專利名稱：基于放射性核素源的無創(chuàng)傷人體骨鉛含量測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種人體骨鉛含量測量裝置，尤其涉及一種基于放射性核素源
C09Cd或'"Pu等)的無創(chuàng)傷人體(脛骨或跟骨等)骨鉛含量測量裝置。
背景技術(shù)：
鉛是人類受工業(yè)和環(huán)境污染毒害嚴(yán)重的重金屬微量元素之一。過量的鉛被人體
攝入會造成人體多種疾病，會使神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、肝腎代謝系統(tǒng)、
循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生病變；對人有較高的致癌的概率；特別嚴(yán)重影響青少年智力和身體的正常發(fā) 育，釀成孩童智商降低和身高滯長的嚴(yán)重后果。 臨床醫(yī)學(xué)上，目前國內(nèi)外常采集人體外周血，用石墨爐原子吸收儀等精密生化儀 器分析血鉛含量(標(biāo)準(zhǔn)GB11504-89)，確定100 y g/L為正常人血鉛上限值。然而由于血鉛 含量較低(約為10ppb l卯m)，而且血鉛的生物半衰期很短(僅20多天)，因此血鉛值僅能 反映近期人體受鉛污染的狀況。而骨骼是鉛中毒的靶器官，成人大約95%的體內(nèi)鉛積存在 骨骼中(兒童亦有85%以上的鉛積存在骨骼中)，而且骨鉛的生物半衰期很長(從幾年到 幾十年，平均值約為25年)，因此骨骼中鉛含量能夠代表人體鉛中毒的累積效應(yīng)。 再之，骨骼中的鉛在一定條件下會釋放到血液和其他組織中，所以骨鉛會造成內(nèi) 源性的鉛污染源?？梢姕y量骨骼中的鉛含量才是較可靠的評定人體鉛中毒程度的指標(biāo) (Lillian J Somervaille et al，phys. Med. Biol. ，1985，Vol. 30， No.9，939 943)。 關(guān)于骨鉛的無創(chuàng)傷測量技術(shù)，國外有人報導(dǎo)過用體內(nèi)X射線熒光分析技術(shù)，在 實驗條件下測試過骨鉛含量(Huiling Nie et al，薦l. Instr. & Meth. inPhys. Resear. B213，2004，579 583)。近年來，本發(fā)明人在該領(lǐng)域作過不少研究，2008年2月20日 國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)"人體指骨鉛密度無創(chuàng)傷測量方法及其裝置"發(fā)明專利(專利號 ZL200510019009. 8) ;2009年2月4日授權(quán)"利用偏振X射線束無創(chuàng)傷測量人體脛骨鉛含量 的裝置"實用新型專利(專利號ZL200820067022. X)。為了探求醫(yī)學(xué)臨床更實用性的測量 裝置，提高分析靈敏度，完成多種骨骼鉛含量的測量，在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，特導(dǎo)出一種用 多種放射性核素(1Q9Cd或，u等)實施無創(chuàng)傷測量人體骨骼(脛骨或跟骨等)中鉛含量的 技術(shù)裝置。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有人體血鉛測量技術(shù)的嚴(yán)重缺陷，促進骨鉛無創(chuàng)傷 性測量技術(shù)的發(fā)展。針對現(xiàn)有用57Co Y源測量人體指骨鉛密度的靈敏度低和可應(yīng)用時段 短的缺點，以及針對利用偏振X射線來測量人體骨鉛裝置的部件較多，射線束校準(zhǔn)、調(diào)節(jié)、 屏蔽要求苛刻的不足之處，本實用新型提供一種基于放射性核素源的無創(chuàng)傷人體骨鉛含量 測量裝置。 本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的 利用放射性核素源，Cd對人體脛骨安全性地外照射，快速測量人體骨骼中鉛元素的含量。其物理過程為，Cd釋放出的能量88.035Kev的y射線激發(fā)骨骼中鉛元素，釋放 出Ka 、 Ke特征X射線熒光，應(yīng)用高純鍺探測器探測X射線信號，用多道分析器分析這些特 征X射線的能量和強度，從而確定脛骨中的鉛含量。 本實用新型由三個部分組成 第一，核素源的屏蔽與其激發(fā)脛骨鉛，釋放特征X射線； 第二，特征X射線的探測； 第三，探測裝置輸出光電信號的放大、調(diào)控及電腦程控下的多道分析，輸出骨鉛含量值。 具體地說，本實用新型包括核素源裝置、人腿/體模裝置、探測裝置、液氮冷卻系 統(tǒng)、高低壓電源、前置放大器、調(diào)控器、多道分析器、小型電腦和輸出器； 核素源裝置置于人腿/體模裝置的測試位左邊，由核素源裝置1發(fā)出的y射線經(jīng)
人腿或體模反射而產(chǎn)生的熒光X射線進入探測裝置； 探測裝置、前置放大器、調(diào)控器、多道分析器、輸出器依次連接； 小型電腦和多道分析器連接； 高低壓電源和液氮冷卻系統(tǒng)分別與探測裝置連接，分別提供電源和低溫工作條 件。 本實用新型具有以下優(yōu)點和積極效果 1 、與目前我國醫(yī)療檢測部門正在應(yīng)用的人體外周血鉛含量檢測方法比較，本實用 新型是一種無創(chuàng)傷、無痛苦的檢測裝置，人體接受X射線照射的劑量小于腿骨拍片的X光 輻照劑量1/10，因而十分安全。另外，血鉛值只能代表近期人體受鉛污染的水平，不能表征 鉛在人體內(nèi)的累積效應(yīng)和內(nèi)源性危害狀況，而骨鉛測量值能夠較全面反映人體鉛中毒的程度。 2、從測量程序上看，血鉛測量要制樣、處理樣品，最后得出結(jié)果需時較多；而本實 用新型在電腦程序設(shè)計的指令下工作，可直接、快速得出分析結(jié)果。 3、與國外已有技術(shù)相比，本實用新型采用可調(diào)節(jié)源與樣品距離的射線輻照方式， 克服了 ，Cd源應(yīng)用時段不夠長的缺點，有利于醫(yī)療檢測儀器的正常應(yīng)用。測試人體部位脛 骨或跟骨，提高了測量靈敏度，增強了專利技術(shù)開發(fā)的可行性。 4、本實用新型不僅對人體骨鉛元素進行無創(chuàng)傷、無痛苦、快速、安全的定量檢測， 而且可以同期對骨骼中的鈣、鋅、鍶等微量元素進行測量，為研究骨骼的營養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是核素源裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是調(diào)控器結(jié)構(gòu)方框圖； 圖4是多道分析器、小型電腦和輸出器的結(jié)構(gòu)方框圖； 圖5是，Cd源激發(fā)鉛XRF譜PbK峰及相干散射和非相干散射峰譜圖。 其中 1-核素源裝置； 1. 0-核素源，1. 1-屏蔽腔；1. 2_蓋帽；
4[0031]1.3-銅過濾板；1.4-固定桿。2--人腿/體模裝置；2.01-人腿；2. 02-體模；2.1-固定支架；2. 2-前擋板；2. 3-固定粘帶。[0035]3--探測裝置；3.0-探測器；3. 1-苯乙烯過濾板；3.2-圓銅內(nèi)套；3.3-不銹鋼外套；3. 4-支座。4--液氮冷卻系統(tǒng)。5--高低壓電源。6--前置放大器。7--調(diào)控器；7.1-延時放大器；7. 2-線性放大器;7. 3-模數(shù)轉(zhuǎn)換器8--多道分析器；8.1-放大器；8. 2-規(guī)范線性門；8. 3--波峰延時器；8.4-SCA電路；8. 5-ADC電路。9--小型電腦9.1-鍵盤或鼠標(biāo)；9. 2-控制器；9. 3--顯示器；9.4_寄存器；9. 5-1/0界面。io-輸出器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型詳細(xì)說明 —、總體 如圖l，本實用新型包括核素源裝置1、人腿/體模裝置2、探測裝置3、液氮冷卻系 統(tǒng)4、高低壓電源5、前置放大器6、調(diào)控器7、多道分析器8、小型電腦9和輸出器10 ; 核素源裝置1置于人腿/體模裝置2的測試位左邊，由核素源裝置1發(fā)出的Y射 線經(jīng)人腿或體模反射而產(chǎn)生的熒光X射線進入探測裝置3 ; 探測裝置3、前置放大器6、調(diào)控器7、多道分析器8、輸出器10依次連接； 小型電腦9和多道分析器8連接； 高低壓電源5和液氮冷卻系統(tǒng)4分別與探測裝置3連接，分別提供電源和低溫工 作條件。 二、零部件 1、核素源裝置1 如圖1、2，核素源裝置1包括核素源1. 0、屏蔽腔1. 1、蓋帽1. 2、銅過濾板1. 3和固 定桿1. 4 ; 核素源1. 0置于屏蔽腔1. 1中，屏蔽腔1. 1、固定桿1. 4、蓋帽1. 2和銅過濾板1. 3 依次連接。 屏蔽腔1. 1和蓋帽1. 2均由鎢合金塊加工而成； 銅過濾板1. 3由純銅板制成；[0063] 固定桿1. 4由合成樹脂條制成。 2、人腿/體模裝置2 如圖1，人腿/體模裝置2包括人腿2. 01、體模2. 02、固定支架2. 1、前擋板2. 2和 固定粘帶2. 3 ;人腿2. 01或體模2. 02放置在固定支架2. 1的底部，通過前擋板2. 2和固定 粘帶2.3固定。 人腿2. 01的測試部位為小腿中部脛骨； 所述的體模(phantoms) 2. 02即人造假脛骨，為鉛含量定量定標(biāo)的標(biāo)樣，其材質(zhì)為
石膏(CaS04*2H20)分別摻入鉛含量不同濃度為0、10、30、60、100、150、210(ii g Pb/g石膏)
的乙酸鉛化合物，制成直徑27mm、高度90mm的圓柱體。 固定支架2. 1由不銹鋼加工而成； 前擋板2. 2為圓弧形鋁塊； 固定粘帶2. 3由帆布粘帶制成。 3、探測裝置3 如圖l，探測裝置3包括探測器3. 0、苯乙烯過濾板3. 1、圓銅內(nèi)套3. 2、不銹鋼外套 3. 3和支座3. 5 ; 從內(nèi)向外，探測器3. 0、圓銅內(nèi)套3. 2和不銹鋼外套3. 3依次連接； 在探測器3. 0的前方設(shè)置有苯乙烯過濾板3. 1 ; 不銹鋼外套3. 3固定在支座3.4上。 探測器3. 0的工作原理是 探測器3. 0是一種半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換器，將脛骨鉛散射的特征X射線熒光轉(zhuǎn)換成電 脈沖。 探測器3. 0選用一種高純鍺(HpGe)低能探測器，應(yīng)用RC反饋，活性面積2000mm2 的GL2020R(以下所述產(chǎn)品均為Canberra公司產(chǎn)品)。 探測器3. 0需要在液氮致冷條件下工作，由液氮冷卻系統(tǒng)4來實現(xiàn)。 4、液氮冷卻系統(tǒng)4 液氮冷卻系統(tǒng)4選用一種790SSL-30 Horizontal Integral SlimlineCryostats
低溫保持器。 5、高低壓電源5 低電壓電源選用Modle 2100Bin/Power Supply; 高電壓電源選用Modle 3106D 0-6KV H.V.Power S聊ly。 6、前置放大器6 前置放大器6選用Model 2002Ge Detector preamplif ier。 7、調(diào)控器7 如圖3，調(diào)控器7由依次連接的延時放大器7. 1、線性放大器7. 2和模數(shù)轉(zhuǎn)換器7. 3組成。 調(diào)控器7的工作原理是 由探測器3輸出的光電脈沖，經(jīng)過前置放大器6后，輸入調(diào)控器7，進行信號波形的
變換、線性放大、信號甄別和輻度的分析，輸入多道分析器8。 延時放大器7. 1選用Model 1457 ;
6[0092] 線性放大器7. 2選用Model 2022 ; 模數(shù)轉(zhuǎn)換器7. 3選用Model 2015。 8、多道分析器8、小型電腦9和輸出器10 如圖4，多道分析器8的結(jié)構(gòu)是放大器8. 1、規(guī)范線性門8. 2、波峰延時器8. 3、ADC 8. 5依次連接；SCA8. 4分別與規(guī)范線性門8. 2和ADC 8. 5連接。 如圖4，小型電腦9的結(jié)構(gòu)是鍵盤或鼠標(biāo)9. 1、控制器9. 2和I/O界面9. 5依次連 接；顯示器9. 3分別與寄存器9. 4、控制器9. 2連接；寄存器9. 4和I/O界面9. 5連接。 如圖4，輸出器(打印機)10和1/0界面9.5連接。 由小型電腦9實施的程序設(shè)計形成的軟件系統(tǒng)(另案申報國家軟件著作權(quán)登記)， 補充了常規(guī)X射線熒光分析不足的軟件功能。 多道分析器8選用Model 8701ADC和DSA—1000DSP桌面多道分析器。 小型電腦9選用索尼筆記本電腦VGN-S45CS。 三、本裝置的工作原理是 由核素源1.0(，Cd)產(chǎn)生的E = 88.03KeV的Y射線，照射人腿2. 01上，使人腿 2.01中鉛元素產(chǎn)生Pb K X射線熒光，該X射線熒光射入探測器3.0，熒光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?號，又經(jīng)前置放大器6預(yù)放大，輸入調(diào)控器7進行放大、變形，數(shù)模轉(zhuǎn)換再輸入多道分析器 8，在小型電腦9程序設(shè)計軟件的指令控制下，小型電腦9的顯示器9. 3顯示出Pb K XRF譜 (見圖6)分別對Kal、 Ka2、 KM等峰面積進行積分計算，將這些積分計數(shù)儲存于小型電腦9 中。 這些數(shù)據(jù)分別與事先已在同樣測量參數(shù)、同樣測量時段下，體模2. 02定標(biāo)回歸線 實施最小二乘法擬合比較，小型電腦9運算直接指令輸出器10，輸出人腿2. 01的鉛含量值 P (P gPb/g bone)。 另外，人腿2. 01被射線輻照15min接受的放射生物劑量當(dāng)量EDE《5 y SV，人腿 2. 01的骨鉛所能探測的最低探測限(MDL) P《15ii g Pb/g bone。
權(quán)利要求一種基于放射性核素源的無創(chuàng)傷人體骨鉛含量測量裝置，其特征在于包括核素源裝置(1)、人腿/體模裝置(2)、探測裝置(3)、液氮冷卻系統(tǒng)(4)、高低壓電源(5)、前置放大器(6)、調(diào)控器(7)、多道分析器(8)、小型電腦(9)和輸出器(10)；核素源裝置(1)置于人腿/體模裝置(2)的測試位左邊，由核素源裝置(1)發(fā)出的γ射線經(jīng)人腿或體模反射而產(chǎn)生的熒光X射線進入探測裝置(3)；探測裝置(3)、前置放大器(6)、調(diào)控器(7)、多道分析器(8)、輸出器(10)依次連接；小型電腦(9)和多道分析器(8)連接；高低壓電源(5)和液氮冷卻系統(tǒng)(4)分別與探測裝置(3)連接，分別提供電源和低溫工作條件。
2. 按權(quán)利要求1所述的人體骨鉛含量測量裝置，其特征在于核素源裝置(1)包括核素源(1. 0)、屏蔽腔(1. 1)、蓋帽(1. 2)、銅過濾板(1. 3)和固定 桿(1. 4);核素源(1.0)置于屏蔽腔(1. 1)中，屏蔽腔(1. 1)、固定桿(1.4)、蓋帽(1.2)和銅過濾 板(1.3)依次連接。
3. 按權(quán)利要求1所述的人體骨鉛含量測量裝置，其特征在于人腿/體模裝置(2)包括人腿(2. 01)、體模(2. 02)、固定支架(2. 1)、前擋板(2. 2)和 固定粘帶(2.3);人腿(2.01)或體模(2.02)放置在固定支架(2. 1)的底部，通過前擋板 (2.2)和固定粘帶(2.3)固定。
4. 按權(quán)利要求1所述的人體骨鉛含量測量裝置，其特征在于探測裝置(3)包括探測器(3.0)、苯乙烯過濾板(3. 1)、圓銅內(nèi)套(3. 2)、不銹鋼外套 (3. 3)和支座(3. 4);從內(nèi)向外，探測器(3.0)、圓銅內(nèi)套(3. 2)和不銹鋼外套(3. 3)依次連接; 在探測器(3.0)的前方設(shè)置有苯乙烯過濾板(3. 1); 不銹鋼外套(3.3)固定在支座(3.4)上。
5. 按權(quán)利要求1所述的人體骨鉛含量測量裝置，其特征在于調(diào)控器(7)由依次連接的延時放大器(7. 1)、線性放大器(7. 2)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7. 3)組成。
6. 按權(quán)利要求l所述的人體骨鉛含量測量裝置，其特征在于多道分析器(8)的結(jié)構(gòu)是放大器(8. 1)、規(guī)范線性門(8. 2)、波峰延時器(8. 3) 、 ADC(8. 5)依次連接SCA(8. 4)分 別與規(guī)范線性門(8. 2)和ADC(8. 5)連接。
7. 按權(quán)利要求l所述的人體骨鉛含量測量裝置，其特征在于小型電腦(9)的結(jié)構(gòu)是 鍵盤或鼠標(biāo)(9. 1)、控制器(9. 2)和I/O界面(9. 5)依次連接；顯示器(9. 3)分別與寄存器(9. 4)、控制器(9. 2)連接；寄存器(9. 4)和I/O界面(9. 5)連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基于放射性核素源的無創(chuàng)傷人體骨鉛含量測量裝置，涉及一種人體骨鉛含量測量裝置。本實用新型的結(jié)構(gòu)是核素源裝置(1)置于人腿/體模裝置(2)的測試位左邊，由核素源裝置(1)發(fā)出的γ射線經(jīng)人腿或體模反射而產(chǎn)生的熒光X射線進入探測裝置(3)；探測裝置(3)、前置放大器(6)、調(diào)控器(7)、多道分析器(8)、輸出器(10)依次連接；小型電腦(9)和多道分析器(8)連接；高低壓電源(5)和液氮冷卻系統(tǒng)(4)分別與探測裝置(3)連接，分別提供電源和低溫工作條件。本實用新型不僅對人體骨鉛元素進行無創(chuàng)傷、無痛苦、快速、安全的定量檢測，而且可以同期對骨骼中的鈣、鋅、鍶等微量元素進行測量。
文檔編號A61B6/00GK201529126SQ20092008519
公開日2010年7月21日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者王海嬰 申請人:王海嬰