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Dokumentenidentifikation DE69126954T2 12.02.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0490108
Titel Verfahren, Vorrichtung und Anwendungen der quantitativen Bestimmung von mehrere Gammaphotonen aussendenden Isotopen mit erhöhter Empfindlichkeit
Anmelder Biotraces, Inc., Fairfax, Va., US
Erfinder Elbaum, Danek Dr., Pine Bush NY 12566, US
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69126954
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 13.11.1991
EP-Aktenzeichen 911193670
EP-Offenlegungsdatum 17.06.1992
EP date of grant 23.07.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.02.1998
IPC-Hauptklasse G01T 1/20
IPC-Nebenklasse G01T 1/172   

Beschreibung[de]
1. Gebiet der Erfindung.

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen in der Technik der quantitativen Bestimmung von Radioisotopen, deren Zerfall in einer Erzeugung von mehreren Gammaphotonen kulminiert, und die quantitative Bestimmung von Molekülen, die diese Isotope enthalten. Die Größenordnung der Verbesserungen resultiert aus einer geeigneten Wahl von Isotopen und einer neuartigen Vorrichtung, einem Koinzidenz-Gammaphotonen-Detektor (KGD), die zusammen eine ausgezeichnete Unterdrückung von Hintergrundstrahlungsereignissen erlangen. Durch die stark verringerten Hintergrundzählungen gibt es vorteilhafte Anwendungen von mehreren Isotopen, die zuvor für molekulare quantitative Bestimmungen nicht verwendet worden sind.

2. Stand der Technik

Die folgenden Patentschriften und Anmeldung beschreiben verschiedene bekannte Vorrichtungen und Verfahren zur Strahlungsdetektion.

Radioisotope werden durch die Absorption der Energien von Zerfallsprodukten detektiert. Oft werden Szintillatoren verwendet, um die Energie des emittierten Teilchens in einen Schauer von Photonen niedriger Energie umzuwandeln, die von Photodetektoren gesammelt werden. Genauer werden organische Szintillatoren unterer Preisklasse (aus Kunststoff oder flüssige) in Instrumenten nach dem Stand der Technik verwendet. Ihre Vorteile sind niedrige Kosten, eine Fähigkeit, komplexe Formen zu verwenden, und eine schnelle Zeitabstimmung. Die Hauptnachteile, die ihre Verwendung in dem KGD ausschließen, sind niedrige Gamma-Bremsleistung und mittelmäßige Energieauflösung. Üblicherweise gehen der schließlichen Registrierung einer Zerfallszählung eine Signalverstärkung und -analyse voraus.

Die Hintergrundstrahlungsquellen, die Strahlungszählungen auslösen, umfassen kosmische Strahlen, Radongas und die Spuren von Menschen hergestellter und natürlicher Radioisotope, die viele Materialien verunreinigen, die in Strahlungszählem verwendet werden. Die höchsten in der letzten Kategorie sind Kohlenstoff-14 und Kalium-40. Der Hintergrund von registrierten Zählungen, ohne daß eine Probe vorhanden ist, legt ein Minimum für die Radioisotopmenge fest, die detektiert werden kann oder verwendet werden muß, um eine gültige quantitative Analyse zu erreichen. Es muß genug Probenradioaktivität geben, um eine statistisch signifikante Probenzahlrate gegenüber der der Hintergrundzählung zu erreichen. Die Hintergründe, die von gegenwärtigen kommerziellen Instrumenten registriert werden, liegen im Bereich von 15 - 60 Zählungen pro Minute.

Die Empfindlichkeit einer Analyse wird somit durch jegliche Maßnahmen verbessert, die Hintergrundzählungen verringern. Bei einer vergrößerten Empfindlichkeit werden kürzere Zahlzeiten und/oder geringere Mengen einer Probe für eine radioisotopische Analyse genügen. Es wird entsprechende Zunahmen im Probendurchsatz, verringerte Strahlungsschäden und weniger zu entsorgenden radioaktiven Abfall geben.

Es gibt einen beträchtlichen Stand der Technik für die Verringerung von Systemhintergrundzählungen. Ein Abschirmen der Probenkammer und kritischer Detektorbauteile vor äußerer Strahlung ist eine übliche Maßnahme. Es werden sehr reine Abschirmungsmaterialien verwendet, um ihren Beitrag an verunreinigenden Radioisotopen zu minimieren. Parameter von Detektionssystemen können so eingestellt werden, daß Hintergrundereignisse unterdrückt werden, die aus dem Energiefenster/den Energiefenstern fallen, das/die für die Emissionen eines bekannten Isotops kennzeichnend ist/sind. Beispielsweise weisen Gamma emittierende Isotope Nukleii auf, die zu einem niedrigeren Drehimpulszustand/niedrigeren Drehimpulszuständen mit der Emission eines monoenergetischen Gammaphotons abfallen. Bei einem typischen Gammazähler wandelt der Szintillator das Gamma in einen Schauer von Photonen niedrigerer Energie um, die von einem Photodetektor absorbiert werden, und die Energie wird mit zugehöriger Elektronik quantitativ bestimmt. Energieabgaben außerhalb des Energiefensters des Gammas des Isotops werden nicht gezählt. Um einen Hintergrund aufgrund kosmischer Strahlen zu erkennen, kann ein Detektor außerhalb der Probenkammerabschirmung in Verbindung mit den Instrumenten der Probenkammer verwendet werden. Der äußere Veto-Zähler unterdrückt eine Koinzidenzzählung von der Probenkammer.

Durch die Verwendung dieser Verfahren nach dem Stand der Technik ist eine Vorrichtung mit sehr niedrigem Hintergrund gebaut worden, die Hintergründe auf wenige Zählungen pro Stunde reduziert. Um Hintergründe von wenigen Zählungen pro Tag zu erreichen, werden die Detektoren tief unter der Erde angeordnet. Der Stand der Technik beim Zählen ultra-niedrigen Hintergrundes ist beispielsweise in Berichten von R.L. Brodzinski et al.. NIM A239, (1985) 207 und R.L. Brodzinski et al., "Further reduction of radioactive backgrounds in ultrasensitive germanium spectrometers," NIM, in der Presse dargestellt. Es existieren nun weltweit lediglich drei derartige Instrumente, weil das System mehr als 1 000 000 $ kostet. Sie sind viel zu teuer für routinemäßige, molekulare quantitative Bestimmungsaufgaben. Außerdem sind sie nicht für besondere Isotope optimiert und sind nicht für die hohen Durchsatzbedarfe von chemischen, biologischen oder kommerziellen Diagnoselaboratorien entworfen.

3. Erfindungsentwicklung

Bei der Entwicklung dieser Erfindung wurden mit einem der Systeme für ultra-niedrigen Hintergrund Informationen gesammelt. Von besonderem Interesse war der Hintergrund, der Körperfluiden eigen ist. Das Untersuchen biologischer Makromoleküle ist ein projektierter Hauptanwendungsbereich dieser Erfindung. Mit einer 50 ml Blutprobe wurde mit der Gammazählinstrumentierung beobachtet, daß:

a) der Hintergrund für niedrige Energien E ≤ 300 keV (Kiloelektronenvolt) bei Anzeigen von einigen diskreten Linien bei Zählraten von einigen hundert Zählungen pro Stunden schnell zunimmt;

b) der Hintergrund einige Zählungen pro Stunde im Bereich von 300 ≤ E ≤ 500 keV beträgt;

c) es eine 511 keV Spitze von einigen Zehnern an Zählungen pro Stunde gibt, die auf Positronen in der Probe zurückzuführen sind, die 511 keV Vernichtungsgammapaare erzeugen;

d) der Hintergrund im Bereich von 600 ≤ E ≤ 1000 keV unter einer Zählung pro Stunde betrug;

e) es einen Hintergrund gibt, der auf Kalium-40 zurückzuführen ist, bei Zählraten in der Größenordnung von 100 Zählungen pro Stunde.

Der Hintergrund kann durch die Verwendung von Zeitkoinzidenzverfahren unterdrückt werden, wie es beispielsweise bei Verwendungen von Positronen emittierenden Isotopen nach dem Stand der Technik erlangt wird. Diese Zerfallssignatur wird bei der Unterdrückung von einzelnen Gammahintergrundereignissen verwendet, wie es beispielsweise bei der Positronenemissionstomographie angewendet wird. Jedoch legt die offensichtliche Anwesenheit von signifikanten Spuren an Positronen emittierenden Isotopen in Blut einen unerwünscht hohen Hintergrund für Unterdrükkungen fest, die lediglich doppelte Koinzidenz anwenden.

Es kann Nutzen aus der Existenz von Isotopen mit komplexeren Zerfallssignaturen gezogen werden. Diese sind Isotope, die mit der gleichzeitigen Produktion von mehr als zwei Gammaphotonen zerfallen. Unter diesen gibt es eine wesentliche Unterfamilie, die den Zerfall durch die Emission eines Positrons einleitet und den Nukleus in einem erregten Drehimpulszustand beläßt, was zu einer prompten Gammaemission führt. Dieses einzelne Gamma plus die beiden Vemichtungsphotonen (E = 511 keV) die aus einer Positron-Elektron-Wechselwirkung abgeleitet werden, ergeben eine Dreiergruppe aus koinzidenten Gammas mit bekannten Energien.

Somit ist die Nettozerfallssignatur eine Produktion des gegeneinander gerichteten 511 keV Gammapaares und eines einzelnen Gammas mit einer nicht korrelierten Emissionsrichtung und unterschiedlicher Energie (für manche der Isotope können die einzelnen Gammas einige unterschiedliche Energien aufweisen). Die Durchschnittsverzögerung zwischen dem Erscheinen des Vemichtungspaares und dem einzelnen Gamma ist im allgemeinen viel kleiner als 100 nsec (Nanosekunden). Typischerweise beträgt sie ungefähr 0,1 nsec innerhalb von Flüssigkeiten oder Festkörpern und 10 - 100 nsec in Luft bei einer Atmosphäre Druck.

Der Kürze wegen werden Elemente dieser Familie "Dreifach-Gamma-Isotope" genannt. Als chemische Reagenzien umfassen sie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Brom und Iod. Die chemischen Eigenschaften von Iod sind besonders nützlich. Durch einfache Adduktion bei doppelt kovalenten Bindungen, wie > C=C< und -N=C< , wird Iod verwendet, um vorgebildete Makromoleküle, die Ribonucleinsäuren, Desoxyribonucleinsäuren, Kohlenhydrate und Proteine umfassen, radioisotopisch zu markieren. Die Einzel-Gamma-Emitter Iod-125 und Iod-131 werden ausgiebig verwendet, um Antikörper und/oder Antigene für die radioimmunologische Analyse- (RIA)-Prozeduren biomedizinischer Forschung und medizinischer Diagnosen zu markieren. Radioimmunologische Analysen verwenden die ausgezeichneten Bindungsbesonderheiten von Antikörpern, um entweder Antigene oder Antikörper quantitativ zu bestimmen, und die quantitativen Bestimmungen können sich in komplexen Körperfluiden oder bei Gewebeproben fortsetzen. RIA ist die empfindlichste Technik der immunologischen Analysetechniken. Methodenlehren sind gut beschrieben in: A.E. Botton, W. H. Hunter, "Radioimmunoassay and related methods", Seite 26.1-26.55 in Handbook of Experimental Immunology, ed. L.A. Herzenberg et al., Herausgeber Blackwell Scientific, 1984 und D. Freifelder. "Physical Biochemistry". Kap. 10, Herausgeber W.H. Freeman, 1977 D. Bereitag, K.H. Voigt, in Treatise on Analytical Chemistry, Teil I, Seiten 285-333, Herausgeber J. Wiley & Sons. Dreifach Gamma emittierende Isotope sind zuvor nicht für RIA-Verfahren und allgemeiner für empfindliche quantitative Bestimmungen von Molekülen verwendet worden.

Die Hintergrundquellen, die die quantitative Bestimmung von Dreifach- Gamma-Isotopen beeinflussen, wurden mit Pilotinstrumentierung erforscht. Es wurde ein Drei-Detektor-Aufbau verwendet. Jeder Detektor wies einen NaI(T1)-Szintillator auf, der mit Zwei-Inch-Photodetektoren, Ortek-Vorverstärkem und Spektroskopie-Vorverstärkem, geeigneten Signalverzögerungsleitungen und einer Hochspannungsenergiequelle gekoppelt war. Es wurde keine äußere Abschirmung angewandt. Ein Detektor diente als Hauptdetektor, um ein Koinzidenzintervall von 50 nsec einzuleiten. Es wurden drei Koinzidenzzählmodi eingebaut: (1) um alle Ereignisse zu zählen, die von dem Hauptdetektor registriert wurden; (2) um ein Hauptereignis zu zählen, wenn es von einem Koinzidenzereignis in einem anderen Zähler begleitet war; und um ein Hauptereignis zu zählen, wenn es von einem Koinzidenzereignis in den beiden anderen Detektoren begleitet war. In diesem dritten Modus betrugen zwei der Energiefenster 511 ± 50 keV. Das Energiespektrum wurde für jeden Koinzidenzmodus unter Verwendung eines Mehrkanalanalysators gemessen.

Für das Experiment von Fig. 1a war die 50 ml flüssige Probe Blut. Dieser Versuch stellt wegen der Anwesenheit des einzelne Gamma emittierenden Kalium-40 in biologischen Fluiden und Geweben eine schlechteste Bioanalysesituation dar. Eine projektierte Hauptverwendung der Erfindung ist die empfindliche quantitative Bestimmung von biologischen Makromolekülen bei der Anwesenheit von Körperfluiden. Ohne Koinzidenzerfordernis reflektiert das Energiespektrum den Hintergrund, der von Kalium-40- Gammas und ihren Compton-Streuungsereignissen mit niedriger Energie dominiert wird. Bei dem doppelten Koinzidenzerfordernis wird die Hintergrundzählung ungefähr 100-fach reduziert. Diese Zählungen sind vorwiegend auf Spuren auf Positronen emittierenden Isotopen zurückzuführen. Der Dreifach-Koinzidenzmodus entspricht einer selektiven Annahmebedingung für Dreifach-Gamma erzeugende Isotope. Die angenommene Zählung wird im Vergleich mit dem dualen Koinzidenzmodus ungefähr weiter 50-fach verringert.

Die Spitze bei 1550 keV ist auf 510 keV Gammas aus allgegenwärtigem Radongas zurückzuführen, die zufällig mit Vernichtungsgammapaaren zusammenfallen, die aus Spuren von Positronen emittierenden Isotopen abgeleitet werden, wie 510 + 2 x 511 = 1532 keV. Die Hohe dieser Spitze verdoppelt sich, wenn Luft mit ihrem Radon durch 50 ml Blut oder Urin während des Erwerbs eines Dreifach-Koinzidenzspektrums ersetzt wird, wie in Fig. 1b gezeigt. Bei der Luftprobe ist ein zunehmender Hintergrund in Richtung niedriger Energien auf compton-gestreute Gammas zurückzuführen, die zu zufälligen Gamma-Dreiergruppen beitragen, die innerhalb des 50 nsec Koinzidenzintervalls erscheinen. Dieser Beitrag wird durch die Anwesenheit von mehr absorbierendem Blut oder Urin ausgelöscht.

Dieser Beweis des Vorplanungsexperiments veranschaulicht, daß mit einem KGD eine ausgezeichnete Hintergrundunterdrückung erreicht werden kann, wenn nur Ereignisse, die von einer Dreifach-Gammasignatur nicht unterscheidbar sind, gezählt werden. Diese Ergebnisse, und jene die mit dem System mit ultra-niedrigem Hintergrund erhalten werden, führten zum Entwurf dieser Erfindung.

Die experimentellen Ergebnisse führen auch zu Auswahlen von Dreifach- Gamma-Isotopen, die für eine radioisotopische Markierung von Molekülen am geeignetsten sind. Vorzugsweise sollte das einzelne Gamma eine Energie aufweisen, die von dem 510 keV Radon-222-Gamma unterscheidbar ist, so daß der Gamma-Hintergrund von Radon am wirksamsten unterdrückt werden kann. Ferner empfiehlt sich für das Energiespektrum von Blut, das mit dem Zähler mit ultra-niedrigem Hintergrund erhalten wird, eine Energie, die größer als 300 keV ist und vorzugsweise im Bereich von 600-1000 keV liegt. Es wurde ein Überblick über 1000 bekannte Isotope für Dreifach-Gamma-Isotope hergestellt, die die obigen Kriterien erfüllten. Es ist ebenso eine Halbwertszeit von wenigstens einigen Stunden erwünscht, um sich an eine Produktion, der radioisotopischen Markierungschemie und der Verteilung an Benutzer anzupassen. Daher sind mehrere geeignete Isotope verfügbar:

Die Iodisotope mit ihren längeren Halbwertszeiten und einfacheren chemischen Adduktionseigenschaften sind zur Verwendung als radioisotopische Markierungen für andere Moleküle besonders gut geeignet. Die bevorzugte Ausführungsform des KGD ist für eine quantitative Iod-124-Bestimmung optimiert. Unter den Brom- und Iodisotopen kann die beste Hintergrundunterdrückung mit dem Gamma mit der höchsten Energie E = 0,72 keV von Iod-124 erreicht werden.

Die bevorzugte Ausführungsform des KGD ist für die Bedarfe der RIA mit Iodisotopen optimiert. Quantitative Bestimmungen werden weit unter dem Pegel der Hintergründe von gegenwärtigen Analysesystemen machbar sein. Deshalb werden diagnostische Detektionen von Antigenen (wie Krebs- oder HIV-Virusanzeiger) viel empfindlicher werden.

Allgemeiner können Analysen der Moleküle, die die Dreifach-Gamma-Isotope enthalten, mit viel höherer Empfindlichkeit durchgeführt werden. Es wird mit KGD-Instrumenten wenigstens eine tausendfache Verringerung der minimalen Radioisotopmenge, die für eine Analyse notwendig ist, erreichbar sein, und dies entspricht weniger als einer Nanocurie eines Dreifach-Gamma-Isotops. Die entsprechende Strahlungsmenge ist kleiner als die von radioaktiven Verunreinigungen von Femseherbildschirmen oder den Trinkwasser in Gegenden der Rocky Mountains.

Es gibt ein neuartiges Anwendungsgebiet. Bei der minimalen notwendigen Menge eines Dreifach-Gamma-Isotops für Analysen, die in Körperfluiden durchgeführt werden, kann die Energiemenge, die von einem Dreifach- Gamma-Isotop abgegebenen wird, viel kleiner sein als die der residenten Radioisotope, vorwiegend Kalium-40. Dadurch könnte, falls gewünscht, eine bestimmte biochemische Reaktionskomponente einer Analyse innerhalb des Körpers bei einer unwesentlichen dem Organismus/Patienten hinzugefügten radiologischen Belastung durchgeführt werden. Anschließend würde die geeignet befestigte Probe für eine radioisotopische quantitative Bestimmung in einem KGD herausgezogen. Als ein einziges Beispiel würde ein Antikörper für den AID (oder HIV)-Virus an die Oberfläche eines flexiblen, dünnen Kunststoffstabes oder -bandes gekoppelt. Die Bindung seines konjugierten mit Iod-126 markierten viralen Antigens würde der Stab mit seinem Antikörper-Antigen-Komplex für eine Verdrängungsanalyse vorbereiten. Wenn in ein Blutgefäß oder einen Körperhohlraum eingeführt, würde die Trennung des Iod-126-Antigens von dem Antikörper durch die Anwesenheit eines homologen Antigens beschleunigt werden, das für die zwei Bindungsstellen jedes Antikörpers in Wettbewerb steht. Nach einem gewählten Intervall würde der Kunststoff herausgezogen werden und sein zurückgehaltener Iod-126-Antikörper in einem KGD quantitativ bestimmt. Aus der Speicherung, der Zeit in dem Körperfluid und Kalibrierungsparametern würde die Konzentration des viralen Antigens in dem Körperfluid berechnet werden. Der große Wert bei derartigen In-Situ-Analysen wäre das Vermeiden von zahlreichen Artefakten, die das Entfernen biologischer Proben aus ihrer natürlichen Umgebung begleiten können.

Es ist offensichtlich, daß quantitative Bestimmungen, die einen KGD verwenden, sich vollständig von Verwendungen von Positronen emittierenden Isotopen in den Abbildungsanwendungen der Positronenemissionstomographie (PET) unterscheiden. Ein KGD wird ein kompaktes Instrument sein, Mikroproben aufnehmen und wird für Isotope mit langen Halbwertszeiten geeignet sein. PET-Systeme nehmen einigen Raum ein, sind konstruiert, um Menschen aufzunehmen, und erfordern sehr kurzlebige Isotope. Eine KGD-Analyse wird ungefähr eine Nancurie eines Isotops erfordem, während PET-Abbildungsläufe Zehner an Millicurie eines Isotops erfordern. Der KGD verwendet lediglich mehrere Szintillatoren, während die PET hunderte benötigt. Der Unterschied in den Kanälen benötigter Elektronik führt zu unterschiedlichen technologischen Herausforderungen und Konstruktionskompromissen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das Verfahren der Erfindung ist die verbesserte quantitative Bestimmung von Isotopen, die mit der gleichzeitigen Emission eines Positrons und eines Gammaphotons zerfallen, was mit der Produktion von drei Gammas bekannter Energie kulminiert, wobei zwei ein Gammapaar sind, das aus Positron-Elektron-Vernichtung resultiert. Die Verbesserungen resultieren aus der Unterdrückung von Hintergrundereignissen, die von der Zerfallssignatur des bekannten Dreifach-Gamma-Isotops in der Probe unterscheidbar sind, mit einer begleitenden Fähigkeit, empfindlichere quantitative Bestimmungen des Isotops zu erreichen. Dieses Verfahren wurde durch die Ergebnisse möglich gemacht, die in der obigen Erfindungsentwicklung beschrieben sind, welche die Hintergrundspektren von Blut, Urin und Luft ohne hinzugefügte Radioisotope liefert. Die Kenntnis des Hintergrundspektrums gestattet die Auswahl des Dreifach-Gamma-Isotops/der Dreifach-Gamma-Isotope, die sowohl: (1) praktische Erfordernisse der radioisotopischen Markierung erfüllen, als auch (2) eine geeignet unterschiedliche Zerfallssignatur aufweisen. Ein Kandidatzerfall des bekannten Isotops wird nur gezählt, wenn das Instrument der Erfindung das Ereignis nicht von einem dreifachen Gammazerfall unterscheiden kann wie durch jedes der drei folgenden Kriterien bestimmt:

1. Es gibt eine koinzidente Aktivierung von drei Gammadetektoren innerhalb eines Intervalls, das zu den bekannten Zeitstatistiken des Isotopzerfalls paßt: typischerweise ein Intervall von ungefähr 10 Nanosekunden und im allgemeinen viel kürzer als 100 Nanosekunden;

2. Die Gammaenergien passen zu jenen des Isotops der Probe, das zwei 511 keV Vernichtungsgammas umfaßt, und der des einzelnen Gammas/ der einzelnen Gammas das/die während des Überganges im Drehimpulszustand des Tochternukleus emittiert wird/werden;

3. Die Winkelverteilung der drei Kandidatgammas paßt zu der eines entgegengerichteten 511 keV Vernichtungspaares und des dritten in der Richtung nicht korrelierten Gammas.

Dieses dritte Kriterium dient zur Unterdrückung von Hintergrundereignissen, die durch kosmische Strahlenkollisionen, unabhängige Zerfälle von zwei verunreinigenden Radioisotopen und andere komplexe Hintergrundereignisse ausgelöst werden könnten. Dieses Kriterium wird eine unerwünschte Unterdrückung eines Dreifach-Gamma-Isotopzerfalls hervorrufen, wenn das einzelne Gamma oder eines des Vernichtungsgammapaares den gleichen Detektor aktiviert. Es ist jedoch wünschenswerter, die angestrebte Hintergrundunterdrückung zu erreichen. Die Zählverluste des Dreifach-Gamma-Isotops können aus der bekannten Geometrie der Vorrichtung und geeigneten Kalibrierungsexperimenten berechnet werden.

Die Vorrichtung der Erfindung, die den Vergleich von Kandidatereignissen und der Signatur eines bekannten Dreifach-Gamma-Isotops ausführt, ist ein Koinzidenz-Gamma-Photonendetektor (KGD) mit den folgenden allgemeinen Merkmalen: ein Probenbehälter der für Zerfallsgammas transparent ist, drei oder mehr Gammadetektoren, die gut voneinander abgeschirmt sind und Gammas aus dem Probenbehälter abfangen; eine schnelle Elektronik, die ein Mittel zur Zeitabstimmung und einen Pulshöhenanalysator umfaßt; eine äußere Abschirmung und eine Strömung von an Radioisotop abgereichertem Gas, die dazu dient, in der Luft schwebende Spuren von verunreinigenden Radioisotopen zu minimieren. Automatisierte Probentransportsysteme, die den KGD bedienen, sind Stand der Technik.

Mit der verbesserten Hintergrundunterdrückung, die durch die Kombination des Verfahrens und der Vorrichtung erreicht wird, können die Dreifach-Gamma-Isotope vorteilhaft als Markierungen für die empfindliche quantitative Bestimmung von radioisotopisch markierten Molekülen verwendet werden. Dreifach-Gamma-Isotope sind zuvor nicht für diese Rolle verwendet worden. Die Anwendungen der Erfindung umfassen somit die quantitativen Bestimmungen von Molekülen, die mit mehreren Gammaisotopen markiert sind, wenn eine Hintergrundzählungsunterdrückung durch Anwendung der drei oben beschriebenen Kriterien herbeigeführt wird. Die chemischen Verfahren und die Probenvorbereitung sind Stand der Technik.

Die Erfindung ist ebenso für quantitative Bestimmungen anderer Isotope nützlich, die mit der Produktion von mehreren Gammas bekannter Energie zerfallen, d. h. Positronenemitter und Isotope, deren Nukleii schnell durch mehrere Drehimpulszustände mit einer begleitenden Produktion von Gammaphotonen übergehen können. Die Wirksamkeit der Hintergrundunterdrückung in diesen Fällen hängt sowohl von dem Isotop als auch von der Umgebung ab, die durch die enthaltende Probe geschaffen wird.

Diese Merkmale und Vorteile der Erfindung werden ferner aus der folgenden Beschreibung ihren bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich werden, die hierin zum Zweck der Offenbarung vorgesehen sind und sollten in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden. Es ist zu verstehen, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen der hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Fachleuten ersichtlich sein werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1a ist ein Ausdruck angenommener Zählungen über die gesamte Strahlungsenergie bei 50 ml normalem Blut, das in der Probenkammer gemessen wurde, unter Ereignisannahmebedingungen von: Δ - keine Koinzidenz; o - doppelte Koinzidenz und x - dreifache Koinzidenz.

Figur 1b ist ein Ausdruck mit dreifacher Koinzidenz mit: --- Luft; o --- o normalem Blut und x - normalem Urin.

Figur 2 ist ein Schaubild eines Signalflusses in den Gammadetektoren.

Figur 3a ist ein vertikaler Querschnitt eines typischen Detektoraufbaus, der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist und vier Detektoren aufweist.

Figur 3b ist ein horizontaler Querschnitt längs Linie 2-2 des in Figur 3a gezeigten Detektoraufbaus.

Figur 4 ist ein vergrößerter vertikaler Querschnitt eines Detektorunteraufbaus.

Figur 5 ist ein Querschnitt eines Detektorunteraufbaus, der aus einem Szintillator, einem Photovervielfacher, Photovervielfacherbasen und einem Vorverstärker besteht.

Figur 6 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Photodetektorbefestigungsmodifikation.

Figur 7 ist eine vertikale Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform der Photodetektorbefestigung, die in dem Gammadetektor verwendet wird.

Figur 8 ist ein Schaltbild der schnellen Elektronik und der Datenbeschaffungsschaltung.

Figur 9 ist ein Schaltbild der Elektronik, die eine vereinfachte Energieunterscheidung unter Verwendung mehrerer einstellbarer Einkanalanalysatoren (SCA) verwirklicht.

Figur 10 ist ein horizontaler Querschnitt der äußeren passiven/aktiven Strahlungsabschirmung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES KOINZIDENZ-GAMMA-PHOTONENDETEKTORS

Alle Bauteile der Vorrichtung sind aus hochreinen Materialien hergestellt, um Gamma erzeugende Verunreinigungen zu minimieren.

Bei dem Schema der Figur 2 des Gammadetektoraufbaus mit niedrigem Hintergrund werden die Gammas durch Multikristalle vom Bohrlochtyp 1 absorbiert, wobei das elektronische Signal durch Vorverstärker mit niedrigem Rauschen 2 verstärkt wird. Die Signale werden weiter durch Formungsverstärker 3 verstärkt, die auch als Summierer verwendet werden. Die Pulshöhenanalysatoren 4, zum Beispiel Analaog/Digital-Wandler (ADC), und eine Koinzidenzschaltung 5 sind über einen programmierbaren Logikanalysator (PLA) 6 mit einem geeigneten Mikroprozessor 7 verbunden.

Die Figuren 3a und 3b der Detektorkammer veranschaulichen zu Zwecken der Klarheit Querschnitte, die eine quadratische und längliche Form und vier Detektoren aufweisen, was in der Praxis der Erfindung bevorzugt ist. Die Einrichtung könnte auch einen parallelepipedischen, zylindrischen oder runden Aufbau mit einem Minimum von drei gleich beabstandeten und getrennten Detektoren aufweisen. In der bevorzugten Ausführungsform ist jeder der vier Szintillatoren 10 durch zwei Festkörperphotodetektoren 12 mit Vorverstärkern mit niedrigem Rauschen 13 gekoppelt. Die radioaktive Probe befindet sich in einem Behälter 8, der aus Materialien mit niedriger Atomzahl hergestellt ist. Der Behälter 8 ist abgedichtet, um zu verhindern, daß radioaktiver Staub das Detektorinnere verunreinigt. Der Behälter ist auf einer sehr hochreinen Quarzstange 14 aufgehängt. Der gesamte Aufbau wird aus einer Bodenlüftungsöffnung mit sauberem Hehumgas gespült, um Radon und radioaktive Stäube vor dem Einleiten des Zählens zu beseitigen. Die kleine Öffnung zum Einsetzen der Probe wird nach dem Spülen durch einen Stopfen 15 versperrt. Die Probe wird innerhalb eines zylindrischen Metalls mit niedriger Atomzahl z.B. Aluminiumfolie 9 positioniert. Diese Folie kann einfach ausgetauscht werden, wenn eine zunehmende Hintergrundzählung eine Verunreinigung anzeigt. Die Positronen werden vorwiegend innerhalb der Probe und dem Volumen, das von dem Zylinder umschrieben wird, ausgelöscht. Zählungsverluste, die oft eine Positronenvemichtung an einem Szintillator begleiten würden, werden somit vermieden. Aufgrund der niedrigen Atomzahl des Behälters und der Folienabschirmung sind sie für die Gammas mit einer niedrigeren Energie als 300 keV transparent. Die Gammas werden in den Szintillationskristallen absorbiert, wobei Photoelektronen und ein resultierender Schauer mit Niedrigenergiephotonen erzeugt wird.

Wie in der Querschnittsansicht von Figur 3b gezeigt, gibt es die hochdichten Scheiden 12A zwischen Kristallen, um eine Rückstreuung von Photoelektronen und Photonen zwischen Detektoren zu minimieren. Die Scheiden weisen eine Dichte auf, die vorzugsweise größer als 5 g/cm³ ist, wie sie mit Wismut, Blei, Thallium, Quecksilber, Gold, Kupfer, Wolfram, Tantal und dergleichen und deren Legierungen erhalten wird. Der gesamte Detektorunteraufbau ist vor äußerer Strahlung durch eine passive Abschirmung mit niedrigem radioaktivem Hintergrund 11 abgeschirmt, die aufgebaut ist, um sowohl als Faradayscher Käfig, der äußeres elektromagnetisches Impulsrauschen blockiert, als auch als äußere Strahlungsabschirmung (für Elektronen/Photonen/Neutronen) zu dienen.

In der schematischen Ansicht von Figur 4 ist ein Szintillator 16 mit einer diffus reflektierenden dünnen Schicht 17 bedeckt und an einen Photovervielfacher 18 gekoppelt. Diese reflektierende Schicht begrenzt Verluste an Niedrigenergiephotonen von dem Photodetektoraufbau. Die Photovervielfacherbasis 19 und der schnelle Vorverstärker mit niedrigem Rauschen sind auch vorhanden. Die Photodetektoren sind optisch an die Szintillatoren gekoppelt und sind vorzugsweise Schmalband-Photodetektoren, wie Quecksilberiodid, hochreines Germanium und dergleichen. Die Photovervielfacherbasis 19 und der Vorverstärker mit niedrigem Rauschen 20 sind auch dargestellt. In einer anderen Ausführung werden Festkörperphotodetektoren verwendet, d.h. die Szintillatoren sind optisch an bevorzugte Schmalband-Halbleiterphotodetektoren gekoppelt, die aus Silizium, Quecksilberiodid, hochreinem Germanium und dergleichen hergestellt sind. Der Szintillator 16 weist vorzugsweise eine Dichte auf, die größer als 4 g/cm³ ist, und eine Atomzahl, die größer als so ist. Zur Veranschaulichung aber nicht zur Einschränkung bestehen Szintillatoren aus Wismutgermanat, Gadoliniumorthosilikaten, Bariumfluorid, Cäsiumiodid, oder Natriumiodid. Besonders bevorzugt sind Szintillatoren mit einer Dichte, die größer als 10 g/cm³ ist. Diese besonderen Auswahlen von Systembauteilen schaffen eine gewisse Optimierung des Systems zur quantitativen Bestimmung von Iod-124 und Iod-126.

In den Figuren 5-7 sind verschiedene Befestigungstechniken für die Herstellung von Photodetektoren/ Szintillator veranschaulicht. In den Figuren 5 und 6 ist der Szintillator 22 auf einem einzigen Festkörperphotodetektor 21 unter Verwendung einer fächerförmigen, optisch transparenten Kopplung 23 befestigt. Die Seite des Aufbaus, die dem Festkörperphotodetektor 21 nicht benachbart ist, ist mit einer streuenden/reflektierenden Schicht 24 geeignet beschichtet. Die gestrichelte Linie in Figur 5 stellt die Teilung zwischen dem Nicht-Glas-Koppler 23 und dem Szintillatorkristall 22 dar, wohingegen in Figur 6 keine gestrichelte Trennlinie gezeigt ist, da der Szintillator 26 gebildet und geformt ist, um die gewünschte "abgeschnittene" Wirkung für die Endhalterungen für diese besonderen Photodetektor/Szintillatoren zu schaffen.

Nun ist mit Bezug auf Figur 7 ein anderer alternativer Aufbau gezeigt, der von der bevorzugten Anordnung ist, in der zwei Festkörperphotodetektoren 28 mit dem Szintillator 29, der verjüngte Enden aufweist (wie jene, die in Figur 6 gezeigt sind) gefügt und verbunden sind. Auf ähnliche Weise ist der Szintillator 29 ferner mit einem streuenden Reflektor 30 versehen. In Figur 8 ist ein schematisches Schaltkreisschaubild der Mehrkanalelektronik und der Datenbeschaffungsschaltung gezeigt. Das Signal von dem szintillierenden Detektor 31 wird von einem schnellen Vorverstärker 32 verstärkt und von einem Formungsverstärker 33 geformt. Die Impulsamplitude wird dann von einem Pulshöhenanalysator 34 analysiert und triggert einen NIM (oder TTL)-Pegel-Impuls in einem Schnellschwellwertgerät (monostabile Kippstufe oder Single-Shot) 35. Der Ausgang der vier monostabilen Kippstufen speist die Koinzidenzschaltung 36. Alle Pulshöhenanalysatoren 34 und der Koinzidenzschaltkreis 36 kommunizieren mit einem zugeeigneten Mikroprozessor 37 über eine Acht-Bytes-Busleitung 38. Zur Einfachheit sind nur zwei Kanäle der Elektronik dargestellt, wohingegen in der realen Vorrichtung drei oder mehr Kanäle verwendet werden.

Nun sind mit Bezug auf Figur 8 vier Szintillationsdetektoren 31 gezeigt, die jeweils einem jeweiligen Kanal der Elektronik entsprechen, obwohl mehr oder weniger Detektoren 31 ausgeführt werden können, in welchem Fall eine entsprechende Anzahl von Kanälen vorhanden sein wird. Die Detektoren 31 detektieren ionisierende Strahlung und geben elektrische Signale aus. Da beide Signale, die von den Detektoren 31 ausgegeben werden, typischerweise Niedrig-Pegel-Signale sind, werden sie von Vorverstärkern mit niedrigem Rauschen 32, im allgemeinen zwei Vorverstärker 32 pro Kanal, empfangen, welche die Niedrig-Pegel-Signale verstärken, ohne das Signal/Rausch-Verhältnis der Niedrig-Pegel-Signale merklich zu verschlechtern. Die von den Vorverstärkern 32 entwickelten Signale werden von Verstärkern 33, im allgemeinen ein Verstärker 33 pro Kanal, empfangen, welche die Signale zur Ausgabe an einen Pulshöhenanalysator 34 addieren, erstärken und geeignet formen. Der Pulshöhenanalysator 34 analysiert den Signalausgang von dem Verstärker 33, um die Anzahl von Auftritten von Impulsen zu bestimmen, die in einen spezifizierten Amplitudenbereich fallen, und gibt ein Signal an die Koinzidenzschaltung 35 aus.

Vorzugsweise können vielmehr drei Einkanal-Pulshöhenanalysatoren für jeden Kanal als ein einziger Pulshöhenanalysator 34 für alle Kanäle angewandt werden. Deshalb wird eine Summe von zwölf Einkanal-Pulshöhenanalysatoren in dieser Vorrichtung einer alternativen Ausführungsform verwendet. In einem solchen Fall analysiert jeder Einkanal-Pulshöhenanalysator den verstärkten und geformten Signalausgang seines jeweiligen Verstärkers 33, um die Anzahl von Auftritten von Impulsen zu bestimmen, die in seinen jeweiligen spezifizierten Amplitudenbereich fallen.

Die Koinzidenzschaltung 35 gibt einen Impuls an einen programmierbaren Logikanalysator 36 aus, wenn sie eine spezifizierte Anzahl von geeigneten Impulsen innerhalb eines zugewiesenen Zeitintervalls von dem Pulshöhenanalysator 34 empfängt. Der programmierbare Logikanalysator 36 analysiert die Impulse, die von der Koinzidenzschaltung 35 empfangen werden, und gibt ein Signal aus, das für die Verarbeitung durch einen Mikroprozessor 37 geeignet ist. Der Mikroprozessor 37 empfängt das Signal von dem programmierbaren Logikanalysator 36, verarbeitet das Signal und bestimmt, ob das analysierte Ereignis als eine gültige Zählung zu registrieren ist.

Figur 8 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Schaltung der vorliegenden Erfindung, die eine herkömmliche Konstruktion und einen herkömmlichen Aufbau aufweist, wobei eine detailliertere Beschreibung als unnötig erachtet wird. In dieser Hinsicht sollte auch zu verstehen sein, daß andere Schaltungsentwürfe statt des hierin gezeigten Schaltungsentwurfes von Fachleuten angewandt werden können, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

In Figur 9 ist ein alternativer Schaltungsentwurf gezeigt, der einen zusätzlichen Detektor mit einem entsprechenden Vorverstärker, einen Verstärker und einen Einkanal-Pulshöhenanalysator aufweist, der in einem Schwellenwertmodus betrieben wird. Diese Detektor-Analysator-Anordnung ist außerhalb der passiven Abschirmung befestigt und gibt einen Impuls/ ein Signal an den programmierbaren Logikanalysator aus, der/das verwendet wird, um Hintergrundstrahlung, wie kosmische Strahlen zu unterdrücken. Statt (drei oder mehr) teure, hochauflösende Pulshöhenanalysatoren zu verwenden, analysiert der programmierbare Logikanalysator 46 somit die Koinzidenz und den Wert des Ausganges von zwölf (viel weniger teuren) Einkanal-Pulshöhenanalysatoren, und die Anti-Koinzidenz der dreizehn einzelnen Pulshöhenkanalanalysatoren und kann dann, falls gewünscht, die Zählrate eines geeigneten Zählers (in Figur 10 nicht gezeigt) aktualisieren, der mit dem programmierbaren Logikanalysator verbunden ist. Somit sind sowohl die Koinzidenz- als auch der Energieanalyse für drei der vier Zähler und die Anti-Koinzidenzanalyse mit einem Eingang von einem Detektor außerhalb der Abschirmung einfacher und wirtschaftlicher ausgeführt.

In Figur 9 ist ein schematisches Schaltbild der bevorzugten Ausführungsform der Mehrkanalelektronik und der Datenbeschaffungsschaltung gezeigt, die besonders festgelegt ist, um Iod-126 zu detektieren. Das Signal von dem szintillierenden Detektor 39 wird von einem schnellen Vorverstärker 40 verstärkt und von einem Formungsverstärker 41 geformt. Es wird dann gespalten und von drei Einkanalanalysatoren (SCA1, SCA2 und SCA3) betrachtet. Der SCA1 42 ist für eine Energie von 511 keV ± 10% eingestellt. SCA2 43 ist für eine Energie von 600 keV ± 10% eingestellt und SCA3 44 ist für 1,1 meV ± 10% eingestellt. Wenn die detektierte Energie innerhalb des SCA-Bereiches liegt, wird ein TTL-Pegel-Impuls kurzer Dauer erzeugt. Somit wird der Ausgang von vier Szintillationszählern durch zwölf SCA verarbeitet und dann durch einen programmierbaren Logikanalysator (PLA) 46 analysiert. Wahlweise wird der Ausgang des Kunststoffszintillators 45 geeignet verstärkt/geformt und wird von SCA 47 analysiert, der in dem Schwellenwertmodus betrieben wird, und kann verwendet werden, um kosmische Strahlen zu unterdrücken. Somit sieht der PLA in eine Koinzidenz und einen Ausgangswert von zwölf SCA und eine Anti-Koinzidenz von dreizehn SCA und aktualisiert dann die Zählrate bei Zähler 48.

In Figur 10 ist eine optionale Abschirmungsanordnung gezeigt, die in der Praxis der Erfindung angewandt werden kann. Wie dort gezeigt, ist ein Szintillationszähleraufbau 49 auf die gleiche Weise wie jene gebildet, die vorstehend, wie in den Figuren 1-6 gezeigt, beschrieben sind, und der Aufbau ist in einem Kunststoff-Anti-Koinzidenz-Szintillator 50 angeordnet. Sehr hochreiner, sauerstofffreier Kupfer (OFHC) wird als ein innerer Teil der passiven Abschirmung 51 verwendet und arbeitet so, daß alle Photonen mit E ≤ 100 keV, einschließlich K-Kanten-Photonen von Blei gestoppt werden. Ein weiterer dicker Ring aus hochreinem Blei 52 stoppt sowohl den Hauptteil von Hochenergiephotonen (E ≤ 100 keV) als auch geladene Teilchen mit E ≤ 10 meV. Schließlich wird ein Außenring aus mit Bor gefülltem Kunststoff 53 verwendet, um den Hauptteil von Niedrigenergieneutronen zu stoppen. Obwohl eine zylindrische Form gezeigt ist, können andere geometrische Formen für den Aufbau der Vorrichtung angewandt werden, wie zylindrische, quadratische oder rechtwinkelige, parallelepipedische und dergleichen.

Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung, wie hierin beschrieben und gezeigt, eingerichtet, die Aufgaben zu erfüllen und sowohl die Ziele, Ergebnisse und Vorteile, die beschrieben sind, als auch jene, die ihr eigen sind, zu erreichen. Jedoch sollte es ersichtlich sein, daß andere Modifikationen und Änderungen der Details des Aufbaus und der Anordnung von Teilen vorgenommen werden können, wie Fachleute leicht schließen können, insgesamt ohne vom Bereich der hier beigefügten und einen Teil dieser Anmeldung bildenden Ansprüche abzuweichen.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur quantitativen Bestimmung einer Probe eines bekannten Radioisotops, das mit der Erzeugung von mehreren Gammaphotonen zerfällt, worin ein Radioisotop mit einer komplexen Zerfalissignatur, wie eine dreifache Gamma-Zerfallssignatur verwendet wird, und worin

eine Hintergrundunterdrückung erreicht wird, indem Kandidatzerfailsereignisse mit mehreren und zumindest drei Gammadetektoren (10, 16, 22, 29) gekennzeichnet werden, und indem Kandidatereignisse, die sich von jenen des Radioisotops unterscheiden, durch Verfehlen von zumindest einem der folgenden Kriterien unterdrückt werden

a. die zusammenfallende Detektion der Kandidat-Gammaphotonen;

b. die detektierten Energien und die gesamte Energieabscheidung ist auf das Isotop zurückzuführen;

c. eine Winkelverteilung von Energien in Detektoren ist auf die Gammaphotonen des Isotops zurückzuführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Szintillator (10, 16, 22, 29) von jedem Gammadetektor eine Dichte größer als 4 g/cm³ aufweist und aus einem Material mit einer Atomzahl großer als 50 besteht, und worin die Szintillatoren vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wismutgermanat, Gadoliniumorthosilikat, Cäsiumiodid, Bariumfluorid und Natriumiodid besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin zumindest drei Photodetektoren (12, 18, 21, 25, 28) optisch mit den drei Szintillatoren (10, 16, 22, 29) gekoppelt (23) sind, und worin die Photodetektoren (12, 18, 21, 25, 28) vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Photovervielfachern oder halbleitenden Photodetektoren besteht, die auf Silizium, Quecksilberiodid und Germanium basieren und/oder worin die Photodetektoren mechanisch voneinander durch ein Material (12A) mit einer Dichte größer als 5 g/cm³ getrennt und abgeschirmt sind, wobei das Trennmaterial vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wismut, Blei, Thallium, Quecksilber, Gold, Kupfer, Wolfram, Tantal und Mischungen und Legierungen davon besteht.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Radioisotop aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Emittern von

a. einem Positron und einem Gammaphoton gleichzeitig,

b. Positronen, die durch Vernichtungsphotonen detektierbar sind, und

c. mehreren Gammaphotonen gleichzeitig besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Radioisotop Iod-124 oder Iod-126 ist, oder worin das Radioisotop aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Germanium-69, Selen-73, Brom-76 und Brom-77 besteht.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin quantitativ zu bestimmende Moleküle kovalent oder nichtkovalent mit den Radioisotopen gekoppelt sind, und worin die Moleküle vorzugsweise Proteine, Kohlenhydrate, Riboclucleinsäuren oder Deoxyribonucleinsäuren umfassen, und/oder worin die radioisotopisch markierten Moleküle Reagenzien für radioimmunologische Analysesysteme sind.

7. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum quantitativen Bestimmen einer Probe eines bekannten Radioisotops, das mit der Erzeugung von mehreren Gammaphotonen zerfällt, wobei die Vorrichtung umfaßt: eine zentrale Probe (8), die von einer inneren Schutzfolienabschirmung (9) aus einer Atomzahl unter 13 umgeben ist, die wiederum von mehreren und zumindest drei Kristallszintillatoren (10, 16, 22, 29) umgeben ist, wobei die Szintillatoren auf jeder Seite durch Material (12A) mit einer Dichte größer als 5 g/cm³ getrennt sind, auf den Szintillatoren (10, 16, 22, 29) direkt an zumindest einem Ende ein Photodetektor (12, 18, 21, 25, 28) befestigt ist, und worin die zumindest drei Szintillatoren, an denen Photodetektoren befestigt sind, von einer durchgehenden Abschirmung (11, 51, 52, 53) gegen äußere Strahlung umgeben sind, wobei die Abschirmung einen abnehmbaren Stopfen (15) zum Einsetzen oder Herausnehmen des zentralen Behälters (8), der die Probe enthält, und Entlüftungsöffnungen für Reinigungsgase aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, worin das Scheidenmaterial (12A) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wismut, Blei, Thallium, Quecksilber, Gold, Kupfer, Wolfram, Tantal und Mischungen und Legierungen davon ausgewählt ist, und/oder worin die Szintillatoren (10, 16, 22, 29) eine Dichte größer als 4 g/cm³ aufweisen und aus einem Material mit einer Atomzahl größer als 50 bestehen, und/oder worin die Szintillatoren (10, 16, 22, 29) aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wismutgermanat, Gadoliniumorthosilikat, Cäsiumiodid, Bariumfluorid und Natriumiodid besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, worin die zumindest drei Photodetektoren (12, 18, 21, 25, 28) optisch mit zumindest drei separaten Szintillatoren (10, 16, 22, 29) gekoppelt (23) sind und vom Halbleitertyp sind, und/oder worin die Photodetektoren (12, 18, 21, 25, 28) aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Quecksilberiodid und Germanium besteht, und/oder worin die Photodetektoren (12, 18, 28) an beiden Enden von jedem der zumindest drei Szintillatoren (10, 16, 29) befestigt sind, wobei die Photodetektoren vorzugsweise mit Vorverstärkern mit geringem Rauschen (13, 32) gekoppelt sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, worin die Kristaliszintillatoren (16, 22, 26, 29) von einem diffus reflektierenden Material (17, 24, 27, 30) bedeckt sind, außer bei der Oberfläche, die an die Photodetektoren (18, 21, 25, 28) angrenzt, und/oder worin die Enden der Kristaliszintillatoren (10, 16, 29) länglich und verjüngt an entgegengesetzten Enden davon sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 mit elektronischen Schaltungsmitteln, die einen Formungsverstärker/Summierer (33, 41) aufweisen, der mit den Vorverstärkern (31, 40) und mit zumindest einem hochauflösenden Pulshöhenanalysator (34, 42, 43, 44) verbunden ist, und einem Koinzidenzmittel (36), das mit dem zumindest einen Pulshöhenanalysator (34) und einem programmierbaren Logikanalysator (36, 46) gekoppelt ist, welcher wiederum der Eingang zu einem Mikroprozessor (37) ist, und/oder worin für jeden der vier Szintillatoren (10, 16, 22, 29) und Formungsverstärker/Summierer (33) es drei Einkanalanalysatoren gibt, die für vorbestimmte Energieniveaus von 511 keV, 600 keV und 1,1 meV innerhalb von Fenstern von ± 10% eingestellt sind, was für eine optimale quantitative Bestimmung von Iod-124 sorgt, worin der zumindest eine Pulshöhenanalysator (34) vorzugsweise in einem Schwellenmodus betrieben wird, um Hintergrundstrahlung zu unterdrücken, worin eine Vielzahl von Abschirmungen (51, 52, 53) wahlweise um die Testprobe herum angeordnet ist, und zumindest eine (52) aus hochreinem Blei oder Bleilegierung besteht und eine andere (53) einen mit Bor gefüllten Kunststoff umfaßt, eine weitere hochreine Kupferabschirmung (51) wahlweise zwischen der hochreinen Bleiabschirmung (52) und den Szintillatoren (10, 16, 22, 29) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung wahlweise weiter eine Anordnung umfaßt, in der ein Detektor (45), der als eine aktive Abschirmung dient, zwischen die hochreine Kupfer/Bleiabschirmung (51, 52) und den mit Bor gefüllten Kunststoff (53) gesetzt ist, wobei die aktive Abschirmung vorzugsweise ein Photodetektor mit einem Kunststoffszintillator ist.







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