SE450530B - Rontgenfluorescensanalysator for bestemning av halten av ett emne som har hogre atomnummer en 47 - Google Patents

Description

25 30 3:) 450 530 2 Detta och andra ändamål med uppfinningen uppnås genom att nämnda anordning ges de kännetecken som framgår av något eller några av de efterföljande patentkraven.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig l-3 är pulshöjdsfördelningsdiagram, som tjänar till förklaring av uppfinningens funktion. Fig 4 är ett blockschema över en uppfinningsenlig mätanordning. Fig 5 visar ett utförande av de elektriska kretsarna i mätanordningen enligt fig 4.

Såsom tidigare nämnts är njurfunktionen avgörande för utsöndringshastigheten av exempelvis röntgenkontrastmedel.

I samband med exempelvis njurröntgen,angiografi och dator- tomografíkan denna utsöndringshastighet bestämmas med hjälp av kontrastmedlets med tiden avtagande koncentration i mjuk- delsvävnad. Koncentrationen kan i sin tur mätas med röntgen- fluorescensteknik. Om exempelvis 2“1Am användes som källa för bestrålning av ett jod innehållande prov, ger gammastrålning- en med medelenergin 59,6 keV från denna källa upphov till för jod karakteristisk Ka-strålning med medelenergin 28,5 KQV från provet. Denna karakteristiska röntgenstrålning kan registreras medelst en Ge(Li)-detektor, varvid en puls- höjds- eller energifördelning enligt fig l erhålles.

Härvid är detektorn på sedvanligt sätt riktad att mottaga strålning i 900 relativt gammastrålningen mot provet. Den streckade ytan under den vänstra kurvtoppen i fig l är proportionell mot mängden jod i det undersökta provet.

Ytan under den högra kurvtoppen i fig l är ett mått på 900 inkoherent spridda fotoner från provet och kan användas för korrigering av den fastställda jodkoncentrationen med hänsyn till geometriska förändringar i mätuppställningen.

Om Ge(Li)-detektorn i ovanstående exempel ersättes med en NaI(Tl)-detektor, så erhålles en pulshöjdsfördelning enligt fig 2. Den högra toppen på kurvan i denna figur re- presenterar åter'Compton-fotoner. Storleken av den vänstra toppen i fig 2 är emellertid inte endast beroende av den karakteristiska Ku-strålningen från provet utan också av störningar till följd av s k IK -escape i detektorn. Närmare u bestfist korwer en del av de Compton-spridda fotoner som 10 15 20 25 30 35 450 530 3 när detektorn att absorberas genom växelverkan med jod- atomerna i detektorkristallen, varvid för jod karakteris- tisk strålning (28,5 keW kommer att utsändas i kristallen.

Om denna karakteristiska strålning i sin tur absorberas fullständigt i kristallen, så fås på önskat sätt en regi- strering i energiintervallet kring ungefär 54 keV (detta är den energi som den exciterande primärstrålningen från 2“1Am-preparatet har efter spridning ungefär 900). Om den karakteristiska strålningen däremot flyr kristallen utan att växelverka, så erhålles en registrering i energi- intervallet kring 54-28,5 = 25,5 KGV- Detta medför en sådan kraftig störning av registreringen av den för jod karakteristiska strålningen med medelenergin 28,5 keV, att en bestämning av jodkoncentrationen i provvolymen ej är möjlig.

Föreliggande-uppfinning syftar till att energimässigt skilja den oundvikliga störningen från det aktuella energi- intervallet av intresse, dvs energiintervallet kring ' 28,5 keV i fallet med bestämning av jodkoncentrationen.

Enligt uppfinningen uppnås detta genom att vinkeln mellan den mot provet infallande primärstrålningcn från 2"1Am- källan och den av NaI(Tl)-detektorn detekterade strålningen göres större än 900 och lämpligen förläggas i intervallet 90-1350, i fallet med jod.företrädesvis 1350. I fallet med en vinkel på 1350 erhålles en pulshöjdsfördelning enligt fig 3.

Efter spridning i provvolymen kommer primärstrålningen från 2“1Am-preparatet i detta fall att ha en energi på 50 kev, vilket innebär att den oundvikliga störningen kommer att uppträda i ett intervall kring 50-28,5 = 2l,5 keV. Stör- ningen är därmed flyttad tillräckligt långt bort från energiintervallet av intresse för att jodkoncentrationen i provvolymen skall kunna bestämmas.

Genom ändringen av vinkeln mellan primärstrålningen och den detekterade strålningen förändras pulshöjdsför- delningen också på sådant sätt, att den karakteristiska strålningen av intresse faller på en del av fördelnings- kurvan, vilken del är relativt stabil och dessutom monoton, i detta fall närmara bestämt avtagande. Detta möjliggör 10 l5 20 30 35 450 550 4 utnyttjandet av en fast bakgrundskorrektion vid beräkningen av nettopulsantalet från den för jod karakteristiska Kalß-strålningen.

I enlighet med föreliggande uppfinning göres således vinkeln mellan den mot provvolymen från exciteringskällan riktade primärstrålningen och den av NaI(Tl)-detektorn detekterade strålningen variabel för optimering av detek- teringsgeometrin. I fallet med bestämning av jodkoncentra- tion och utnyttjande av en 2”1Am-strålningskälla är den föredragna vinkeln 1350. Det är emellertid klart att genom val av andra strålningskällor och variationer av nämnda vinkel det är möjligt att detektera andra stabila ämnen med atomnummer från ungefär 47 och uppåt. Kriteriet för val av strålkälla och vinkel mellan primärstrålning och detekterad strålning är att såväl de Compton-spridda fo- tonernas energi som differensen mellan Compton-spridda foto- ners energi och 28,5 keV skall vara väl skild från energin hos den karakteristiska röntgenstrålningen för aktuellt ämne.

En exemplifierande utföringsform av en anordning enligt uppfinningen är visad i fig 4. Denna anordning är avsedd för bestämning av koncentrationen av ett jod inne- hållande kontrastmedel i mjukdelsvävnaden i spetsen av ett finger. Jodhalten i ett i ett provrör inrymt prov kan också bestämmas. Den visade anordningen innefattar närmare bestämt en 2"1Am-strålkälla l, som avger gammastrålning med en energi på ungefär 60 keV. Strålningen är kollimerad och riktas mot ett ställe där ett provrör 2 kan placeras med sin undre ände eller spetsen av ett finger 3 kan anbringas. För underlättande av korrekt positionering av fingerspetsen är ett fingerstöd 4 anordnat vid en införings- öppning. För att hindra oönskad bestrålning av omgivningen är en blymantel 5 anordnad runt strålkällan och provutrymmet.

För korrekt positionering av fingret är en tråd 6 anordnad.

En NaI(Tl)-scinfíllationskristall 7 med en diameter på 30 um och en tjocklek på 2 mm mottager fluorescensstrålning från det bestrâlade provet. Scintillationskristallcn 7 är på vanligt sätt kopplad till ett fotomultiplikatorrör 8, vars utsignaler via en förförstärkare 9 och en linjär förstärkare' Al 10 15 20 25 30 450 530 5. 10 tillföres tre enkanalsanalysatorer ll, 12 och 13. De i enkanalsanalysatorerna registrerade signalvärdena föres via en analog-digitalomvandlare 14 till en dator 15.

För strömförsörjning av fotomultiplikatorröret och elektro- niken finns ett strömaggregat l6.

Verkningssättet för den ovan beskrivna anordningen är följande. Enkanalsanalysatorn ll är inställd att regi- strera pulser i ett energiintervall AE, som är centrerat kring energivärdet El. På samma sätt är enkanalsanalysatorn 13 inrättad att registrera pulser i ett energiintervall AE, som är centrerat kring ett energivärde E2. Antalet registrerade pulser i intervallet kring värdet El antages vara bl och antalet registrerade pulser i energiinter- vallet kring värdet Ez antages vara bz. Enkanalsanalysa- torn 12 är anordnad att registrera pulser i det energi- intervall som ligger mellan ovannämnda två energiinter- vall. Det av enkanalsanalysatorn 12 registrerade antalet pulser antages vara A. Nämnda antal A representerar dels bakgrundsstrålning, vilken svarar mot ytan under den punktmarkerade linjen i mittintervallet och kan betecknas med B, och dels den för ämnet, vars halt skall bestämmas, karakteristiska röntgenstrålningen. Det mot den karakteris- tiska röntgenstrålningen svarande pulsantalet har i fig 3 A - B, där A erhålles från enkanalsanalysatorn 12 och B kan erhållas med hjälp av betecknas a. Således gäller a = pulstalen från enkanalsanalysatorerna ll och l3. För be- stämning av B antages den punktmarkerade delen av puls- höjdsfördelningskurvan i fig 3 kunna beskrivas genom: där r i huvudsak bestämmer kurvans form och kan bestämmas en gång för alla och lagras fast i datorn l5 samt K och C är konstanter, vilka kan bestämmas automatiskt för varje enskild analys med hjälp av värdena bl och bg.

Dessa konstantcr K och C bestämmer i huvudsak kurvans läge. 450 530 6 Konstanterna K och C är närmare bestämt givna genom följande uttryck: bI _ bz k = ___ , EI I __ E r 2 C = b] _ k'E1_r Med den framtagna funktionen kan pulstalet i energi- intervall med bredden AE således bestämmas. Den totala bakgrunden B i fig 3 blir därmed: AE -r 3AE -r B = (k-(E, + ï_) + C) + (k°(E, + -5-q + c) +...+ (kwßl + ïff + c) n kan bestämmas entydigt genom att följande villkor skall vara uppfyllt: n kan vara av storleksordningen lO.

Datorn 15 är så programmerad, att den med utgångs- punkt från värdena bl, bz och r bestämmer konstanterna k och c och därefter bestämmer bakgrundspulstalet B.

Med hjälp av pulstalet B och pulstalet A bestämmas slut- ligen nettopulstalet a, som ger ett mått på koncentra- tionen av kontrastmedel i den bestrålade provvolymen.

Pulstalet i energiintervallet över de tre enkanals- analysatorerna härstammar från i provet Compton-spridda fotoner och användes vid bestämningar in vivo för korrigering av varierande provvolym.

Genom att utforma öppningen, genom vilken strålnings- källan l bestrålar i provvolymen, som en elliptisk spalt i stället för cirkelrund får strâlfältet ett utseende, som dels hindrar att fingrets första led bestrålas och dels möjliggör en flyttning av fingret i sidled utan att anord- ningens känslighet pâverkas.

Genom utnyttjandet av en Naï-detektor erhålles automa- In 10 l5 20 25 30 b) Lfl 450 530 7 tiskt en ökning av storleksordningen 20% av den karakteris- tiska strålningens fluorescensrat, detta beroende på denna detektors upplösningsförmåga ifråga om Ku- och KB- fotonerna.

Såsom visat i fig 5 kan förstärkaren 9, som är kopplad till fotomultiplikatorrörets 8 utgång, vara en integrerande, snabb förförstärkare och kan den linjära förstärkaren 10 ha offsetinställning och reglerbar förstärkningsgrad. Förstär- karens lO utgång är ansluten till var och en av fyra kompa- ratorer 17, vilka har var sin referensspänning, som åstad- konmæs medelst en precisionsspänningskälla 18 och fyra potentiometrar 19. Utpulserna från komparatorerna 17, vilka utpulser alstras i beroende av signalamplituden på fotomul- tiplikatorns 8 utgång, stegar via bistabila vippor 20 fram binärräknare Zl. Med hjälp av tvâ monostabila vippor 22 och 23 styres längden av utpulserna från de bistabila vipporna 20 och därmed räknefrekvensen. Räknarna 21 är i sin tur anslutna till mikrodatorn l5, som utför sina ovan be- skrivna beräkningar på grundval av räknarnas innehåll.

Det må nämnas att en av de fyra komparatorerna l7 svarar mot ovannämnda energiintervall över de tre enkanalsanalysa- torerna ll-l3.

En mängd modifieringar av den ovan beskrivna utförings- formen av anordningen enligt uppfinningen är möjliga inom uppfinningens ram.

Sammanfattningsvis är uppfinningen väl lämpad för kvantitativa analyser av jod- eller bariumhaltiga röntgen- kontrastmedels kinetik in vivo. Anordningen kan även an- vändas för kvantitativ bestämning av njurfunktionen såväl in vivo som in vitro genom analys av jodhaltiga kontrast- medels försvinnande ur blodet (mjukvävnad). Bestämningen kan härvid göras oblodigt (genom upprepade mätningar på en av patientens fingcrtoppar), genom analys av blod- prov eller genom utnyttjande av båda metoderna. Det inses också att anordningen är användbar för bestämning av hal- ten av olika ämnen, för vilka det äf möjligt att eliminera den störning som är beroende av jodinnehållet i NaI-scin- tillationsdctektorn. Anordningen är således väl lämpad l0 450 530 8 för bestämning av mineralhalt i olika matrix. Den kan även utnyttjas för analys "on stream" av mineralhalten i en industriell produktionsprocess för framtagning av exempel- vis röntgenkontrastmedel. Vid övergång från analys av ett ämne till ett annat kan samtliga energiintervall flyttas till optimala lägen i pulshöjdsfördelningen.

Slutligen må nämnas, att för inställning av vinkeln mellan primärstrâlningen från strålkällan l och den av detektorn 7, 8 detekterade strålningen strålkällan l är monterad på en U~formad bygel la, som är svängbar kring en horisontell axel, vilken går genom fingrets spets. nu

Claims (3)

10 15 20 25 30 450 530 PATENTKRAV

1. l. Anordning för bestämning av halten av ett ämne, som har högre atomnummer än 47, i en provvolym, k ä n - n e t e c k n a d av en strålningskälla (l) för sådan excitering av nämnda ämne i provvolymen med kollimerad strålning, att ämnet emitterar sin karakteristiska röntgen- strålning, en NaI(Tl)-scintillationsdetektor (7, 8), som är riktad mot provvolymen för mottagning av röntgenstrâl- ning från denna i en sådan vinkel, större än 900, relativt den mot provvolymen riktade, kollimerade exciterings- strålningen, att såväl från provvolymen mottagna, Compton-spridda fotoners energi som differensen mellan denna energi-och 28,5.keV är väl skild från energin hos nämnda ämnes karakteristiska röntgenstrålning, tre enkanalsanalysatorer (ll, 12, 13), av vilka en första (l2) registrerar detektorns pulstal inom ett förutbestämt energiintervall kring energivärdet för nämnda ämnes karak- teristiska röntgenstrålning och de andra två (ll, 13) registrerar pulstalen vid nämnda intervalls gränser, samt en beräkningsenhet (15), för att ur sistnämnda två pulstal bestämma bakgrundsstrålningen i nämnda intervall och bestäm- (l2)' pulstal och det bakgrundsstrålningen representerande puls- talet.

2. Anordning enligt patentkravet l för bestämning av ma halten ur skillnaden mellan den första analysatorns jodhalt i en provvolym, k ä n n e t e c k n a d därav, att strålningskällan (l) är 1“1Am och att vinkeln mellan exciteringsstrålningen och den detekterade strålningen är ungefär 1350.

3. Anordning enligt patentkravet l eller 2, k ä n - n e t e c k n a d därav, att beräkningsenheten (15) är anordnad att beräkna bakgrundsstrålningspulstalet med hjälp av formeln: , 450 530 10 B = m-(m + ååfr + c) + (k-(Bl + n-f-'ïfr + c) där k, c och n beräknas med hjälp av pulstalen vid nämnda intervalls gränser.