DE68911686T2

DE68911686T2 - Vorrichtung und verfahren zur messung der aktivität von radioaktiven mustern, die mehrere radioaktive isotope enthalten, ohne separate bestimmung des löschniveaus.

Info

Publication number: DE68911686T2
Application number: DE89909195T
Authority: DE
Inventors: Heikki Kouru; Kenneth Rundt
Original assignee: Wallac Oy
Current assignee: Wallac Oy
Priority date: 1988-08-10
Filing date: 1989-08-10
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2009-08-11
Also published as: EP0428593A1; EP0428593B1; ES2014862A6; US5134294A; DE68913543T2; EP0428592B1; ES2014381A6; EP0428592A1; WO1990001710A1; AU4052289A; DE68911686D1; SE8802861D0; AU4052189A; WO1990001711A1; US5120962A; DE68913543D1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Mengen eines jeden radioaktiven Isotops in einer flüssigen, strahlenden Probe, die eine Vielzahl radioaktiver Isotope enthäft, ohne die Verwendung eines externen Standards zur Bestimmung des Löschungsniveaus der Probe.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Flüssigszintillationszählung ist ein Verfahren zur Bestimmung der Mengen von einem oder von mehreren radioaktiven Stoffen. Das Verfahren wird vorwiegend zur Bestimmung von beta-radioaktiven Isotopen, wie ³H, ¹&sup4;C und ³²P, verwendet.
Beta-radioaktive Isotope zerfallen durch Emission von Energie in der Form eines schnellen Elektrons und eines Neutrinos. Bei einem bestimmten Radioisotop ist die beim Zerfall freiwerdende Energie immer konstant, aber sie wird zwischen dem Elektron und dem Neutrino gemäß einem Verteilungsgesetz geteilt. Das Neutrino kann mittels Flüssigszintillationszählung nicht nachgewiesen werden, aber das Elektron wird durch Zusammenstoß etwas von seiner Energie auf die Moleküle des flüssigen Lösungsmittels übertragen, die dann ionisiert oder auf höhere Energieniveaus angehoben werden. Mit der Maßgabe, daß die Lösungsmittelmoleküle vorwiegend aromatischen Charakter haben, und daß bestimmte fluoreszierende Verbindungen in der Lösung gelöst sind, kann ein Teil der vom Elektron übertragenen Anregungsenergie eine Emission von Photonen verursachen, die durch eine photoempfindliche Einrichtung, wie einen Photoverstärker, nachgewiesen werden kann. Die Intensität des durch einen Zerfall verursachten Lichtpulses ist proportional zur Energie des Elektrons, wenn dieses vom Kern abgetrennt wird. Die Höhe des am Ausgang des Photoverstärkers gemessenen elektrischen Impulses ist wiederum proportional zur Anzahl der Photonen im Lichtpuls. Da jeder Zerfall einen scharfen Puls gibt, mit einer Pulshöhe, die proportional zur Energie des beta-Elektrons ist, kann eine bestimmte Pulshöhenverteilung oder ein Spektrum aufgenommen werden. Die Form dieser Pulsverteilung hängt nicht nur von den Zerfallseigenschaften, sondern auch von der Effizienz bzw. Empfindlichkeit der Flüssigkeit die Anregungsenergie in Licht umzuwandeln und der Empfindlichkeit des Detektors, Photonen in detektierbare, elektrische Pulse umzuwandeln, ab.
Die Figur 1 in der beigelegten Zeichnung zeigt typische Pulshöhenverteilungen für ³H und ¹&sup4;C, die in einem Flüssigszintillationszähler mit zwei in Phase arbeitenden Photoverstärkern und einem Vielkanalanalysator gemessen worden sind. Die Anzahl der pro Zeiteinheit detektierten Pulse in der Pulshöhenverteilung wird Zählrate genannt.
Löschen des Szintillations-Lichtpulses bedeutet, daß bei einem Zerfall, wobei das Elektron eine bestimmte Energie hat, die Zahl der erzeugten Photonen verringert wird. Folglich resultiert Löschen generell in beidem, niedrigeren Pulshöhen und niedrigeren Zählraten. Da das Ziel bei den meisten Messungen die Bestimmung der Aktivität, d.h. der Zerfallsrate, und nicht nur die der Zählrate ist, muß die Beziehung zwischen Aktivität und Zählrate bekannt sein. Diese Beziehung ist gleich der Zählempfindlichkeit der Probe. Da die Zählempfindlichkeit von Probe zu Probe, sogar innerhalb einer Meßreihe, variieren kann, wird es nötig die Zählempfindlichkeit für jede Probe zu bestimmen.
Die Bestimmung der Empfindlichkeit einer unbekannten Probe erfordert die Kalibrierung bzw. Eichung des Meßgeräts. Dieser Schritt schließt die Messung einer Reihe von Kalibrierungsproben, die bekannte Mengen des reinen, zu messenden Radioisotops enthalten, und die verschiedene Löschungsniveaus haben, ein. Für jedes Radioisotop muß ein solches Löschkalibrierungsset mindestens zwei Kalibrierungsproben enthalten. Jedes Löschset führt daher zu einer Löschkalibrierungsfunktion, die die Zählempfindlichkeit als Funktion eines Löschindex liefert, z.B. den Endpunkt des externen Standardspektrums. Im Fall von zwei Kalibrierungsproben für jedes Radioisotop wird die Löschfunktion eine Gerade sein. Die Löschfunktion ermöglicht die Interpolation zwischen, und in gewissem Urnfang die Extrapolation von den Kalibrierungsprobenpunkten.
Da eine unbekannte Probe verschiedene Radioisotope enthaften kann, muß der Zähler Mittel zur Unterscheidung des Beitrags jedes Radioisotops, und auch zur Bestimmung der Aktivität jedes Radioisotops, haben. Eine solche mehrfach-markierte Probe kann weiter ein Löschungsniveau ungleich irgendeinem der Kalibrierungsproben haben. Im allgemeinen überlagern sich die Spektren von den Radioisotopen mehr oder weniger (wie in Fig. 1 deutlich wird). Das ergibt eine komplexe Situation, besonders dann, wenn die Probe mehr als zwei Isotope enthält.
W.L. Oller und P. Plato (International Journal of Applied Radiation and Isotopes, 1972, Band 23, 481-485) zeigen ein Verfahren, worin eine Kombination aus einer Anpassung nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate und einer Spektralanalyse zur Bestimmung der Aktivitäten aller Radioisotope in einer mehrfach-markierten, flüssigen, strahlenden Probe durchgeführt wird. Beim Verfahren von Oller und Plato wurde ein beta-Spektrum von jeder Probe aufgenommen und unter Verwendung eines "kleinste Quadrate- Spektrum Analysen-Computerprogramms" analysiert. Oller und Plato geben keine Details über die Arbeitsweise ihres Programms und worauf es basiert an. Ebenso wird das Löschen nicht unter Betracht gezogen, da angenommen wird, daß alle Unbekannten auf demselben Löschungsniveau sind.
Nather (U.S. Patent 4 029 401) offenbart ein Verfahren zur automatischen Löschkompensation für Proben mit verschiedenem Löschungsniveau in Flüssig-Szintillationssystemen, womit ermöglicht wird, daß ein Instrument automatisch die relativen Positionen der Diskriminatorfenster und das Probenspektrum von Proben mit verschiedener Löschung im wesentlichen wiederherstellt. Vor der Probenzählung wird eine Lösch-Referenzmessung bei einer Probe genommen. Die Messung der Löschung wird mit einer Referenzspannungsquelle verglichen, um den Einstellungsgrad eines Systemparameters, der zur Endpunktabgleichung benötigt wird, zu bestimmen. Die Vorrichtung schließt das Diskriminatorfenster mit verschiedenen Zählkanälen in einem Diskriminatornetzwerk 27 ein, die in Zusammenwirkung mit einem Grundverstärker (base gain) eingesetzt sind. Eine bekannte, stark gelöschte Probe wird dann gezhält und in einem Speicher 33 gespeichert. Wenn die Referenzmessung der Löschung von der bekannten, stark gelöschten Probe durchgeführt worden ist und an den Digital-Analog- Wandler 34 angelegt worden ist, wird die automatische Löschkompensations- Regulierung (Impedanz 37) eingestellt, bis der Endpunkt des Probenspektrums auf den gewünschten Punkt wiederhergestellt ist. Der Digital-Analog-Wandler 34 liefert dann an seinem Ausgang 41 eine zum Löschmaß proportionale Spannung.

UMFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung führt das Verfähren der Spektralanalyse zur Vollendung: es beinhaltet die Speicherung des vollständigen Spektrums von jedem Radioisotop für eine Anzahl von einzelnen Löschungsniveaus in einer Kalibrierungsbibliothek und die Ableitung von Referenzspektren bei jedem gewünschten Löschungsniveau, mittels Verwendung der Spektren in der Bibliothek, zur Interpolation oder Extrapolation.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Mengen von jedem radioaktiven Isotop in einer flüssigen, strahlenden Probe, die N radioaktive Isotope enthält, umfaßt
- einen Detektor zum Messen der Photonenemission der genannten flüssigen, strahlenden Probe, die N radioaktive Isotope unbekannter Aktivitäten enthält, wobei jedes Isotop ein charakteristisches Analog-Spektrum im Detektor liefert,
- einen Analog-Digital-Wandler, der an den Detektor angeschlossen ist, um das Analog- Spektrum in digitale Pulse zu wandeln,
- einen Vielkanalanalysator, der an den Analog-Digital-Wandler angeschlossen ist, um ein digitales Pulshöhenspektrum zu erzeugen,
- eine Einrichtung zum Vorhersagen eines Wertes für das Löschungsniveau der strahlenden Probe,
- einen Speicher, in dem Spektren mit bekannter Zähleffizienz und mit bekannten Löschungsniveaus für die zu messenden Isotope gespeichert sind,
- eine Einrichtung zum Ableiten eines Referenzspektrums aus den genannten Spektren unter Verwendung des genannten vorbestimmten Löschungsniveaus, und zwar für jedes der genannten Isotope, wobei das Referenzspektrum ein reines Isotopenspektrum auf dem genannten, vorhergesagten Löschungsniveau repräsentiert,
- eine Einrichtung zum Bestimmen eines Faktors für jedes abgeleitete Referenzspektrum, mit dem das abgeleitete Referenzspektrum zu multiplizieren ist, so daß die Summe der multiplizierten Referenzspektren an das Probenspektrum angepaßt wird, wobei jeder der Faktoren direkt abhängt von der Menge jedes der Isotope in der Probe,
- eine Einrichtung zur Berechnung eines Wertes zur Beschreibung der Anpassungsgüte und zur Vorhersage eines neuen Wertes für das Löschungsniveau auf der Basis dieses Wertes der Anpassungsgüte.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Mengen eines jeden radioaktiven Isotops in einer flüssigen, strahlenden Probe, die N radioaktive Stoffe enthält, umfaßt die folgenden Schritte:
- Messen der Photonenemission der Probe, wobei jedes Isotop ein charakteristisches Analog-Spektrum erzeugt,
- Umwandeln des Analog-Spektrums in digitale Pulse,
- Erzeugen eines digitalen Pulshöhenspektrums aus den digitalen Pulsen,
- Vorhersagen eines ersten Wertes des Löschungsniveaus der strahlenden Probe,
- Ableiten eines Referenzspektrums aus den gespeicherten Spektren, bei denen die Zählempfindlichkeit und die Löschungsniveaus bekannt sind, für jedes der genannten N- Isotope, wobei das Referenzspektrum ein reines Isotopenspektrum mit dem bestimmten Löschungsniveau repräsentiert,
- Bestimmen eines Faktors für jedes abgeleitete Referenzspektrum, mit dem das abgeleitete Referenzspektrum zu multiplizieren ist, so daß die Summe der multiplizierten Referenzspektren an das Probenspektrum angepaßt wird, wobei jeder Faktor direkt zu der Menge jedes Isotops in der Probe in Beziehung steht und
- Berechnung eines Werts für die Anpassungsgüte und Vorhersage eines neuen Werts für das Löschungsniveau auf der Basis dieses Werts für die Anpassungsgüte.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Figuren 1 und 2 ausführlicher beschrieben werden. Die Fig. 1 zeigt, wie oben angedeutet, typische Pulshöhenverteilungen für ³H und ¹&sup4;C. Die Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigszintillationszählers.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein erfindungsgemäßer Flüssigszintillationszähler wird in der Fig. 2 gezeigt. Folgendes bezieht sich auf die Fig. 2: Die N zu messende Radioisotope enthaltende Probe wird in der Detektoreinheit 1 plaziert, welche zwei Photoverstärker, die gemäß dem Koinzidenzprinzip arbeiten, umfassen kann, mit allen nötigen Verstärkern und einem Koinzidenz-Analysator, oder die einfach aus einem Festkörperdetektor mit Verstärker besteht. Das analoge Signal aus der Detektoreinheit 1 wird in einen Analog-Digital- Wandler und einen Vielkanalanalysator (MCA) 2 geführt. Das vom MCA aufgenommene Spektrum wird temporär in einer Speichereinheit 3 gespeichert. Ein Wert für einen Löschindex, der das Löschungsniveau der Probe anzeigt, wird durch die Löschungsniveau-Voraussageeinheit 4 vorausgesagt. Der vorausgesagte Löschindex wird dann in eine Einheit 5 geleitet, um aus einem Massenspeicher 6 für jedes Radioisotop ein Referenzspektrum abzuleiten, welches dann temporär in einer Speichereinheit 7 gespeichert wird. Die Einheiten 3 und 7 sind mit einer Berechnungseinheit 8 verbunden, die die Spektren der beiden Einheiten vergleichen kann, und für jedes Referenzspektrum einen Faktor erstellen kann, mit dem jedes Spektrum multipliziert werden soll, damit die Summe der Referenzspektren an das gemessene Spektrum in Einheit 3 angepaßt wird. Die Berechungseinheit 8 berechnet auch einen Wert für die Güte der Anpassung, der proportional zur Differenz zwischen dem gemessenen Spektrum und dem angepaßten Summen-Referenzspektrum ist, und bestimmt auf der Basis dieses Wertes, ob die Löschindex-Voraussageeinheit 4 angewiesen werden soll, einen neuen Löschwert zu erstellen oder nicht. Die endgültigen Faktoren für die Multiplikation, die proportional zur Menge jeden Radioisotops sind, werden schließlich an die Ausgabeeinheit 9 geleitet.
Vor der Messung von Proben unbekannter Aktivität muß der Zähler kalibriert werden. Das von dieser Erfindung verkörperte Kalibrierungsverfahren wird im folgenden Teil genauer beschrieben werden.
Zur Kalibrierung werden mindestens zwei Kalibrierungsproben bei verschiedenen Löschungsniveaus für jedes unter Betracht gezogene Radioisotop benötigt. Diese Erfindung setzt voraus, daß für jedes Isotop alle Kalibrierungsstandards mit denselben Löschungsniveaus hergestellt werden. Jede Kalibrierungsprobe wird gemessen, und das Spektrum kann in diesem Moment gemäß entweder der einen oder der anderen der beiden Formeln normiert werden:
ri = ci/C für i = 1...T (1a)
ei = ri/A für i = 1...T (1b)
worin ri die normierte Zählrate in Kanal i ist, ei die Zählempfindlichkeit von Kanal i ist und ci die gemessene Zahlrate in Kanal i. T die Anzahl der Kanäle im MCA ist. In Gleichung (Ia) ist C die Summe der Zälllraten in allen T Kanälen, und in Gleichung (1b) ist A gleich der Aktivität der Kalibrierungsprobe. Somit wird das Spektrum im ersten Fall auf einen konstanten Wert (=1) und im zweiten Fall auf die Gesamt- Zählempfindlichkeit E normiert.
Das Kalibrierungsspektrum (normiert oder nicht) wird im Massenspeicher 6 gespeichert, entweder unverändert oder durch Anwendung eines digitalen Filters geglättet oder reduziert in die Form einer analytischen Funktion. Wenn der MCA in eine größere Anzahl Kanäle aufgeteilt ist als benötigt, kann die Anzahl der Kanäle durch Kombination in Gruppen von benachbarten Kanälen verringert werden. Die endgültige Anzahl Kanäle muß groß genug bleiben, um die Form des Spektrums intakt zu halten. Durch das Gruppierungsverfahren werden auch die statistischen Schwankungen im Spektrum reduziert. Das Spektrum kann auch als eine Formfunktion, umfassend M Parameter, wobei M kleiner oder gleich T ist, gespeichert werden. In allgemeiner Darstellung kann eine an ein nicht-normiertes Zählratenspektrum angepaßte Formfunktion ausgedrückt werden als
ci = F(i,a) (2a)
worin F eine Funktion ist, die abhängig ist von der Kanalnummer i und von einem Parametervektor a mit M zu speichernden Parametern. In diesem Fall wird für jedes Spektrum ein Parametervektor a gespeichert. Die Anpassung einer Formfunktion mit M < T an das Spektrum wird das Spektrum immer auch glätten und die statistischen Schwankungen reduzieren. Eine offensichtliche analytische Funktion ist eine Polynomfunktion mit Grad M-1, die M Parameter ergibt. Wahlweise kann auch eine SPLINE- Funktion, umfassend Polynome dritten Grades, Gaußfunktionen, Lorenzfunktionen oder Fouriertransformationen verwendet werden.
Eine andere sich anbietende Methode der Speicherung von spektralen Daten als eine Funktion der Löschung, ist die Speicherung einer Funktion für jeden Kanal, die die Abhängigkeit zwischen der Kanalzählrate und dem Löschungsindex beschreibt. Diese sogenannte Kanalfunktion (z.B. ein Polynom oder eine SPLINE-Funktion) kann nur berechnet werden, wenn alle Kalibrierungsproben gemessen worden sind. In allgemeiner Form kann eine an die nicht-normierten Zählraten eines Kanals i angepaßte Kanalfunktion ausgedrückt werden als
ci = G(q,ai) (2b)
worin G eine Funktion darstellt, die abhängig ist vom Löschungsindex q und einem Parametervektor ai mit M zu speichernden Parametern. In diesem Fall muß ein Parametervektor ai für jeden Kanal gespeichert werden. Die Formfunktion (2a) und die Kanalfunktion (2b) können auch zu ein und derselben Funktion kombiniert werden.
Wenn die Kalibrierungsspektren überhaupt nicht normiert oder auf einen konstanten Wert vor dem Speichern normiert werden, sollte die Gesamtzählempfindlichkeit der Kalibrierungsprobe zusammen mit dem Spektrum oder der analytischen Funktion gespeichert werden.
Das Verfahren zum Zählen unbekannter Proben, verkörpert durch die vorliegende Erfindung, wird im nächsten Teil beschrieben werden. Es wird hier angenommen, daß die unbekannte Probe mindestens zwei Radioisotope enthält, wobei angenommen wird, daß die Anzahl gleich N ist. Das Spektrum der Probe wird gemessen und in einer nur zum temporären Speichern verwendeten Speichereinheit gespeichert. Das Spektrum kann als solches gespeichert werden, oder durch Gruppieren von Kanälen, oder durch Anwenden eines digitalen Filters geglättet werden. Es soll jedenfalls betont werden, daß in der vorliegenden Erfindung das gesamte Spektrum der unbekannten Probe zur Anpassung des Spektrums verwendet wird und nicht die Parameter einer analytischen, an das Spektrum angepaßten Funktion.
Der nächste Schritt beim Zählen Unbekannter ist die Ableitung eines Referenzspektrums für jedes der N Radioisotope aus den Kalibrierungsspektren im Massenspeicher. Abhängig davon, wie diese Spektren gespeichert sind, kann dieser Schritt folgendes beinhalten: Auffinden von mindestens zwei Kalibrierungsspektren oder von deren Formfunktionen (2a), deren Löschungsindizes am nächsten zum vorausgesagten Probenlöschungsindex liegen, und dann entweder Durchführung einer Interpolation zwischen, oder einer Extrapolation von diesen Kalibrierungsspektren. Die Interpolation oder die Extrapolation kann durchgefilhrt werden, indem zuerst für jeden Kanal der Kalibrierungsspektren eine Kanalfunktion vom selben Typ, wie die Funktion (2b) gebildet wird, und dann der Wert für den Probenlöschungsindex eingesetzt wird. Das Verfahren der Interpolation oder der Extrapolation wird für alle T Kanäle wiederholt, was in einem neuen Referenzspektrum resultiert. Wenn die Kalibrierungsspektren als nicht-normierte Zählraten gespeichert wurden, muß das abgeleitete Referenzspektrum daraufhin entweder auf 1 oder die Zählempfindlichkeit normiert werden.
Wenn die Kalibrierungsspektren nicht-normiert oder normiert gemäß Gleichung (1a) gespeichert wurden, dann muß ein Wert für die Zählempfindlichkeit Ej, der zum Referenzspektrum j gehört, ebenfälls aus den in der Bibliothek gespeicherten Empfindlichkeiten abgeleitet werden.
Die unbekannte Zählrate des Probenspektrums in Kanal i werde durch ci dargestellt. Wenn zwei Radioisotope, Q und P, vorhanden sind, kann man schreiben:
ci = CQ * riQ + CP * riP für i = 1...T(3a)
oder
ci = AQ * eiQ + AP * eiP für i = 1...T(3b)
In Gleichung (3a) werden auf 1 normierte Spektren verwendet. Die Faktoren riQ und riP beschreiben die normierte Zählrate der Isotope Q bzw. P im Kanal i. In Gleichung (3b) werden auf die Zählempfindlichkeit normierte Spektren verwendet. Die Faktoren eiQ und eip beschreiben die Zählempfindlichkeit der Isotope Q bzw. P im Kanal i. Die zu bestimmenden Faktoren für die Multiplikation sind in Gleichung (3a) die unbekannten Zählraten CQ und CP, und in Gleichung (3b) die unbekannten Aktivitäten AQ und AP der Isotope Q bzw. P. Die Gleichungen (3a) und (3b) sind für alle T Kanäle im Spektrum gültig, und jede wird daher ein System von T linearen Gleichungen umfassen, wobei T größer ist als die Zahl der Unbekannten (in diesem Beispiel 2). Jedes Gleichungssystem kann durch mathematische Standardverfahren gelöst werden, wie die Minimierung der Summe der quadrierten Differenzen zwischen dem berechneten ci und dem gemessenen ci. Das erste Gleichungssystem (3a) liefert die Zählraten, während das zweite Gleichungssystem (3b) die Aktivitäten liefert. Die vorliegende Erfindung beinhaltet keine Details über die Lösung der Gleichungssysteme (3a) oder (3b), da dies ein Standardproblem in der Mathematik ist. Unter den Alternativen gibt es die ungewichtete oder die gewichtete Anpassung durch kleinste Quadrate oder ein beliebiges Optimierungsverfahren wie SIMPLEX.
Wenn Gleichung (3a) verwendet worden ist, kann die Aktivität des Radioisotops j separat unter Verwendung der Beziehung Aj = Cj/Ej berechnet werden.
Da der Zähler ein Löschungsniveau der Probe nicht genau bestimmen kann, muß anfangs eine Voraussage gemacht werden und eine Annäherung berechnet werden. Aus der Anpassungsgüte, die ein Maß proportional zur Summe der quadrierten Differenzen, die das Anpassungsverfahren zu minimieren versucht, oder ein anderes in der Statistik geläufiges Maß sein kann, beurteilt der Computer, ob fortgefahren wird oder nicht. Durch Verwendung einer iterativen Minimierungstechnik unter Ausprobieren von einigen verschiedenen Löschindizes kann der Computer eine ziemlich genaue Abschätzung des korrekten Löschindex der Probe machen, und somit die korrekten Referenzspektren und die dazugehörigen Aktivitäten bestimmen.
Die Hauptschritte des Verfahrens der spektralen Anpassung sind die folgenden:
a) Für jedes einbezogene Radioisotop ist eine Reihe von Kalibrierungsproben, die eine bekannte Menge des Radioisotops in reiner Form und mit verschiedenen Löschungsniveaus aufweisen, zu messen. Man beachte: Alle Isotope müssen die gleichen Löschungsniveaus haben. Für jede Kalibrierungsprobe des Sets ist das Pulshöhenspektrum aufzuzeichnen, und in einem Massenspeicher, entweder unverändert, oder geglättet, oder als eine analytische Funktion, zu speichern, zusammen mit der bestimmten Zählempfindlichkeit der Kalibrierungsprobe.
b) Für eine unbekannte, mindestens zwei per se bekannte Radioisotope enthaltende Probe zeichne man das Pulshöhenspektrum und einen Wert für den Löschindex auf, und sage einen ersten Wert für den Löschindex voraus.
c) Für jedes, in der unbekannten Probe vorhandene Radioisotop, ist der vorausgesagte Wert für den Probenlöschindex zum Ableiten eines Referenzspektrums, welches die Charakteristiken des reinen Radioisotops aufweist, aus den Kalibrierungsspektren im Kalibrierungsspeicher, zu verwenden.
d) Alle Referenzspektren sind an das unbekannte Spektrum anzupassen, indem T Gleichungen vom Typ (3a) oder (3b) gelöst werden, z.B. durch Verwenden der Methode der kleinsten Quadrate oder einer Optimierungstechnik, wie SIMPLEX, auf solche Weise, daß die Zählrate oder die Aktivität von jedem Radioisotop im Probenspektrum bestimmt wird.
Wenn das Gleichungssystem (3a) verwendet wurde:
e) Für jedes, in der unbekannten Probe vorhandene Radioisotop ist der Probenlöschindex zu verwenden, um aus den Empfindlichkeiten der Kalibrierungsspektren im Kalibrierungsspeicher einen Wert für die Empfindlichkeit des Referenzspektrums abzuleiten, und die Aktivität des Radioisotops durch Division der Zählrate durch die Empfindlichkeit zu berechnen.
f) Man berechne einen Wert für die Anpassungsgüte, der reflektiert, wie gut die Summe der Referenzspektren an das unbekannte Spektrum angepaßt ist.
g) Man wähle einen neuen vorausgesagten Wert für den Probenlöschindex und führe die Schritte c), d), e) und f) aus, bis der Wert für die Anpassungsgüte einen vorbestimmten Wert erreicht.
Die Vorteile des Verfahrens der spektralen Anpassung sind die folgenden:
a) Die Kalibrierungen sind von allgemeinem Charakter und können in jeder Verbindung, einer einfach-markierten oder einer mehrfach-markierten, verwendet werden. Daher können die Daten im Kalibrierungsspeicher als eine allgemeine Kalibrierungs-Bibliothek betrachtet werden.
b) Das Zählen wird nicht für irgendeine bestimmte Bedingung optimiert, wie für ein bestimmtes Löschungsniveau-Intervall oder für eine bestimmte relative Menge der betreffenden Radioisotope.
c) Das Verfahren in einem allgemeinen mehrfach-markiertem Fall ist ähnlich dem Fall einer speziellen zweifachen Markierung.
d) Die Referenzspektren können auch in einer Art qualitativer Kontrolle verwendet werden, wenn man sich vergewissern will, daß die unbekannten Proben tatsächlich die angenommenen Radioisotope enthalten, und können sogar dazu verwendet werden, in einer qualitativen Art zu bestimmen, welche Radioisotope in völlig unbekannten Proben vorhanden sind.

Claims

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Mengen eines jeden radioaktiven Isotops in einer flüssigen, strahlenden Probe, die N radioaktive Isotope enthält, wobei N gleich 2 oder größer ist, mit

- einem Detektor zum Messen der Photonenemission der genannten flüssigen strahlenden Probe, die N radioaktive Isotope unbekannter Aktivitäten enthält, wobei jedes Isotop ein charakteristisches Analog- Spektrum im Detektor erzeugt,

- einem Analog-Digital-Wandler, der an den Detektor angeschlossen ist, um das Analog-Spektrum in digitale Pulse zu wandeln,

- einem Vielkanalanalysator, der an den Analog-Digital-Wandler angeschlossen ist, um ein digitales Pulshöhenprobenspektrum zu erzeugen,

gekennzeichnet durch

a) einen Speicher, in dem Spektren mit bekannter Zähleffizienz und mit bekannten Löschungsniveaus für die zu messenden Isotope gespeichert sind,

b) eine Einrichtung zum Vorhersagen eines ersten Wertes für das Löschungsniveau der strahlenden Probe,

c) eine Einrichtung zum Ableiten eines Referenz-Spektrums aus den genannten Spektren unter Verwendung des genannten vorbestimmten Löschungsniveaus, und zwar für jedes der genannten Isotope, wobei das Referenz-Spektrum ein reines Isotopenspektrum auf dem genannten, vorhergesagten Löschungsniveau repräsentiert,

d) eine Einrichtung zum Bestimmen eines Faktors für jedes abgeleitete Referenz-Spektrum, mit dem das abgeleitete Referenz-Spektrum zu multiplizieren ist, so daß die Summe der multiplizierten Referenz-Spektren zu dem Probenspektrum paßt, wobei jeder der genannten Faktoren direkt abhängt von der Menge jedes der Isotope in der Probe,

e) eine Einrichtung zum Berechnen der Differenz zwischen der genannten Summe und dem genannten Probenspektrum, und

f) eine Einrichtung zum Minimieren der genannten Differenz durch Vorhersagen eines neuen Wertes bezüglich des Löschungsniveaus der Probe und zum Anwenden der Einrichtungen c), d) und e), bis die genannte Differenz einen vorgegebenen Wert erreicht.

2. Verfahren zum Bestimmen der Menge radioaktiver Isotope in einer flüssigen, strahlenden Probe, die N radioaktive Isotope enthält, wobei N eine Zahl gleich oder größer 2 ist, mit folgenden Schritten:

- Messen der Photonenemission der Probe, wobei jedes Isotop ein charakteristisches Analog-Spektrum erzeugt,

- Umwandeln des Analog-Spektrums in digitale Pulse,

- Erzeugen eines digitalen Pulshöhenspektrums aus den digitalen Pulsen,

gekennzeichnet durch

a) Vorhersagen eines Wertes für das Löschungsniveau der genannten strahlenden Probe,

b) Ableiten eines Referenz-Spektrums aus den gespeicherten Spektren, bei denen die Zählempfindlichkeit und die Löschungsniveaus bekannt sind, für jedes der genannten N-Isotope, wobei das Referenz-Spektrum ein reines Isotopenspektrum mit dem vorhergesagten Löschungsniveau repräsentiert,

c) Bestimmen eines Faktors für jedes abgeleitete Referenz-Spektrum, mit dem das abgeleitete Referenz-Spektrum zu multiplizieren ist, so daß die Summe der multiplizierten Referenz-Spektren dem Probenspektrum entspricht, wobei jeder Faktor direkt zu der Menge jedes Isotopes in der Probe in Beziehung steht,

d) Berechnen der Differenz zwischen der genannten Summe und dem genannten Probenspektrum, und

e) Minimieren der genannten Differenz durch Vorhersagen eines neuen Wertes für das Löschungsniveau der genannten Probe und Durchführen der Schritte b), c) und d), bis die genannte Differenz einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Faktoren für zwei Radioisotope Q und P, die in der Probe enthalten sind, dadurch erfolgt, daß die folgenden T-Gleichungen gebildet werden

ci = CQ riQ + CP riP ; für i= 1...T (3a)

oder

ci = AQ eiQ + AP eiP ; für i= 1...T (3b)

wobei riQ und riP die normierten Zählraten im Kanal i für die zwei Isotope Q bzw. P, eiQ und eiP die Zählempfindlichkeiten im Kanal i für die Isotope Q bzw. P, ci die gemessene Zählrate im Kanal i, T die Zahl der Kanäle im Vielkanalanalysator und AQ und AP und CQ und CP die unbekannten Aktivitäten und die unbekannten Zählraten bezüglich der Isotope Q und P sind, und das genannte lineare Gleichungssystems durch das bekannte Verfahren der kleinsten Quadrate gelöst wird.