雙探頭WIZARD2 2470型伽馬計數儀定量性能研究

趙富寬，徐希杰，王 燕,2

(1.國家衛生健康委員會核醫學重點實驗室，江蘇省分子核醫學重點實驗室，江蘇省原子醫學研究所，江蘇 無錫 214063；2.蘇州大學附屬第一醫院，江蘇 蘇州 215006)

伽馬計數儀是利用放射性同位素示蹤技術的靈敏度、特異性、不受內源性物質影響等特性對微量放射性進行精確定量分析的專用儀器之一，主要適用于放射免疫檢測、放射性藥物質控、放射性藥物在生物體內吸收、分布、代謝及排泄(ADME)等過程的研究。根據儀器的自動化程度可分為半自動型和全自動型兩種, 并有單探頭和多探頭的區別，多探頭如雙探頭、4探頭、10探頭以及16或20探頭等。無論哪種類型, 其儀器探測原理基本相同[1]，即待測樣本中的γ射線射入到閃爍體(NaI晶體)，通過光電效應、康普頓效應和電子對效應產生次級電子，再由這些次級電子去激發閃爍體發光，所產生的光被光電倍增管接收，經光電轉換及倍增過程，最后從光電倍增管的陽極輸出電脈沖，分析和記錄這些脈沖就能測定射線的強度和能量。

近年來, 隨著科學技術發展和軟硬件開發升級，該儀器發展迅速，市場上不同類型的產品較多，進口儀器，如芬蘭Hidex全自動伽馬計數儀，國產產品，如主要用于放射免疫分析的安徽中科中佳伽馬放射免疫計數器等。美國Perkin Elmer生產的WIZARD2自動伽馬計數儀，因配備井式探測器、自動化進樣器及高效的鉛屏蔽等，在科研和臨床同位素檢測方面應用較多[2-4]，具有檢測能窗寬(最大為0～2 000 keV)，探測器靈敏度高、定量范圍廣等特點，可檢測四五十種核素，包括正電子核素，如18F、68Ga、89Zr和11C等，單光子核素，如131I、125I和99mTc等，以及治療核素177Lu、188Re和90Y等。

利用伽馬計數儀進行微量放射性同位素精確定量的前提和基礎是確定不同探頭探測效率、儀器檢測限、穩定性以及確定與放射性測量儀器(如活度計)之間的定量性能。盡管新裝機伽馬計數儀在投入使用前需采用已知活度的標定放射性核素(如目前常用的129I)對探測效率、伽馬計數檢測限、檢測穩定性以及與放射性測量線性范圍等性能進行系統研究，但由于待測核素與標定核素具有不同特性，如衰變特點、射線類型、射線能量等，不同核素的探測效率并不完全一致，因此在正式使用前，需要利用待測核素進行儀器性能的系統研究，尤其是對于目前軟硬件較先進，探測效率高數倍，對于短半衰期核素更適用的多探頭伽馬計數儀。本研究除利用常用正電子核素18F外，還采用目前研究較多和臨床轉化潛力較大的兩種新型正電子核素68Ga和89Zr[5-8]，對江蘇省原子醫學研究所新裝機的Perkin Elmer公司雙探頭WIZARD2 2470伽馬計數儀進行定量性能研究，以期為本實驗室和同類實驗室提供有借鑒意義的儀器定量研究方法和使用規范。

1 儀器與試劑

1.1 主要儀器

HM-7型回旋加速器：日本住友重機械工業株式會社；740 MBq68Ge-68Ga發生器：德國ITG公司；CRC-15R放射性活度計：美國CAPINTEC公司；雙探頭WIZARD2 2470伽馬計數儀：美國Perkin Elmer公司；Milli-qadvantagea10型Q Advant超純水系統：德國Milipore公司。

1.2 主要試劑

1 mol/L鹽酸：德國默克公司；89Zr-oxalate：荷蘭Perkin Elmer公司。

2 實驗方法

2.1 定量性能

2.1.1樣品制備 首先，根據68Ge/68Ga發生器使用說明書，結合文獻[9]利用4 mL 0.05 mol/L HCl以1 mL/min的速度淋洗，收集中間1.5～3 mL的68Ga淋洗液用于后續實驗；其次，用超純水配制成80～100 μCi/mL的活度濃度作為最高濃度，利用活度計準確測量總活度并記錄測量時間；隨后5倍梯度稀釋樣品，配制8組68Ga核素的標準溶液以及1組超純水空白溶媒對照；最后，從每種溶液中各取100 μL至放免管中，每個濃度均5個復孔，并利用活度計準確測量每個復孔的活度，記錄測量活度的時間后利用伽馬計數儀進行逐一計數檢測，檢測方法為選擇68Ga測量程序，在2 h內間隔0.5～1 h重復計數三次，其中每次計數時對應的放射性活度根據第一次活度計測量結果衰變校正得到。

2.1.2兩個探頭探測效率比較 在利用雙探頭WIZARD2 2470伽馬計數儀進行檢測時，兩個探頭同時工作，為考察雙探頭的探測效率，本研究隨機選擇68Ga核素檢測50～1 200 nCi范圍內5組數據中的每個探頭檢測所得的伽馬計數率(min-1)除以相應檢測管衰變校正到伽馬計數時刻的活度(nCi)，計算該核素放射性活度計和雙探頭WIZARD2 2470伽馬計數儀之間的歸一化系數，即單位活度(nCi-1)的計數率(min-1)，通過該參數衡量雙探頭探測效率和定量性能。

2.1.3實際噪聲影響 盡管使用雙探頭WIZARD2 2470伽馬計數儀進行測量時，程序中已設置扣除環境本底，但由于雙探頭是并列放置于鉛屏蔽中，中心間距<5 cm，故雙探頭的實際噪聲計數比無源噪聲(環境本底)多，因此在對數據進行系統分析前，需考察實際噪聲對于伽馬計數儀計數率(min-1)的影響。具體分析方法是對如上三次68Ga核素伽馬計數的數據計算扣除和未扣除實際噪聲(超純水空白溶媒對照)兩種情況下68Ga核素單位活度(nCi-1)的計數率(min-1)，以便考察實際噪聲對于儀器定量性能的影響。

2.1.4定量限檢測 理論上，在儀器定量限內單位活度核素的伽馬計數率值應該是一個定值，對如上三次68Ga核素單位活度的計數率值進行分析可確認儀器定量準確的計數率值范圍。

2.1.5檢測穩定性 分析如上三次68Ga核素伽馬計數時檢測限內的單位活度(nCi-1)的計數率，即68Ga核素CRC-15R放射性活度計和雙探頭WIZARD2 2470伽馬計數儀之間的歸一化系數可判斷儀器的檢測穩定性。

2.2 三種核素線性范圍研究

2.2.168Ga核素 對2.1部分定量限內扣除實際噪聲后的伽馬計數率(min-1)與相應的衰變校正到測量時的放射性活度(nCi)進行線性擬合，考察該儀器中68Ga核素的定量線性范圍，并根據線性方程進一步確認68Ga核素CRC-15R放射性活度計和雙探頭WIZARD2 2470伽馬計數儀之間的歸一化系數。

2.2.218F核素 首先，利用超純水將加速器生產的18F離子溶液配制成50～80 μCi/mL的活度濃度作為最高濃度；隨后利用超純水進行5倍梯度稀釋，配制6組18F核素的標準溶液以及1組超純水空白溶媒對照；再次，從每種溶液各取100 μL至放免管中，每個濃度5個復孔，并利用活度計準確測量每個復孔的活度，記錄測量活度的時間；最后，2 h內間隔0.5～1 h利用伽馬計數儀測量兩次計數，并對定量限內扣除實際噪聲后的伽馬計數率(min-1)與相應的檢測管衰變校正到測量時的放射性活度(nCi)進行線性擬合，考察該儀器18F核素的定量線性范圍，并根據線性方程進一步確認18F核素CRC-15R放射性活度計和雙探頭WIZARD2 2470伽馬計數儀之間的歸一化系數。

2.2.389Zr核素 首先，利用超純水將購買的89Zr-oxalate溶液配制成50～80 μCi/mL的活度濃度作為最高濃度；隨后利用超純水進行5倍梯度稀釋，配制6組89Zr核素的標準溶液以及1組超純水空白溶媒對照；再次，從每種溶液中各取100 μL至放免管中，每個濃度5個復孔，并利用活度計準確測量每個復孔的活度，記錄測量活度的時間；最后，90 h內間隔12～24 h利用伽馬計數儀測量三次計數，并對定量限內扣除實際噪聲后的伽馬計數率(min-1)與相應的檢測管衰變校正到測量時的放射性活度(nCi)進行線性擬合，考察該儀器中89Zr核素的定量線性范圍，并根據線性方程進一步確認89Zr核素CRC-15R放射性活度計和雙探頭WIZARD2 2470伽馬計數儀之間的歸一化系數。

2.3 數據處理和分析

3 結果與討論

3.1 雙探頭探測效率

根據核素特性，將68Ga放射性劑量校正到檢測時，根據1#探頭和2#探頭分別測得的伽馬計數率(min-1)計算兩個探頭的68Ga核素單位活度(nCi-1)的計數率(min-1)為雙探頭探測效率，如圖1所示，兩探頭探測效率一致，無統計學差異(P>0.05)。

圖1 雙探頭探測效率定量結果Fig.1 Quantitative results of two probes detection efficiency

3.2 實際噪聲的影響

在不扣除實際噪聲的情況下，實際噪聲對低活度(低于54.60 nCi)計數影響較大，且活度越低，影響越大(如圖2所示)，在277.21 nCi時單位活度伽馬計數率為1 995±41 min-1，而活度為54.60、10.75、2.12和0.42 nCi時比值分別為2 178±7、2 819±41、6 598±180和10 419±8 693，各組間均存在極顯著差異，P<0.000 1；在扣除實際噪聲的情況下，放射性活度從2.12～1 407.54 nCi的范圍內，伽馬計數率/放射性活度的比值均基本一致，為1 910±77，因此本研究中數據處理均采用扣除實際噪聲的方式，并建議使用雙(多)探頭的同類儀器時要隨行檢測空白對照管，并在數據處理時考慮實際噪聲對定量結果的影響。

圖2 實際噪聲對于伽馬計數儀定量性能的影響Fig.2 Effect of actual noise on the quantitative performance of the gamma counter

3.3 定量檢測限

理論上，對于同一核素在儀器定量限內單位活度核素的伽馬計數為定值，本部分利用活度范圍為0.037～7 146.7 nCi的68Ga核素進行伽馬計數以確認儀器定量限。結果如圖2所示，伽馬計數率在1×103～6×106min-1范圍時，伽馬計數率/活度(min-1/nCi)基本一致(圖3a)，為1 884±117，其中，1×103～1×105min-1范圍內，比值為1 848±150(圖3b)。

a——檢測范圍為0～1.11×107；b——檢測范圍為0～1×105圖3 伽馬計數儀定量限檢測結果Fig.3 The results of the quantitative limit of gamma counter

當計數率小于1×103min-1時，單位活度伽馬計數率組內差異較大且較低，如計數率為651 min-1和330 min-1時，伽馬計數率/活度比值分別為1 562±236和1 023±690，低于計數率1 700 min-1的比值為1 804±497；當計數率大于6×106min-1時，單位活度伽馬計數率降低，且計數率越大，該值就越低，如計數率為8×106、9×106和1.1×107min-1時，伽馬計數率/活度(min-1/nCi)比值分別為1 731±19、1 663±17和1 551±15，與5.8×106的比值1 839±19相比，均存在顯著性差異，P<0.000 1。

綜上，本儀器伽馬計數率的檢測限為1×103～6×106min-1，定量范圍較寬。

3.4 定量穩定性

在儀器定量范圍內，利用68Ga核素對伽馬計數儀的定量穩定性進行考察，結果如圖4所示，三次測量所得單位活度核素的伽馬計數率分別為(1 904±104) min-1(n=25)、(1 842±73) min-1(n=25)和(1 873±123) min-1(n=30)，組間并無統計學差異，P>0.05，因此該儀器批次間定量穩定性好。

圖4 伽馬計數儀定量穩定性檢測結果Fig.4 Quantitative stability results of the gamma counter

3.5 三種核素定量線性分析

在儀器定量限范圍內，三種正電子核素均隨放射性劑量增加伽馬計數率(min-1)呈線性增加的趨勢。如圖5所示，對三種核素的檢測結果以放射性活度(nCi)為橫坐標，以伽馬計數率(min-1)為縱坐標進行線性擬合后發現線性均較理想(R2>0.999)，結合伽馬計數儀計數率定量范圍1×103～6×106min-1可得到68Ga、18F和89Zr三種核素可定量檢測的活度范圍分別為：0.5～3 200 nCi、0.4～2 400 nCi和1.5～8 800 nCi。

a——68Ga核素伽馬計數率與放射性劑量線性關系； b——18F核素伽馬計數值與放射性劑量線性關系；c——89Zr核素伽馬計數率與放射性劑量線性關系；d——三種正電子核素CRC-15R放射性活度計和雙探頭WIZARD2 2470伽馬計數儀歸一化系數圖5 三種正電子核素伽馬計數儀定量線性結果(單位活度伽馬計數率)對比Fig.5 Quantitative linear results of gamma counter for three positronium nuclides (namely the gamma count rate(min-1) per radioactivity (nCi)

由于各正電子源的分支比差異和正電子初始能量不同，導致雙探頭測量系統的效率有明顯差異，所以2個探測系統的歸一化系數對每個源不同。本研究中三種核素(68Ga、18F和89Zr)的單位活度核素的伽馬計數率如圖5d所示，其中18F核素最高，為2 544 min-1；其次為68Ga核素，為1 862 min-1；最低的為89Zr核素，為683.8 min-1。

盡管不同核素有不同單位活度核素的伽馬計數率，但通常待研究的放射性藥物由一種特定核素進行標記，且用于表征放射性濃度的數值，如單位組織注射劑量百分比(%ID/g)和標準攝取值(SUV)等均為比值的形式，因此，在檢測樣品時隨行檢測標準管和空白管的情況下并不影響該儀器用于放射性藥物微量精確定量的研究。

4 小結

本研究探討了三種常用正電子核素在新型伽馬計數儀上的定量性能，為后續利用該儀器開展同位素示蹤藥物體內分布、代謝、藥效評價等實驗提供方法學支持。同時，本研究中建立的伽馬計數儀定量性能研究的方法，包括如何進行雙(多)探頭探測效率、伽馬計數檢測限、檢測穩定性以及與放射性測量線性范圍等，有望為其他實驗室的同類儀器的規范使用提供有借鑒意義的參考方法。

由于儀器靈敏度高以及雙探頭同時檢測，在使用伽馬計數儀進行定量實驗時，建議隨時檢測實際噪聲的計數率，尤其是在放射性劑量較低的情況下，需要在最終定量計算時考慮實際噪聲的影響；該儀器定量范圍較寬，計數率在1×103～6×106min-1范圍內，即三種核素68Ga、18F和89Zr的活度范圍分別為0.5～3 200 nCi、0.4～2 400 nCi和1.5～8 800 nCi時，伽馬計數率與放射性活度線性關系良好、定量精度高，穩定性佳；需要注意的是在實際檢測時，當計數率高于檢測限時，可稀釋或衰變后再行檢測。