专利名称：利用偏振x射线束无创伤测量人体胫骨铅含量的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量人体铅含量的装置，尤其涉及一种利用偏振x射线 束无创伤测量人体胫骨铅含量的装置。
背景技术：
铅是人类受工业和环境污染毒害严重的重金属微量元素之一。过量的铅被人 体摄入会造成人体多种疾病，会使神经系统、造血系统、泌尿系统、生殖系统、
肝肾代谢系统、循环系统发生病变；对人有较高的致癌的概率；特别严重影响青 少年智力和身体的正常发育，酿成孩童智商降低，身高滞长。
临床医学上，目前国内外常采集人体外周血，用石墨炉原子吸收仪(或等离 子发射光谱仪)等精密生化仪器分析血铅含量(标准GB11504-89)，确定100 ug /L为正常人血铅上限值。然而由于血铅含量较低(约为10ppb l卯m)，而且血 铅的生物半衰期较短(仅20多天)，因此血铅值仅能反映近期人体受铅污染的状 况。而骨骼是铅中毒的靶器官，成人大约95%的铅积存在骨骼中，而且其生物半 衰期很长(从几年到几十年，平均值约25年)。由此，骨骼中的铅含量能够代表 人体铅中毒的累积效应，而且，骨骼中的铅在一定的条件下会释放到血液和其他 组织中，因此骨铅还是铅中毒的内源性污染源。可见只有测量骨骼中的铅含量才 是确定人体铅中毒严重程度的指标(Lillian J Somervaille et al， phys， Med， Biol., 1985， vol.30, No. 9， 939 943)。
关于骨铅的无创伤分析技术，国外曾有人报道用同位素Y源^Cd对人腿胫 骨作过测量(Sang Hoon Lee et al， Applied Radiation and Isotopes, Vol. 54， Issue 6， 2001， 893 904)。近年来，本发明人在该领域作过不少研究，其中的 《人体指骨铅密度无创伤测量方法及其装置》(申请日2005年6月29日，专利 号ZL200510019009.8)己获国家专利权。该专利应用同位素Y源"Co辐照人体 手指骨，无创伤测定人体内骨铅的密度。然而，由于Y源，0的物理半衰期较 短，不便于医疗检测仪器长期运用。而且由于手指骨体积较小，精确测量有一定 的难度。因此发展一种运用偏振X射线束激发的测量人体腿部胫骨铅的装置十分 必要，不仅仪器使用期限大大加长，而且因胫骨铅含量高，使测量的灵敏度得以 提高。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有测量人体血铅技术的缺陷，以及用同位素源 测量人体手指骨铅的不足，提供一种利用偏振X射线束无创伤测量人体胫骨铅含 量的装置，为人群铅中毒临床诊断和环境污染调査提供一种能长期使用的、测量 灵敏度高的、新颖的技术媒介。本装置在测量胫骨中的铅的同时，也可以测量胫 骨中的钙、锌、锶等元素以研宄人体骨骼的营养元素；若作适当改进后，也可测 量人体肾脏和肝脏中的另两个重要的重金属元素镉和汞。为检测更多重金属对人 体的毒害奠定基础。
本实用新型的目的是这样实现的
具体地说，本实用新型是利用偏振X射线束对人体胫骨安全性地体外照射， 快速测量人体骨骼中铅元素的含量，其物理过程为经高压激发的特种X射线管 射出非偏振X射线，由偏振器转换成部分偏振X射线束，照射到胫骨内的铅元素 上，激发出特征X射线荧光，应用探测器和多道分析器直接分析特征X射线的能
量和强度，从而确定胫骨中铅含量。 本实用新型由三个部分组成 第一为激发偏振X射线束产生的部分；
第二为骨铅受激释放出的特征X射线荧光的信号探测、光信号放大、变形整 形部分；
第三为光电信号按不同的能量，实施电脑程控下的多道分析，输出骨铅含量 部分。
本实用新型具有以下优点和积极效果
1、 与国外已有技术相比较，本实用新型采用偏振X射线管代替同位素源57Co 或""Cd y射线源激发X射线荧光，克服了同位素源半衰期短(57Co 1/2为0.74 年，，dTw为1.27年)的缺点，可以较长时间进行测量运用，更适合将本专利
技术开发成为医疗检测仪器的需要。
2、 与目前我国医疗检测部门正在应用的人体外周血铅含量检测方法相比较，
本实用新型是一种无创伤、无痛苦的检测装置，人体接受X射线照射的剂量远小 于腿骨拍片的X光辐照剂量，因而十分安全。另外，血铅值只能代表近期人体受 铅污染的水平，不能表征铅在人体内的累积效应和内源性危害状况，而骨铅测量 可以达到此目的。
3、 从测量程序上看，血铅测量要制样、处理样品，最后得出结果需时较多； 而本实用新型在电脑程序设计的指令下工作，可产出直接的、快速的分析结果。
4、 本实用新型不仅能圆满地完成人腿胫骨铅元素的定量检测，而且可以对 骨骼中的钙、锌、锶等微量元素同期进行测量，为研究骨骼的营养奠定基础。
5、 将本实用新型适当进行改进即可测量另两个重要的重金属污染元素镉、 汞在肝脏和肾脏中的含量，为活体环境检测提供一套完整的序列。
总之，本实用新型不仅对人腿胫骨铅元素进行无创伤、无痛苦、快速、安全、
较长时间的定量检测，而且可以同期对骨骼中的钙、锌、锶等微量元素进行测量。
图l是本实用新型结构示意图2是X射线发生管结构图3是前级校准器、后级校准器结构图4是半导体探测器结构示意图5是调控器9结构方框图6是小型电脑控制多道分析器结构方框图7是偏振X射线束激发的PbL XRF谱。
其中-
l一高压电源。
2— X射线发生管； 2. 1—冷却水道； 2. 4—阳极；
2. 7—电源插头。
3— X射线屏蔽板。
4— 偏振器。
5— 前校准器， 6_胫骨。
7— 后校准器， 7. l —圆环； 7. 4—孔径调节器；
8— 探测器；
2.2—管腔； 2.5—第二电子护罩;
7. 2—校准孔; 7. 5—基座；
2. 3—阴极灯丝; 2. 6—锥形耙；
7. 3—张孔铝片;
7. 6—凸槽。
8. 1—探头； 9一调控器；
9. 1—延时放大器；
10— 多道分析器；
10. 1—放大器；
10. 4—SCA电路;
11— 小型电脑，
11. l一键盘或鼠标; 11.4一寄存器；
12— 输出器。
8. 2—电致冷箱；
9. 2—线性放大器; 10. 2—规范线性门;
10. 5—ADC电路；
11.2—控制器；
11.5—1/0界面。
8.3—电缆。
9. 3—模数转换器。
10. 3—波峰延时器;
11. 3—显示器；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型详细说明
一、 总体
如图l，本实用新型的工作对象是人体胫骨6;
本实用新型包括高压电源l、 X射线发生管2、 X射线屏蔽板3、偏振器4、 前校准器5、后校准器7、探测器8、调控器9、多道分析器IO、小型电脑ll和 输出器12;
高压电源l、 X射线发生管2、偏振器4、前校准器5、后校准器7、探测器 8、调控器9、多道分析器10和输出器12依次连接；
小型电脑11和多道分析器10连接；
人体胫骨6置于前校准器5和后校准器7之间；
X射线屏蔽板3罩在X射线发生管2上并屏蔽测试对象。
二、 零部件
1、 高压电源l
高压电源l产生、提供50kv高压，功率lkw，用以激发射线发生管2产生X 射线。
2、 射线发生管2
如图2， X射线发生管2包括冷却水道2.1、 X管腔2.2、阴极灯丝2.3、阳 极2.4、第二电子护罩2.5、锥形靶2.6和电源插头2.7; 其位置和连接关系是
在X管腔2.2内，从左向右，依次设置有电源插头2.7、阴极灯丝2.3、阳 极2.4、第二电子护罩2.5和锥形耙2.6; 在阳极2. 4的外壁设置有冷却水道2. 1。 X射线发生管2的工作原理是
阴极灯丝2. 3发射的电子打在阳极2. 4上，通过第二电子护罩2. 5和锥形靶 2.6反射出非偏振X射线光束。
阳极2.4由金属银材料制成，输出一种非偏振平行X射线光束，光束的截面 为圆形，直径为lcm,功率lkw。
3、 X射线屏蔽板3
X射线屏蔽板3由重金属钨和钢板制成，用以屏蔽仪器操作者和被检测对象 免受X射线的直接照射。
4、 偏振器4
偏振器4为一种lcm左右厚的2-甲基丙烯酸(Lucite)平板，非偏振X射 线平行光束约45°角入射，135n出射即可形成部分偏振X射线束。
5、 前校准器5和后校准器7
前校准器5和后校准器7的结构一样，偏振X射线束经前校准器5准直后约 45°角入射至胫骨6内，135°角出射，激发了胫骨中的铅元素PbL光谱，再经后
校准器7准直后输出。
如图3，后校准器7由圆环7.1、校准孔7. 2、张孔铝片7. 3、孔径调节器 7.4、基座7.5和凸槽7.6组成；
其位置和连接关系是
在基座7.5的下设置有凸槽7.6;在基座7.5上面的前后分别设置有圆环 7. 1，在圆环7. 1内设置有张孔铝片7. 3和调节校准孔7. 2大小的孔径调节器7. 4。 后校准器7的工作原理是
类似照像机的快门结构，调节凸槽7.6的位置，使两个校准孔7.2的中心线 沿着X光束方向，并调节孔径调节器7. 4使出射X射线得以精确地准直。
6、 探测器8
如图4,探测器8由依次连接的探头8.1、电缆8.3和电致冷箱8.2组成。 探测器8的工作原理是
探测器8是一种光电转换器，即将准直后输出的特征X荧光转换成电脉冲。 所述的探头8.1是一种硅锂(Si-Li)半导体。
所述的电致冷箱8. 2是一种X-COOLER II电致冷装置，使探头8. 1处于低 温下运行。
7、 调控器9
如图5，调控器9由依次连接的延时放大器9.1、线性放大器9. 2和模数转 换器9.3组成。
调控器9的工作原理是
由探测器8输出的光电脉冲，经过预放大电路后，输入调控器9，进行信号 波形的变换、线性放大、信号甄别和辐度的分析，输入多道分析器10。
延时放大器9. 1选用美国CANBERRA公司延时放大器Model 1457，线性放大 器9.2选用Model 2022，模数转换器9. 3选用Model 2015。
8、 多道分析器10和小型电脑11
由多道插件板和一台小型电脑11构成了多道分析器10的硬件系统。
如图6，多道分析器10的结构是
放大器10.1、规范线性门10.2、波峰延时器10.3、 ADC10.5、依次连接； SCA10. 4分别与规范线性门10. 2和ADC10. 5连接； 小型电脑ll的结构是-
键盘或鼠标ll. 1、控制器11.2和I/0界面11.5依次连接；显示器11.3分 别与寄存器11.4、控制器11.2连接；寄存器11.4和I/O界面11.5连接。 1/0界面11.5和输出器(打印机)12连接。
由小型电脑实施的程序设计形成的软件系统(另案申报国家软件著作权登 记)，补充了常规X射线荧光分析不足的软件功能。
多道分析器10选用Model 8701 ADC和DSA—1000 DSP桌面多道分析器。 小型电脑11选用索尼笔记本电脑VGN—S45CS。
9、 输出器12
输出器12选用EPSON ME2小型激光打印机，直接输出PbL谱感兴区光子积 分计数值或者输出胫骨含量(yg Pb/g bone)的数值。 三、本装置工作原理是
由高压电源1产生之高压激发X射线发生管2，产生非偏振X射线光束，射 入偏振器4之后形成部分偏振X射线束，再经前校准器5准直后，照射人体胫骨 6上，使胫骨中铅元素产生PbLX荧光，该X射线荧光经后校准器7再准直后输 入探测器8，荧光信号转换为电信号，又经调控器9放大、变形，输入多道分析 器10，在小型电脑ll程序设计软件的指令控制下，多道分析器屏幕显示出PbL XRF谱(图7)，并对其实施感兴趣区间谱峰面积积分计数，该面积积分计数储存
于小型电脑中，与体模(phantoms)作成的"假腿"胫骨上，预先注入的已知含 量的铅元素产生的PbwLXRF谱，峰面积积分计数进行比较，从而在输出器12中 打印出人腿胫骨铅含量值P (ixg Pb/g bone)。"假腿"胫骨体模用石膏 (CaS04*2H20)分别掺入不同浓度为0、 10、 30、 60、 100、 150、 210 ( ugPb *g—1 石膏)的铅元素，制成直径27mm，高度90咖的圆柱体构成。
另夕卜，腿胫骨辐照10min接受的放射性生物剂量当量EDE《5pSV，腿胫骨 中所能探测的最低探测限(MDL) p《25ug Pb/g*bone。
权利要求1、一种利用偏振X射线束无创伤测量人体胫骨铅含量的装置，其特征在于包括高压电源(1)、X射线发生管(2)、X射线屏蔽板(3)、偏振器(4)、前校准器(5)、后校准器(7)、探测器(8)、调控器(9)、多道分析器(10)、小型电脑(11)和输出器(12)；高压电源(1)、X射线发生管(2)、偏振器(4)、前校准器(5)、后校准器(7)、探测器(8)、调控器(9)、多道分析器(10)和输出器(12)依次连接；小型电脑(11)和多道分析器(10)连接；人体胫骨(6)置于前校准器(5)和后校准器(7)之间；X射线屏蔽板(3)罩在X射线发生管(2)上并屏蔽测试对象。
2、 按权利要求1所述的测量人体胫骨铅含量的装置，其特征在于 X射线发生管(2)包括冷却水道(2.1)、 X管腔(2.2)、阴极灯丝(2.3)、阳极(2.4)、第二电子护罩(2.5)、锥形靶(2.6)和电源插头(2.7);在X管腔(2. 2)内，从左向右，依次设置有电源插头(2. 7)、阴极灯丝(2. 3)、 阳极(2.4)、第二电子护罩(2.5)和锥形靶(2.6);在阳极(2.4)的外壁设置有冷却水道(2.1)。
3、 按权利要求1所述的测量人体胫骨铅含量的装置，其特征在于 偏振器(4)为一种0.8 1.2cm厚的2-甲基丙烯酸平板。
4、 按权利要求1所述的测量人体胫骨铅含量的装置，其特征在于 前校准器(5)和后校准器(7)的结构一样，由圆环(7.1)、校准孔(7.2)、张孔铝片(7.3)、孔径调节器(7.4)、基座(7.5)和凸槽(7.6)组成；在基座(7.5)下面设置有凸槽(7.6);在基座(7.5)上面的前后端分别设 置有圆环(7.1)，在圆环(7.1)内设置有张孔铝片(7.3)和调节校准孔(7.2) 大小的孔径调节器(7.4)。
5、 按权利要求1所述的测量人体胫骨铅含量的装置，其特征在于探测器(8)由依次连接的探头(8.1)、电缆(8.3)和电致冷箱(8.2)组成；所述的探头(8.1)是一种硅锂半导体；所述的电致冷箱(8.2)是一种X-C00LER"1 II电致冷装置。
6、 按权利要求1所述的测量人体胫骨铅含量的装置，其特征在于 调控器(9)由依次连接的延时放大器(9.1)、线性放大器(9.2)和模数转换器(9.3)组成。
7、 按权利要求1所述的测量人体胫骨铅含量的装置，其特征在于多道分析 器(10)的结构是放大器(10.1)、规范线性门(10.2)、波峰延时器(10.3)、 ADC (10.5)、 依次连接；SCA (10.4)分别与规范线性门(10.2)和ADC (10.5)连接；
8、按权利要求1所述的测量人体胫骨铅含量的装置，其特征在于小型电脑 (11)的结构是键盘或鼠标(11.1)、控制器(11.2)和I/0界面(11.5)依次连接；显示 器(11.3)分别与寄存器(11.4)、控制器(11.2)连接；寄存器(11.4)和1/0 界面(11.5)连接。
专利摘要本实用新型公开了一种利用偏振X射线束无创伤测量人体胫骨铅含量的装置，涉及一种测量人体铅含量的装置。本实用新型的结构是高压电源(1)、X射线发生管(2)、偏振器(4)、前校准器(5)、后校准器(7)、探测器(8)、调控器(9)、多道分析器(10)和输出器(12)依次连接；小型电脑(11)和多道分析器(10)连接；人体胫骨(6)置于前校准器(5)和后校准器(7)之间；X射线屏蔽板(3)罩在X射线发生管(2)上并屏蔽测试对象。本实用新型不仅对人腿胫骨铅元素进行无创伤、无痛苦、快速、安全、较长时间的定量检测，而且可以同期对骨骼中的钙、锌、锶等微量元素进行测量。
文档编号H05G1/02GK201189181SQ20082006702
公开日2009年2月4日 申请日期2008年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者王海婴 申请人:王海婴