CN114252900A - 一种用于测量放射源活度的计数活度计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量放射源活度的计数活度计，包括：对称分布的两个辐射探测器、源放置平台、具有露出口的屏蔽结构、对应每一探测器的计数器及符合计数器、数据处理装置；源放置平台中放置有被测的放射源且正对露出口，屏蔽结构用于屏蔽被测放射源非被测部分的放射性进入辐射探测器；辐射探测器探测露出口的放射源的辐射事件，符合计数器连接两个辐射探测器的计数器，数据处理装置用于根据辐射探测器的射线计数率和符合计数器的符合计数率获取所述放射源的活度。本发明的计数活度计不需要做探测效率校正，就可以实现对发射正电子的放射源活度的绝对测量，并能够对较低活度的放射源做更准确的活度测量。

Description

一种用于测量放射源活度的计数活度计

技术领域

本发明涉及辐射探测器领域，尤其涉及一种用于测量放射源活度的计数活度计。

背景技术

PET(Positron Emission Tomography，正电子发射断层成像)是核医学领域一项临床诊断影像技术，其基本原理是将具有正电子放射性核素的示踪剂注入生物体内，然后在体外探测正电子湮灭时发出的方向相反的511keV的γ射线的能量信息、时间信息和位置信息，最终通过统计重建湮灭事件的发生位置来确定病灶位置的三维成像无损检测技术，具有灵敏度高、准确性好、可进行功能性成像等特点。

在PET系统的性能评价和应用场景中，要对所使用的有正电子发射的核素活度进行较精确的测量，以保证PET系统定量性测量结果的准确性。如在PET图像的SUV(standarduptake value，标准摄取值)指标评价中，需要对注射入患者体内的10mCi(毫居里)左右的放射性药物活度做较准确的活度测量，在对PET整机灵敏度的评价中，需要对制备的十分之一mCi级的放射性药物活度做较准确的活度测量。常用的空腔式准4π电离室活度计的测量准确性主要来源于计量传递，而传递层级即标定用的活度计的准确性限制了被标定活度计的准确性上限，且实际标定时对标准放射源的操作也会影响活度计测量结果的准确性。而且在被测核素活度较低时，在电离室中产生的电流会非常弱，如10000Bq的FDG的γ射线在电离室中产生的电流大小在皮安(10^-12A)量级，这种情况下电离室中电流读出装置的固有偏置或者外部电磁环境的干扰都有可能使活度测量结果准确性降低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于测量放射源活度的计数活度计，该计数活度计不需要做探测效率校正，就可以实现对发射正电子的放射源活度的绝对测量，并能够对较低活度的放射源做更准确的活度测量。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种用于测量放射源活度的计数活度计，包括：

两个辐射探测器、源放置平台、具有露出口的屏蔽结构、对应每一个辐射探测器的计数器、对应两个计数器的符合计数器、数据处理装置；

所述源放置平台中放置有被测的放射源，且所述放射源正对所述露出口；

所述屏蔽结构用于屏蔽被测放射源非被测部分的放射性进入辐射探测器，以及屏蔽环境本底中的放射性干扰；

两个辐射探测器相对于被测放射源呈对称放置，每一辐射探测器与所述露出口的距离要大于所述露出口的长度；所述辐射探测器用于探测露出口的放射源的辐射事件；每一辐射探测器连接各自的计数器，且符合计数器与两个计数器连接；每一计数器用于记录各自的辐射探测器探测的射线的计数率；符合计数器用于记录符合事件的符合计数率；

所述符合计数器、两个计数器均与所述数据处理装置电连接，所述数据处理装置用于根据每一个计数器的射线计数率和符合计数器的符合计数率获取所述放射源的活度；

其中，在所述放射源的核素为非发射正电子的核素时，所述辐射探测器的探测效率ε为采用已知活度的点状放射源预先标定。

可选地，所述辐射探测器为半导体探测器；

或者，所述辐射探测器为高纯锗探测器，碲化镉探测器，碲锌镉探测器或者溴化铊探测器。

可选地，所述辐射探测器为闪烁体探测器；或者，所述辐射探测器为闪烁体探测器，闪烁体探测器的闪烁体为碘化钠，碘化铯，锗酸铋，硅酸镥，硅酸钇镥或溴化镧；

所述闪烁体探测器的光电转换器件为光电倍增管或者是硅光电倍增管即SiPM。

可选地，所述辐射探测器与所述露出口的距离要大于所述露出口的长度的五倍。

可选地，当被测放射源为线源放射源时，所述源放置平台上安装有步进装置，所述步进装置用于将线源分段传送到所述屏蔽结构的露出口，露出部分依次被辐射探测器探测，以获得所述线源的活度。

可选地，屏蔽结构采用高密度高原子序数材料制备；

或者，所述屏蔽结果采用铅或者钨钢材料制备。

可选地，所述数据处理装置用于根据每一个计数器的射线计数率和符合计数器的符合计数率获取所述放射源的活度，包括：

若两个辐射探测器的立体角为非对称的，且满足入射到辐射探测器一的γ光子相对应的另一方向γ光子均入射到辐射探测器二所占的立体角内，则根据公式(1)获取所述放射源的活度A；

若两个辐射探测器的立体角为对称的，且入射到辐射探测器一的γ光子相对应的另一方向γ光子均入射到辐射探测器二，则根据公式(2)获取所述放射源的活度A；

其中，N₁表示辐射探测器一的γ射线的计数率，N₂表示辐射探测器二的γ射线的计数率，N_c为符合计数装置的符合计数率；

τ为符合时间窗，属于已知参数，Ω为辐射探测器一和辐射探测器二的立体角，为已知参数；Ω₂为辐射探测器二受等效探测立体角影响的探测效率，为已知参数；

η为分支比，属于所述放射源中所测核素的固有属性。

可选地，所述辐射探测器的探测效率ε的标定方法包括：

将已知活度A₀的点状放射源放在活度计的露出口，或者已知活度A₀的点状放射源与辐射探测器的相对位置等效于点状放射源放在活度计露出口，探测器放在活度计的探测器位置；

记录在点状放射源照射下的辐射探测器中的有效能谱事件计数率N₀；有效能谱事件为在辐射探测器能谱中以被测核素某一特征能峰为重心，在能窗范围内的计数；

能窗范围为辐射探测器能量分辨率的2～6倍；

则根据ε＝N₀/(A₀*η)获取探测器的探测效率ε，η为所测γ射线的衰变分支比。

另外，针对对不同的核素的不同的特征γ射线，均需要采用上述探测效率的标定方法对辐射探测器的探测效率进行标定。

(三)有益效果

本发明的待测放射源放置于源放置平台，且通过屏蔽结构露出待测区域，进而采用辐射探测器和符合计数器进行测量，进一步通过数据处理装置进行计算获得待测放射源的活度，其实现了不需要做探测效率校正，就可以实现对发射正电子的放射源活度的绝对测量，并能够对较低活度的放射源做更准确的活度测量。

也就是说，本发明的计数活度计可以不用标定探测器效率，用探测器探测射线的计数率和符合计数率的相对关系直接测得被测放射源活度。

使用本发明的计数活度计可以简化活度测量的过程，并保证了活度计在更换探测器组件后测试结果的可靠性。

本发明的活度计也可直接用于测量线源各段的活度分布和总活度，可更好的保障PET系统性能的评价。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的用于测量放射源活度的计数活度计的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的用于进行核素标定的活度计的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

传统空腔式准4π电离室型活度计的测量准确性主要来源于计量传递，传递层级和实际刻度时操作也会影响活度计的测量结果准确性。且传统电离室活度计的空腔容积有限，不能直接测量较长的线源的活度，间接测活度的方法会忽略实际操作中可能带来的放射源溶液溢出等可能的问题，导致活度测量不准，影响最终PET系统的性能评价结果。尤其是在某些要测较微弱活度的放射源的场合，因自身偏置电流或者外部电磁干扰的影响，所测放射源活度会有较大偏差。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种1、一种用于测量放射源活度的计数活度计，其特征在于，包括：

两个辐射探测器(如第一探测器1、第二探测器2)、源放置平台3、具有露出口的屏蔽结构(如图1所示的屏蔽体4)、对应每一个辐射探测器的计数器(如图1中对应第一探测器1的第一计数器6、对应第二探测器2的第二计数器7)，符合计数器8、数据处理装置9；

所述源放置平台3中放置有被测的放射源(如图1中的被测点源5)，且所述放射源正对所述露出口；

所述屏蔽结构用于屏蔽被测放射源非被测部分的放射性进入辐射探测器，以及屏蔽环境本底中的放射性干扰；

两个辐射探测器相对于被测放射源呈对称放置，如图1所示，第一探测器1和第二探测器2对称放置，每一辐射探测器与所述露出口的距离要大于所述露出口的长度；所述辐射探测器用于探测露出口的放射源的辐射事件；

每一辐射探测器的计数器用于记录该辐射探测器中探测的γ射线的计数率，例如，第一计数器6记录的第一探测器1的γ射线的计数率为N₁；第二计数器7记录的第二探测器2的γ射线的计数率为N₂。

所述符合计数器与第一计数器6、第二计数器7均连接，且用于测量符合事件的符合计数率N_c；

所述符合计数器、第一计数器6、第二计数器7均与所述数据处理装置电连接，所述处理设备用于根据辐射探测器的射线计数率和符合计数器的符合计数率获取所述放射源的活度；

其中，在所述放射源的核素为非发射正电子的核素时，所述辐射探测器的探测效率ε为采用已知活度的点状放射源预先标定。

本实施例中的辐射探测器根据能谱事件计数得到所述放射源的活度的；且在放射源的核素为发射正电子的核素时，所述辐射探测器利用两个辐射探测器的有效能谱计数结合符合计数率测量所述放射源的活度。

在本实施例中，作为一种紧凑型活度计，选用的辐射探测器需要具有探测效率高，能量分辨好的特性。从探测效率和能谱分析角度看，该探测器可以是半导体探测器或闪烁体探测器。半导体探测器可以选择高纯锗探测器，碲化镉探测器，碲锌镉探测器或者溴化铊探测器等；闪烁体探测器的闪烁体可以选择碘化钠，碘化铯，锗酸铋，硅酸镥，硅酸钇镥，溴化镧等具有较好能量分辨的闪烁体，闪烁体探测器的光电转换器件可以是光电倍增管或者是硅光电二极管等。

此外，辐射探测器的探测效率ε可以经过预先标定，便于由其能谱事件计数得到相应的放射源的活度。辐射探测器的探测效率ε包含了该探测器相对放射源的立体角和衰减系数等多个因素的影响。该标定使用的结构如图2所示的简化版的活度计，或者也可以使用图1所示的活度计，本实施例不对其限定。

本实施例预先对辐射探测器中探测效率ε的标定方法为：

第一步：将已知活度A₀的点状放射源放在活度计的露出口(即前述的屏蔽结构的露出口)，或保证该点源与探测器的相对位置等效于点源放在活度计露出口，辐射探测器放在活度计的探测器位置。

第二步：然后测试此时探测器中的有效能谱事件计数N₀。有效能谱事件计数指的是在探测器能谱中以被测核素特征能峰为重心，在能窗范围内的计数。能窗范围通常是探测器能量分辨率(FWHM)的2～6倍。

其中，能窗范围是通过对连在探测器的计数器上能量功能完成的。计数器上的能量筛选功能指的是计数器上可以将高于能窗范围上阈和低于能窗范围下阈的计数舍弃。该功能可以是通过在计数器上添加高低比较电平来判选有效事件的简单机制，也可以是在计数器上集成多项功能，通过多道道址范围来判选有效事件的复杂机制。

第三步：探测器的探测效率ε＝N₀/(A₀*η)，η为所测γ射线的衰变分支比。对不同的核素的不同的特征γ射线，要分别做相应的探测效率标定。

需要说明的是，对于被测点源核素种类为发射正电子的核素时，上述图1中的辐射探测器可以不做探测效率校正，利用两个探测器的计数和符合计数的关系直接得到被测点源的活度。

在具体实现过程中，上述的源放置平台主要用于放置被测放射点源，固定点源的放置位置，约束点源的大小。

当源放置平台中放置的是线源放射源时，源放置平台上可安装步进装置，用于将线源分段传送进入屏蔽结构的露出口，露出部分依次被辐射探测器探测并用于计算活度。此时的结构可用于测线源放射源的活度。

另外，前述的屏蔽结构主要由铅或者钨钢等高密度高原子序数材料组成，用于屏蔽被测放射源非被测部分的放射性进入辐射探测器，并屏蔽环境本底中的放射性干扰。为保证在测试中被测源相对于探测器为点源，探测器据露出口距离要远大于露出口长度，比如大于等于露出口长度的五倍。

为了更好理解本发明实施例中处理设备根据辐射探测器的射线计数率和符合计数器的符合计数率获取所述放射源的活度的过程，以下结合图1中第一探测器1和第二探测器2的探测效率的推导过程进行详细说明。

假定图1中第一探测器1的探测效率为：ε₁＝Ω₁*ρ₁ (1)

公式(1)中，Ω₁定义为第一探测器1受等效探测立体角影响的探测效率，考虑到正电子湮灭发射方向相反的光子对，因此等效立体角应为点源对应于第一探测器1的空间立体角的两倍，空间立体角可以通过几何计算得到，ρ₁为第一探测器1受相对511keV的γ射线的衰减系数影响的探测效率。

同理，第二探测器2的探测效率为：ε₂＝Ω₂*ρ₂ (2)

当被测点源6的活度为A，发射正电子产生的湮灭γ光子所占活度分支比为η时，第一探测器1的计数率为：

N₁＝A*η*ε₁＝A*η*Ω₁*ρ₁ (3)

同理，第二探测器2的计数率为：

N₂＝A*η*ε₂＝A*η*Ω₂*ρ₂ (4)

因为在图1的计数活度计中设置两个探测器相对放射源对称放置，且考虑到正电子湮灭时产生的511keVγ光子对方向相反的特性，则射向第一探测器1的511keVγ光子数与射向第二探测器2的γ光子数是相同的，因为对称，所以等效立体角对探测效率的影响相等，即

Ω＝Ω₁＝Ω₂ (5)

而真实符合计数率应该为：

N_t＝A*η*Ω*ρ₁*ρ₂ (6)

将公式(3)，(4)，(5)带入(6)式，则被测点源的活度可由公式得出：

实际测量的符合计数器的符合计数既包括真实符合计数也包括随机符合计数，即在实际使用中符合时间窗内会有部分偶然符合事件进入，对于符合时间窗为τ的符合计数器，随机符合事件计数率N_R与两个探测器计数率的关系有下式关系：

N_R＝2τ*N₁*N₂ (8)

公式(8)中符合窗τ可调，一般会设计较小符合窗以改善计数器死时间，有助于提升高活度下的测量精度。τ的变化范围根据实际需求设定，本实施例不对其限定。

由于点源体积小，散射计数可以忽略，因此真实计数率N_t＝N_c-N_R，并带入公式(7)，则经过随机校正后的活度由下式得出：

在上式(9)中，N₁，N₂和N_c可由现场测试得出，符合窗τ，立体角Ω由活度计的空间设计得出，分支比η为所测核素的固有属性，N_R可由τ，N₁和N₂得出。可见点源活度的测量不需要对探测器校准来得到探测效率ρ₁和ρ₂，这样可以避免刻度误差对活度准确性的影响。

当然，在实际应用中，如果是立体角非对称大小的探测器，即Ω₁≠Ω₂，只要满足入射到探测器1的511keVγ光子相对应的另一方向γ光子均入射到探测器2所占的立体角内，则活度公式(9)改为：

由于Ω₂对于活度计为已知常数，因此仍然可以保证不需要对探测器效率做校正。

实例：

下面以测一个制备完成的FDG点源的活度为例，来介绍这种活度计的具体实施案例，其包括下述步骤：

第一步：将被测点源放在源放置平台上的点源放置位置，测试一段时间后得到各个探测器和符合计数器的计数率。

第二步：两个探测器各自的计数器测得的511keV的γ射线计数率为：N₁＝10023cps，N₂＝10145cps。

第三步：符合计数器的符合计数率为N_C＝9032cps，符合装置的符合时间窗为50ns，则计算得到的随机符合计数率为N_R＝10cps。

第四步：在FDG中的F-18衰变中，正电子发射所占分支比应为97％；探测器有效探测面积所占立体角约为0.032。

第五步：由公式(9)得到被测点源的活度应为：

10023*10145/((9032-10)*0.032*97％)＝3.63*10⁵Bq，

即被测点源活度约为9.81uCi。

本实施例的计数活度计不用刻度探测器效率，用两个探测器的有效能谱计数和符合计数的相对关系直接测得被测线源活度的绝对测量，简化了活度测量的步骤，并保证了活度计在更换探测器组件后测试结果的可靠性。在源放置平台上增加步进装置后，本发明的活度计也可直接用于测量线源各段的活度分布和总活度，可更好的保障PET系统性能的评价。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (9)

1.一种用于测量放射源活度的计数活度计，其特征在于，包括：

两个辐射探测器、源放置平台、具有露出口的屏蔽结构、对应每一个辐射探测器的计数器、对应两个计数器的符合计数器、数据处理装置；

所述源放置平台中放置有被测的放射源，且所述放射源正对所述露出口；

所述屏蔽结构用于屏蔽被测放射源非被测部分的放射性进入辐射探测器，以及屏蔽环境本底中的放射性干扰；

两个辐射探测器相对于被测放射源呈对称放置，每一辐射探测器与所述露出口的距离要大于所述露出口的长度；所述辐射探测器用于探测露出口的放射源的辐射事件；每一辐射探测器连接各自的计数器，且符合计数器与两个计数器连接；每一计数器用于记录各自的辐射探测器探测的射线的计数率；符合计数器用于记录符合事件的符合计数率；

所述符合计数器、两个计数器均与所述数据处理装置电连接，所述数据处理装置用于根据每一个计数器的射线计数率和符合计数器的符合计数率获取所述放射源的活度；

其中，在所述放射源的核素为非发射正电子的核素时，所述辐射探测器的探测效率ε为采用已知活度的点状放射源预先标定。

2.根据权利要求1所述的计数活度计，其特征在于，所述辐射探测器为半导体探测器；

或者，所述辐射探测器为高纯锗探测器，碲化镉探测器，碲锌镉探测器或者溴化铊探测器。

3.根据权利要求2所述的计数活度计，其特征在于，所述辐射探测器为闪烁体探测器。

4.根据权利要求3所述的计数活度计，其特征在于，闪烁体探测器的闪烁体为碘化钠，碘化铯，锗酸铋，硅酸镥，硅酸钇镥或溴化镧；

所述闪烁体探测器的光电转换器件为光电倍增管或者是硅光电倍增管。

5.根据权利要求1或2所述的计数活度计，其特征在于，所述辐射探测器与所述露出口的距离要大于所述露出口的长度的五倍。

6.根据权利要求1或2所述的计数活度计，其特征在于，当被测放射源为线源放射源时，所述源放置平台上安装有步进装置，所述步进装置用于将线源分段传送到所述屏蔽结构的露出口，露出部分依次被辐射探测器探测，以获得所述线源的活度。

7.根据权利要求1或2所述的计数活度计，其特征在于，屏蔽结构采用高密度高原子序数材料制备；

或者，所述屏蔽结果采用铅或者钨钢材料制备。

8.根据权利要求1或2所述的计数活度计，其特征在于，所述数据处理装置用于根据每一个计数器的射线计数率和符合计数器的符合计数率获取所述放射源的活度，包括：

若两个辐射探测器的立体角为非对称的，且满足入射到辐射探测器一的γ光子相对应的另一方向γ光子均入射到辐射探测器二所占的立体角内，则根据公式(1)获取所述放射源的活度A；

若两个辐射探测器的立体角为对称的，且入射到辐射探测器一的γ光子相对应的另一方向γ光子均入射到辐射探测器二，则根据公式(2)获取所述放射源的活度A；

其中，N₁表示辐射探测器一的γ射线的计数率，N₂表示辐射探测器二的γ射线的计数率，N_c为符合计数装置的符合计数率；

τ为符合时间窗，属于已知参数，Ω为辐射探测器一和辐射探测器二的立体角，为已知参数；Ω₂为辐射探测器二受等效探测立体角影响的探测效率，为已知参数；

η为分支比，属于所述放射源中所测核素的固有属性。

9.根据权利要求1或2所述的计数活度计，其特征在于：

所述辐射探测器的探测效率ε的标定方法包括：

将已知活度A₀的点状放射源放在活度计的露出口，或者已知活度A₀的点状放射源与辐射探测器的相对位置等效于点状放射源放在活度计露出口，探测器放在活度计的探测器位置；

记录在点状放射源照射下的辐射探测器中的有效能谱事件计数率N₀；有效能谱事件为在辐射探测器能谱中以被测核素某一特征能峰为重心，在能窗范围内的计数；

能窗范围为辐射探测器能量分辨率的2～6倍；

则根据ε＝N₀/(A₀*η)获取探测器的探测效率ε，η为所测γ射线的衰变分支比。

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