管的光子数及提高淬灭耐受性。,闪烁剂的浓度与探测效率的关系,E%,浓度相关段 最佳浓度段 自淬灭段,闪烁剂浓度,几种不同闪烁液配方及其淬灭耐受性,第一闪烁剂 第二闪烁剂 *,C,1/2,浓度,g/L,浓度,g/L,PPO 6 PBBO 0.5 45.4,PPO 6 bisMSB 0.5 40.7,PPO 6 POPOP 0.2 40.1,b-PBD 8 PBBO 0.5 83.1,b-PBD 8 bisMSB 0.5 62.3,b-PBD 8 POPOP 0.2 77.1,C,1/2,表示将相对探测效率降低,50%,时所需淬灭剂氯仿的浓度,g/L,溶剂：能量传递效率高 具有合适的样品溶解力,常用溶剂性能比较,溶剂名称,3,H,相对效率 冰点 相对价格,甲 苯,1.00 -95 1.0,苯,0.60 +5.5 0.3,二甲苯,1.01 -20 1.3,对二甲苯,1.12 +12 3.0,1,2,4-,三甲苯,1.06 -61 33,1,4-,二氧六环,0.34 +12 15,苯腈,0.76 -13 40,第二溶剂（,Secondary Solvent,）,某些物质如萘加入到某些效率低或淬灭严重的样品后，可使探测效率明显增高。称第二溶剂,其作用是将退激时的能量传递给第一闪烁剂，常用浓度为,615g/100ml,。,闪烁杯,种类：玻璃杯、塑料杯、尼龙杯,容积：,7,、,20ml,2.,淬灭与校正（,Quenching&correction,）,淬灭：,射线能量在转换为,PM,管接受的光子过程中，能量以热或其他形式丢失。能量转换过程中的导致能量损失的各种因素均为淬灭。,淬灭的后果：总计数减少、脉冲幅度降低、谱左移,淬灭种类：,化学淬灭,相淬灭,颜色淬灭,分子内淬灭：溶剂或闪烁剂分子退激时，其能量以热,能形式释放。,浓度淬灭：闪烁剂（或溶剂）分子密集时，退激,的能量以热能形式释放。,外分子淬灭：由样品中杂质或添加成分引起的能,量损失。,淬灭作用与化学结构的关系,轻度淬灭,中度淬灭,严重淬灭,R-H,R-F,R-O-R,（,RO,）,3,PO,R-CN,R-OH,R-COOH,R-NH,2,R-CH=CH-R,R-Br,R-SR,R-SH,R-OCOCO-R,R-CO-R,R-COX,R-NH-R,R-CHO,R,2,N-R,R-COO-R,R-I,淬灭校正（,Quench Correction,）,采用适当的方法求出每一样品的探测效率，,E,，然后以该样品的计数率（,cpm,）除以,E,求得其衰变率（,dpm,），其结果是样品淬灭程度不同的因素被消除，保证样品间的可比性。在某些情况下，测量的目的不是比较各样品的放射性强弱，而是求某一样品放射性活度的绝对值，淬灭校正是一种可供选择的方法，,淬灭校正要求：,一条淬灭校正曲线满足不同样品的使用范围,尽可能拓宽所能校正的淬灭程度范围,达到较高的精度和重复性,求算速度快,内标准法,道比法,channel ratio,H,数法,H-number,谱监测,几种淬灭校正方法的比较,校正方法 内标准法 道 比 法 外标准计数法 外标准道比法,H,#,法,淬灭参量 内标准计数率 样品道比值,Compton,电子,Compton,电子谱,Compton,谱,的计数率 的道比值 拐点位置,优 点 适应面广 不破坏样品 不破坏样品,源位置、活度 校正范围较广,设备简单 可自动化测量 可自动化测量 样品体积、溶剂、曲线不受闪烁液、,闪烁剂影响小 闪烁杯、样品类型,颜色、化学淬灭 的影响。,可共用一条曲线。,缺 点 样品需测量两次 仅适应高活度 误差受,源位置、有一定的校正范围、需用高活度,源,不能自动化 样品测量 闪烁液闪烁杯材料,R,仅反映相对淬灭,Compton,谱边缘,不能重复测量 影响、曲线范围狭窄 程度、“塑料闪烁体”定位影响,颜色、化学淬灭不能 校正精度,共用曲线。,Packard,Tri-carb2900TRSIS(Spectral Index of Sample),3.,液体闪烁测量的本底,闪烁杯的天然放射性,40,K,宇宙射线,光电倍增管暗电流,热噪音,化学发光,chemiluinescence),磷光,（,phosphorescence,）,闪烁杯内发生某种放能化学反应，部分能量以光子形式释出。,产生因素：样品、溶剂、溶液,PH,、漂白剂等,减弱化学发光的方法：,溶剂选用烷基苯类；,计数溶液,PH7.0,；,加热样品并静置一段时间。,化学发光,（,Chemiluminescence,）,磷光（,phosphorescence,）,闪烁杯内容物在测量前受可见光或紫外光照射，受激后产生衰减较长的磷光。,减弱磷光的方法：,红灯下操作,/,暗适应,避免强光照射,4.,符合与反符合线路,（,coincidence circuit&anti-coincidence circuit,）,5.,样品的制备（,preparation of samples,）生物医学示踪实验样品成分比较复杂，除极少数可以直接溶于闪烁液测量外，大多数须经加工处理方可测量。,目的：使样品符合液闪测量的方式,均相测量、非均相测量,均相测量（,Homogenous counting,）,样品溶于闪烁液中，以真溶液的形式进行测量。,脂溶性样品：闪烁液或甲苯提取直接测量,水溶性样品：加助溶剂,:,如醇类,含助溶剂常用配方,PPO 0.7%,二甲苯,650ml,乙二醇乙醚,350ml,容水量为,1%,样品水量增加时，助溶剂要适当增加。,几种水溶性样品测量的闪烁液配方,均相测量要注意事项：,分相,禁用吸附脱色剂,杯壁吸附,非均相测量（,Hetergenous counting,）,样品在闪烁液中以非真溶液的形式进行测量,乳状液测量,表面活性剂（乳化剂）使样品的水溶液以微细水滴的形式稳定地分散在有机相中，适应较大水容量样品的测量。,常用活化剂：,乳化剂：,Triton,系列如,Triton X-100,表面活化剂：,BBS,系列如,BBS-2,乳化闪烁液加入水样后，起物理性状与“,%,样品负荷”（,%Sample Load,）即总体积中水样所占百分比有密切关系。,%,样品负荷从低 高,闪烁液从清液 浊（半透明）,乳白液 两相,固相测量,将非脂溶性样品吸附、过滤在固体支持物上，干燥后浸入闪烁液中不发生溶解和弥撒，直接进行测量。,常用支持物：,玻璃纤维滤膜（,glass fiber filter),纤维素酯滤膜（,cellulose ester membrane),纸片,固相测量的特点：,优点：制样简单,样品可保存,闪烁液用量少，可重复使用,放射性废液少,缺点：难于校正,（几何条件、局部吸收、自吸收等引起,-,谱变化较 复杂）。,样品处理方法：,酸消化法,碱消化法,燃烧法,6.,契仑科夫计数（,Cerenkov Counting,）,高能,-,射线的常规测量方法之一。,阈能：,-,粒子在任何介质中产生契仑科夫辐射的最低能量。,1,（,为介质折射率，,为电子运动速度）,优点：不需闪烁液，样品可以在某些溶剂甚至水中直接测量，故水容量大，制样简单，无化学淬灭。,缺点：不适应于低能,-,射线测量，计数效率较一般液闪测量低；对颜色淬灭敏感。,契仑科夫测量的特点：,五、放射性测量的统计学,1.,放射性测量的统计误差,标准误差,总体误差,计数率误差,反映样品测量的重复性,相对标准误差,总计数越大，相对标准误差越小；,测量时间越长，相对标准误差越小,误差相加,2.,测量误差的控制,要求,:s5%,对一样品如要求误差在,2%,以内，测量时间限制为,1,分钟，其最小计数是？,对上例扣除本底,1,分钟,50cpm,（误差,2%,）样品计数要求为：,2650cpm,。,3.,实验数据统计分析,4.,可疑数据,“,去消,”,检验,如检测大鼠心肌,肾上腺素受体（正常对照）,10,例其数据为：,29.40 34.22 27.47 32.05 32.73,35.17 27.17 22.13*30.10 34.10,t=2.05,（,t2.18 p0.05,）,5.,放射性测量仪器的主要性能指标及评价方法,本底（,background,）计数,测量效率（,detection efficiency,）,仪器的,8,小时稳定性,Ci,第轮测量的平均计数率，,Co,开始第一轮测量平均计数率,仪器,8,小时稳定性测定,轮次,1,2,3,4,5,C,ER,一,3256,3340,3369,3217,3184,C,0,=3273.2,二,3399,3412,3210,3274,3406,3340.2,0.02047,三,3217,3300,3187,3215,3240,3231.8,-0.0126,四,3341,3265,3242,3268,3301,3283.4,0.00312,五,3214,3385,3274,3477,3304,3330.8,0.0176,平均,0.00713,计数器的质量要求,计数器的级别 本底计数,125I,测量效率,8,小时稳定性,45min,-1,77%,ER=3%,60min,-1,75%,ER=4%,80min,-1,70%,ER=5%,仪器间的偏差,各探测器的测量效率与其平均探测效率的相对偏差应小于,2%,仪器计数精密度测试,x,2,双侧检验,90%,概率的两个分位数区间，则认为精密度符合要求,x,检验表,测量次数,检验值,测量次数,检验值,10,3.325,16.919,21,10.851,31.410,11,3.940,18.307,22,11.591,32.671,12,4.575,19.675,23,12.338,33.924,13,5.226,21.206,24,13.091,35.172,14,5.892,22.362,25,13.848,36.415,15,6.571,23.685,26,14.911,37.652,16,7.261,24.996,27,15.379,38.885,17,7.962,26.296,28,16.151,40.113,18,8.672,27.587,29,16.928,41.337,19,9.390,28.869,30,17.708,42.557,20,10.117,30.144,仪器的品质因数（,F,）,F=E,2,/B,思考,固体闪烁测量与液体闪烁测量有何异同？,放射性测量仪器的品质因素是什么？,放射性本底是什么？,