双探头WIZARD2 2470型伽马计数仪定量性能研究

赵富宽，徐希杰，王 燕,2

(1.国家卫生健康委员会核医学重点实验室，江苏省分子核医学重点实验室，江苏省原子医学研究所，江苏 无锡 214063；2.苏州大学附属第一医院，江苏 苏州 215006)

伽马计数仪是利用放射性同位素示踪技术的灵敏度、特异性、不受内源性物质影响等特性对微量放射性进行精确定量分析的专用仪器之一，主要适用于放射免疫检测、放射性药物质控、放射性药物在生物体内吸收、分布、代谢及排泄(ADME)等过程的研究。根据仪器的自动化程度可分为半自动型和全自动型两种, 并有单探头和多探头的区别，多探头如双探头、4探头、10探头以及16或20探头等。无论哪种类型, 其仪器探测原理基本相同[1]，即待测样本中的γ射线射入到闪烁体(NaI晶体)，通过光电效应、康普顿效应和电子对效应产生次级电子，再由这些次级电子去激发闪烁体发光，所产生的光被光电倍增管接收，经光电转换及倍增过程，最后从光电倍增管的阳极输出电脉冲，分析和记录这些脉冲就能测定射线的强度和能量。

近年来, 随着科学技术发展和软硬件开发升级，该仪器发展迅速，市场上不同类型的产品较多，进口仪器，如芬兰Hidex全自动伽马计数仪，国产产品，如主要用于放射免疫分析的安徽中科中佳伽马放射免疫计数器等。美国Perkin Elmer生产的WIZARD2自动伽马计数仪，因配备井式探测器、自动化进样器及高效的铅屏蔽等，在科研和临床同位素检测方面应用较多[2-4]，具有检测能窗宽(最大为0～2 000 keV)，探测器灵敏度高、定量范围广等特点，可检测四五十种核素，包括正电子核素，如18F、68Ga、89Zr和11C等，单光子核素，如131I、125I和99mTc等，以及治疗核素177Lu、188Re和90Y等。

利用伽马计数仪进行微量放射性同位素精确定量的前提和基础是确定不同探头探测效率、仪器检测限、稳定性以及确定与放射性测量仪器(如活度计)之间的定量性能。尽管新装机伽马计数仪在投入使用前需采用已知活度的标定放射性核素(如目前常用的129I)对探测效率、伽马计数检测限、检测稳定性以及与放射性测量线性范围等性能进行系统研究，但由于待测核素与标定核素具有不同特性，如衰变特点、射线类型、射线能量等，不同核素的探测效率并不完全一致，因此在正式使用前，需要利用待测核素进行仪器性能的系统研究，尤其是对于目前软硬件较先进，探测效率高数倍，对于短半衰期核素更适用的多探头伽马计数仪。本研究除利用常用正电子核素18F外，还采用目前研究较多和临床转化潜力较大的两种新型正电子核素68Ga和89Zr[5-8]，对江苏省原子医学研究所新装机的Perkin Elmer公司双探头WIZARD2 2470伽马计数仪进行定量性能研究，以期为本实验室和同类实验室提供有借鉴意义的仪器定量研究方法和使用规范。

1 仪器与试剂

1.1 主要仪器

HM-7型回旋加速器：日本住友重机械工业株式会社；740 MBq68Ge-68Ga发生器：德国ITG公司；CRC-15R放射性活度计：美国CAPINTEC公司；双探头WIZARD2 2470伽马计数仪：美国Perkin Elmer公司；Milli-qadvantagea10型Q Advant超纯水系统：德国Milipore公司。

1.2 主要试剂

1 mol/L盐酸：德国默克公司；89Zr-oxalate：荷兰Perkin Elmer公司。

2 实验方法

2.1 定量性能

2.1.1样品制备 首先，根据68Ge/68Ga发生器使用说明书，结合文献[9]利用4 mL 0.05 mol/L HCl以1 mL/min的速度淋洗，收集中间1.5～3 mL的68Ga淋洗液用于后续实验；其次，用超纯水配制成80～100 μCi/mL的活度浓度作为最高浓度，利用活度计准确测量总活度并记录测量时间；随后5倍梯度稀释样品，配制8组68Ga核素的标准溶液以及1组超纯水空白溶媒对照；最后，从每种溶液中各取100 μL至放免管中，每个浓度均5个复孔，并利用活度计准确测量每个复孔的活度，记录测量活度的时间后利用伽马计数仪进行逐一计数检测，检测方法为选择68Ga测量程序，在2 h内间隔0.5～1 h重复计数三次，其中每次计数时对应的放射性活度根据第一次活度计测量结果衰变校正得到。

2.1.2两个探头探测效率比较 在利用双探头WIZARD2 2470伽马计数仪进行检测时，两个探头同时工作，为考察双探头的探测效率，本研究随机选择68Ga核素检测50～1 200 nCi范围内5组数据中的每个探头检测所得的伽马计数率(min-1)除以相应检测管衰变校正到伽马计数时刻的活度(nCi)，计算该核素放射性活度计和双探头WIZARD2 2470伽马计数仪之间的归一化系数，即单位活度(nCi-1)的计数率(min-1)，通过该参数衡量双探头探测效率和定量性能。

2.1.3实际噪声影响 尽管使用双探头WIZARD2 2470伽马计数仪进行测量时，程序中已设置扣除环境本底，但由于双探头是并列放置于铅屏蔽中，中心间距<5 cm，故双探头的实际噪声计数比无源噪声(环境本底)多，因此在对数据进行系统分析前，需考察实际噪声对于伽马计数仪计数率(min-1)的影响。具体分析方法是对如上三次68Ga核素伽马计数的数据计算扣除和未扣除实际噪声(超纯水空白溶媒对照)两种情况下68Ga核素单位活度(nCi-1)的计数率(min-1)，以便考察实际噪声对于仪器定量性能的影响。

2.1.4定量限检测 理论上，在仪器定量限内单位活度核素的伽马计数率值应该是一个定值，对如上三次68Ga核素单位活度的计数率值进行分析可确认仪器定量准确的计数率值范围。

2.1.5检测稳定性 分析如上三次68Ga核素伽马计数时检测限内的单位活度(nCi-1)的计数率，即68Ga核素CRC-15R放射性活度计和双探头WIZARD2 2470伽马计数仪之间的归一化系数可判断仪器的检测稳定性。

2.2 三种核素线性范围研究

2.2.168Ga核素 对2.1部分定量限内扣除实际噪声后的伽马计数率(min-1)与相应的衰变校正到测量时的放射性活度(nCi)进行线性拟合，考察该仪器中68Ga核素的定量线性范围，并根据线性方程进一步确认68Ga核素CRC-15R放射性活度计和双探头WIZARD2 2470伽马计数仪之间的归一化系数。

2.2.218F核素 首先，利用超纯水将加速器生产的18F离子溶液配制成50～80 μCi/mL的活度浓度作为最高浓度；随后利用超纯水进行5倍梯度稀释，配制6组18F核素的标准溶液以及1组超纯水空白溶媒对照；再次，从每种溶液各取100 μL至放免管中，每个浓度5个复孔，并利用活度计准确测量每个复孔的活度，记录测量活度的时间；最后，2 h内间隔0.5～1 h利用伽马计数仪测量两次计数，并对定量限内扣除实际噪声后的伽马计数率(min-1)与相应的检测管衰变校正到测量时的放射性活度(nCi)进行线性拟合，考察该仪器18F核素的定量线性范围，并根据线性方程进一步确认18F核素CRC-15R放射性活度计和双探头WIZARD2 2470伽马计数仪之间的归一化系数。

2.2.389Zr核素 首先，利用超纯水将购买的89Zr-oxalate溶液配制成50～80 μCi/mL的活度浓度作为最高浓度；随后利用超纯水进行5倍梯度稀释，配制6组89Zr核素的标准溶液以及1组超纯水空白溶媒对照；再次，从每种溶液中各取100 μL至放免管中，每个浓度5个复孔，并利用活度计准确测量每个复孔的活度，记录测量活度的时间；最后，90 h内间隔12～24 h利用伽马计数仪测量三次计数，并对定量限内扣除实际噪声后的伽马计数率(min-1)与相应的检测管衰变校正到测量时的放射性活度(nCi)进行线性拟合，考察该仪器中89Zr核素的定量线性范围，并根据线性方程进一步确认89Zr核素CRC-15R放射性活度计和双探头WIZARD2 2470伽马计数仪之间的归一化系数。

2.3 数据处理和分析

3 结果与讨论

3.1 双探头探测效率

根据核素特性，将68Ga放射性剂量校正到检测时，根据1#探头和2#探头分别测得的伽马计数率(min-1)计算两个探头的68Ga核素单位活度(nCi-1)的计数率(min-1)为双探头探测效率，如图1所示，两探头探测效率一致，无统计学差异(P>0.05)。

图1 双探头探测效率定量结果Fig.1 Quantitative results of two probes detection efficiency

3.2 实际噪声的影响

在不扣除实际噪声的情况下，实际噪声对低活度(低于54.60 nCi)计数影响较大，且活度越低，影响越大(如图2所示)，在277.21 nCi时单位活度伽马计数率为1 995±41 min-1，而活度为54.60、10.75、2.12和0.42 nCi时比值分别为2 178±7、2 819±41、6 598±180和10 419±8 693，各组间均存在极显著差异，P<0.000 1；在扣除实际噪声的情况下，放射性活度从2.12～1 407.54 nCi的范围内，伽马计数率/放射性活度的比值均基本一致，为1 910±77，因此本研究中数据处理均采用扣除实际噪声的方式，并建议使用双(多)探头的同类仪器时要随行检测空白对照管，并在数据处理时考虑实际噪声对定量结果的影响。

图2 实际噪声对于伽马计数仪定量性能的影响Fig.2 Effect of actual noise on the quantitative performance of the gamma counter

3.3 定量检测限

理论上，对于同一核素在仪器定量限内单位活度核素的伽马计数为定值，本部分利用活度范围为0.037～7 146.7 nCi的68Ga核素进行伽马计数以确认仪器定量限。结果如图2所示，伽马计数率在1×103～6×106min-1范围时，伽马计数率/活度(min-1/nCi)基本一致(图3a)，为1 884±117，其中，1×103～1×105min-1范围内，比值为1 848±150(图3b)。

a——检测范围为0～1.11×107；b——检测范围为0～1×105图3 伽马计数仪定量限检测结果Fig.3 The results of the quantitative limit of gamma counter

当计数率小于1×103min-1时，单位活度伽马计数率组内差异较大且较低，如计数率为651 min-1和330 min-1时，伽马计数率/活度比值分别为1 562±236和1 023±690，低于计数率1 700 min-1的比值为1 804±497；当计数率大于6×106min-1时，单位活度伽马计数率降低，且计数率越大，该值就越低，如计数率为8×106、9×106和1.1×107min-1时，伽马计数率/活度(min-1/nCi)比值分别为1 731±19、1 663±17和1 551±15，与5.8×106的比值1 839±19相比，均存在显著性差异，P<0.000 1。

综上，本仪器伽马计数率的检测限为1×103～6×106min-1，定量范围较宽。

3.4 定量稳定性

在仪器定量范围内，利用68Ga核素对伽马计数仪的定量稳定性进行考察，结果如图4所示，三次测量所得单位活度核素的伽马计数率分别为(1 904±104) min-1(n=25)、(1 842±73) min-1(n=25)和(1 873±123) min-1(n=30)，组间并无统计学差异，P>0.05，因此该仪器批次间定量稳定性好。

图4 伽马计数仪定量稳定性检测结果Fig.4 Quantitative stability results of the gamma counter

3.5 三种核素定量线性分析

在仪器定量限范围内，三种正电子核素均随放射性剂量增加伽马计数率(min-1)呈线性增加的趋势。如图5所示，对三种核素的检测结果以放射性活度(nCi)为横坐标，以伽马计数率(min-1)为纵坐标进行线性拟合后发现线性均较理想(R2>0.999)，结合伽马计数仪计数率定量范围1×103～6×106min-1可得到68Ga、18F和89Zr三种核素可定量检测的活度范围分别为：0.5～3 200 nCi、0.4～2 400 nCi和1.5～8 800 nCi。

a——68Ga核素伽马计数率与放射性剂量线性关系； b——18F核素伽马计数值与放射性剂量线性关系；c——89Zr核素伽马计数率与放射性剂量线性关系；d——三种正电子核素CRC-15R放射性活度计和双探头WIZARD2 2470伽马计数仪归一化系数图5 三种正电子核素伽马计数仪定量线性结果(单位活度伽马计数率)对比Fig.5 Quantitative linear results of gamma counter for three positronium nuclides (namely the gamma count rate(min-1) per radioactivity (nCi)

由于各正电子源的分支比差异和正电子初始能量不同，导致双探头测量系统的效率有明显差异，所以2个探测系统的归一化系数对每个源不同。本研究中三种核素(68Ga、18F和89Zr)的单位活度核素的伽马计数率如图5d所示，其中18F核素最高，为2 544 min-1；其次为68Ga核素，为1 862 min-1；最低的为89Zr核素，为683.8 min-1。

尽管不同核素有不同单位活度核素的伽马计数率，但通常待研究的放射性药物由一种特定核素进行标记，且用于表征放射性浓度的数值，如单位组织注射剂量百分比(%ID/g)和标准摄取值(SUV)等均为比值的形式，因此，在检测样品时随行检测标准管和空白管的情况下并不影响该仪器用于放射性药物微量精确定量的研究。

4 小结

本研究探讨了三种常用正电子核素在新型伽马计数仪上的定量性能，为后续利用该仪器开展同位素示踪药物体内分布、代谢、药效评价等实验提供方法学支持。同时，本研究中建立的伽马计数仪定量性能研究的方法，包括如何进行双(多)探头探测效率、伽马计数检测限、检测稳定性以及与放射性测量线性范围等，有望为其他实验室的同类仪器的规范使用提供有借鉴意义的参考方法。

由于仪器灵敏度高以及双探头同时检测，在使用伽马计数仪进行定量实验时，建议随时检测实际噪声的计数率，尤其是在放射性剂量较低的情况下，需要在最终定量计算时考虑实际噪声的影响；该仪器定量范围较宽，计数率在1×103～6×106min-1范围内，即三种核素68Ga、18F和89Zr的活度范围分别为0.5～3 200 nCi、0.4～2 400 nCi和1.5～8 800 nCi时，伽马计数率与放射性活度线性关系良好、定量精度高，稳定性佳；需要注意的是在实际检测时，当计数率高于检测限时，可稀释或衰变后再行检测。