超低本底的多光子探测器的制作方法

专利名称：超低本底的多光子探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及超低本底的多光子放射性同位素探测器。这些探测器能够定量测量从电子捕获(EC)同位素发射出来的符合γ射线和X射线，通过把符合计数与其它本底抑制手段结合起来取得极高的灵敏度。
实现符合计数的硬件应用在用于探测美国专利号为5，083，026的专利所公开的e+-γ(正电子-γ射线pg)发射源的探测器中。在符合发射一个正电子和一个γ光子之后的10ns时间内，正电子与负电子湮灭产生两个相向传播的具有511kev能量的γ光子。多个闪烁探测器用来记录这三个符合高能(E≥250kev)γ光子，缺乏这种三重γ射线特征的事件均被舍弃。这些仪器有严重的局限性，特别是在可被使用的同位素的类型和闪烁体晶体的大质量和高价格方面。
根据专利申请WO 95／10308，它对应于专利号为5，532，122的美国专利，其公开内容这里作为参考资料合并在一起，其中一种用于微量的和具有每小时一个计数的数量级的超低本底的γ射线和X射线放射同位素的符合定量测量的方法被公开。
Oesterlin等人的号码为4，005，292的美国专利、Horrocks等人的号码为4，016，418的美国专利、Coffey的号码为3，974，088的美国专利和Fymat等人的号码为4，682，604的美国专利都论述了单独或符合的γ射线和X射线的同时计数，然而，它们均局限在强放射性的应用中。
本发明的一个目的是提供一种超低本底的探测器，它特别适用于弱的符合γ射线／X射线放射同位素(CGX同位素)，另一个目的是利用从CGX同位素的特征的原子核和电子壳层激发产生的符合光子作为一种手段来选择性地定量测量CGX事件和达到本底抑制的目的。
本发明的进一步的目的是通过消除所有的较强的本底源把本底降低到每小时小于一个事件的程度。本发明的另一个目的是克服选择性的CGX计数模式与单γ射线计数器相比具有固有的较低探测效率的缺陷，提供能够探测到亚皮(sub-pico)居里量级样品的灵敏度，和探测少于5×10-21mol个示踪分子、zeptomole／ml(Zepto摩尔／毫升)，或甚至单个的大示踪双分子的能力，具有大于10％的探测效率和大约1％的可重复性。
本发明的另一个目的是提供一种设备，它既能在非符合(单个光子)模式下工作又能在符合γ-X射线发射(CGX事件)计数模式下工作，并且在9个数量级(109)上具有很大的动态范围和好于5％的线性。
根据本发明的探测器满足这些目的。它们具有多色(multicolor)的能力，这是由于几种同位素能够在同一个样品中被测量和被区分。它们能够测量许多个不同的样品并产生重复性很高的结果。它们包括自我刻度和自我诊断。它们能够提供100微米或更低的空间分辨率。所有这些优点均能在比传统设备更小巧的可移动的价廉设备中得以实现。由于根据本发明的仪器的提高了的灵敏度，同位素的浓度可以降低。因而降低了同位素获取的成本，减少了对人体的辐照和减轻了放射性废物处理问题。
一个用来探测样品中放射性同位素(符合γ／X射线(CGX)发射源)的多光子探测装置(MPD)包括用来在分离的辐射探测器中探测来自CGX发射源的符合辐射(例如，γ射线和X射线)作为输出脉冲的装置、用来在线分析脉冲形状和高度以便识别单个光子发射的脉冲特征的装置、用来甄别和舍弃假脉冲(例如、非符合的γ射线和X射线辐射)的装置，用来抑制本底辐射的装置-最好是一个复合的辐射屏蔽室和一吸收X射线的隔离体、和用来定量测量样品中含有的数量少于约100皮居里的发射源(例如CGX)的装置。
本发明的进一步的目的和优点可以从如下结合附图的详细描述中得到体现。
通过阅读如下的结合附图的详细描述可以更好地理解本发明的内容，其中

图1显示了多光子探测器的方块图。
图2显示了探测器组件部分。
图3是包括放大器和高压电源的一体的光电倍增管基座的方块图。图3A至3C显示了各个组成部件的示例实施例。图3A显示了PMT(光电倍增管)基座，图3B显示了负高压电源，和图3C时了一个放大器和成形电路。
图4显示了根据本发明的MPD的动态范围的图形。
图5显示了与一个色谱仪进行比较的MPD的动态范围。
图6显示了关于一个带有样品改变器的顺序样品MPD的布局示意图。
图7是根据本发明的MPD实施例的方块图。
图8a、8b和8c是根据本发明的一个实施例的方法的流程图。
根据本发明的MPD设备系统的一个典型的实施例显示在图1中。正如所图示的，这个例示性的系统有五个主要部分，包括1．两个光子探测器，例如闪烁体／光传感器模块；2．屏蔽部分，包括一块隔离体；3．一个样品支承座，夹在两个光子探测器之间；4．探测电子线路，包括电源线路；和5．包括数据获取、脉冲形状／高度分析和显示的信号处理部分。选择和排列例示性的实施例的所有这些部分以便使放射性本底最小。
在探测器部分20中，两个带有适当的光传感器26，例如PMT的闪烁晶体22大体上在一条公共轴上面对面地放置。它们由一个适当的隔离体32隔离开，隔离体厚度最好少于8mm，带有一个中央的双锥孔34使样品36装于其中对着两个晶体22辐射。选择孔34的线度以便其张开的立体角正好包围晶体22的表面。隔离体32最好是限制晶体22之间的相互干扰，且选择其厚度限制某些本底事件。两个探测器放置在复合屏蔽室55之中以降低由于周围环境放射性引起的本底。这个屏蔽室根据其不同的应用重量可以从0．5千克到20千克。每一个光传感器26也配备屏蔽罩27。
在工作中，沉积在闪烁晶体22中的能量由光传感器26转换成电荷脉冲，然后在一体的基座30中转换成电压脉冲。这些脉冲由快速的低噪声的前置放大器52成形，正如在图3A-3C中所详细显示的。基座的电子线路还包括供给光传感器26的高压电源和高增益的放大器54。特殊“三角形形状”的成形前置放大器52被用来允许快符合和好的能量分辨。来自两个探测器26的信号A和B，以及符合触发信号A+B，被输入到一个基于PC的数字存储示波器(DSO)插件58之中，它被用来在软件控制下进行快速实时脉冲形状／脉冲高度分析。
在PC机上运行的支持基于DSO插件的脉冲形状分析的软件最好用Borland Turbo Pascal和C++语言编程，这样有利于使程序码高度模块化。透明化和易于规范化。通过软件的某些修改，相同的设备能够适用于各种应用而不需要对硬件作变动。时间最重要的程序最好用IBM PC机的汇编语言编程，这样使获取和分析信号的效率极大化。
DSO插件58有两个输入端和一个附加输入端，这个附加输入端用作获取触发，它带有至少8位的模拟数字转换器(ADC)。它能够在至少10MHz的取样速率上同时监视两个输入通道。信号以高至100×106个取样／秒的取样速率获取和连续地存储在机载存储器中直到探测到一个触发信号，据此，一个预定数量的后触发(post-trigger)数据点被获取。一旦获取停止，机载存储器中的内容可以由主机CPU 59使用。
DSO通道的任何一个都能用作触发、或者说触发能够通过软件和／或触发电子线路56来实现。取样速率、后触发点的数量、在通道上的增益和触发条件均能通过PC I／O端口来设置，而机载存储器能够通过一个4k字节的窗口被直接访问，例如，这个窗口允许通过使用CPU的串指令或DMA(直接存储器访问)转换到其它外设来进行快速读取。
脉冲形状分析起这样的作用，即根据如下的特征将由于放射性衰变产生的脉冲与其它假的脉冲区分开。当一个光子被一个闪烁体／PMT或闪烁体／光电二极管的组合吸收时，它产生一个具有特征形状和与光子沉积在闪烁体中的能量成比例的可预计幅度的脉冲。相反，在读出电子线路中电磁感应谱发的假脉冲的形状不能这样好地定义。假脉冲包括单个窄的尖脉冲、这种脉冲的快速跟随脉冲(rapid successions)、随机电子学噪声和PMT暗脉冲。在脉冲高度分析系统中，假脉冲可以相当大地污染所获取的谱和降低系统的总的信号与本底的比率。此外，许多由探测到光子产生的“真”脉冲也会发生畸变，例如，当两个分立的事件发生在一个短的时间间隔时(堆积现象)或者当一个光子产生的脉冲由符合的电磁拾取信号(pick-up)引起畸变时。这样的事件使所获取的能谱变得模糊，因此根据形状分析，要么被舍弃，要么被正确地解释。前端电子线路中的高频电子学噪声干扰能谱图，降低了能量分辨率。然而，通过脉冲形状分析，能谱能够被改善到光传感器的实际分辨率的程度。
下面将讨论为了降低本底设计上的一些考虑。下列的本底源在根据本发明的例示性实施例中被明显地降低A1闪烁晶体的放射性污染；A2光电倍增管(PMT)的放射性污染；A3屏蔽室的放射性污染；A4来自环境的高能γ射线；
B1来自闪烁体、PMT和屏蔽室的由中子谱发的γ射线；B2来自闪烁体、PMT和屏蔽室的由宇宙射线谱发的γ射线；B3由于宇宙射线的直接撞击；C1 PMT的暗脉冲；C2由宇宙射线谱发的PMT暗电流；D1电子拾取信号(pick-up)；D2振动拾取信号。
第一组本底源(A1-A4)产生每秒几个计数(CPS)数量级的本底水平。降低这组本底的传统方法包括超纯材料的使用，通常纯度超过99．999％。然而，纯化方法非常昂贵难以应用在用于生物医学用途的廉价仪器之中。扣除本底的统计方法受到统计样本事件的限制和只能应用在信号本底比(S／B)较大的情况中，例如S／B＞10。
第二组本底源(B1-B3)具有每分钟0．1-1个计数水平的本底。有效的屏蔽室和成熟的脉冲形状分析技术能够用来抑制这个本底，但是有效屏蔽室的使用趋向于非常昂贵。此外，有效屏蔽室的使用常常导致探测器的几何形状变得复杂化和限制了样品的可使用空间，因而降低了设备的用途。
第三组本底源(C1-C2)产生每小时几个事件(cph)。这些源极难只通过硬件手段来抑制。符合、硬件手段和成熟的脉冲形状分析的协同组合能够抑制这类本底的大约90％。然而，这需要基于数字存储示波器(DSO)的在线脉冲形状分析的繁重工作。
第四组本底源(D1-D2)，即电子的和振动的拾取噪声，是非常依赖于系统和所处位置的。传统的基于NIM(核仪表组件)的电子线路呈现的每个单元典型的噪声为0．1cpm，其依赖于所使用插件的总数。即使使用了接地很好的同轴电缆，10到20根电缆用来与一个典型的NIM系统相连接，观察到的电磁噪声为大约1cpm。此外，外部高压电源的使用也负面地影响拾取噪声的水平。
为了达到少于每小时一个假计数的水平，应该使用特殊的低噪声电子线路。在根据本发明抑制本底源B1-B1和C1-C2所必需的系统在线计算要求与导致的电子学拾取噪声的增加之间存在着互为折衷关系。
现在讨论同位素的选择。最合适于本发明使用的EC发射源列在号码为5，532，122的美国专利的表格1-4中。EC发射源(emitter)典型地有两个符合光子，其中之一总是由于原子壳层的重新排列发射的相对低能的X射线。此外，能够出现一些俄歇(Auger)电子，它能够被有利地用来获得很高的空间分辨率。对于优选的放射源I125来说，它的第二个光子也是低能的；其能谱上有三个峰，能量分别为27、31和35kev。设计一个MPD探测器包括在探测效率(DE)、能量分辨率(dE)和时间响应之间的折衷考虑。光子能量很大程度上影响探测器单元的选择。在高能发射源的情况中，其中至少有一个γ光子的能量超过100kev，密度较大的无机闪烁体可能是经济实用的，而对于EC同位素的探测，很多种探测器都可以使用，包括闪烁体探测器、半导体探测器和气体探测器等。
最好，CGX发射源是能够形成共价键的元素的同位素，或者是能够与有机化合物螯合在一起的元素的同位素。优选的同位素是I123、I125、I126、Br76或Br77，和最好是同位素I125。
半衰期为60天的EC同位素I125是特别优选的。根据以前的仪器获得的和在核素图中记录的结果，35kev的原子核γ射线和在27-31kev范围中的几种可能的X射线之一的符合发射占I125衰变总数的7％。然而，使用本发明的改进了的系统，实验揭示了实际符合数占衰变总数的25-35％。
CGX发射源最是镧系同位素族中的同位素。这族元素包括54个具有相同化学性质的同位素，它们可以根据它们的不同衰变电子光子能量来区分。通过使用捕获金属离子的螯合集团，CGX镧系族同位素能够被引入作为对生物分子的示踪。关于把螯合集团加合到DNA子单元和它们的聚合体中的化学原理是众所周知的。
下面将讨论对于用来探测I125的超低本底CGX系统的材料选择。探测来自I125的γ射线要求闪烁体探测器具有好的能量分辨率。一般说来，把NaI(Tl)晶体／PMT组合在一起能够取得最好的能量分辨率。然而，NaI(Tl)的使用导致额外的硬X-射线本底，这是由于特征碘吸收边缘引起。根据本发明，通过实现优选的CaF2／PMT组合能够有效地消除这种本底。
在CGXD系统中使用的超过1mg质量的所有材料均被甄别出来作为放射性杂质。含有K40的玻璃最好用石英或特殊的低本底硅酸耐热玻璃取代。含铁材料由于放射性钴污染也被排除。庆幸的是，某些类型的塑料，例如特夫隆(teflon_)和聚丙烯的，是可以接受的，以及超纯的铜、锡和铅也是可以接受的。
诊断本发明的诊断用途包括DNA测序，DNA指纹图谱和各种形式的竞争和／或结合分析，例如放射性免疫分析(RIA)。使用pci(皮居里)水平的I125同位素作为输入，暴露于可能停留在测试样品或试剂中的毒素和病菌是远比所使用的微量I125在安全上更为关心的问题。
这个系统能够应用在IA(免疫分析)、免疫PCR(聚合酶链式反应)和DNA探针、和IRMA(免疫放射分析)那样的诊断测试中测量亚渺摩尔(＞10-18M)数量的生物分子。为了对1CPS的本底水平能够获得合适的信号本底比(S／B)，以前的IRMA技术要求使用危险数量的放射性同位素。由于缺乏允许的抛弃场所，放射性废弃物必须存放在产生废弃物的地方(即医院、大学和工厂)，产生潜在的辐射和生物危害。根据本发明，受生物危害条例限制的固体测试残留物可以被抛弃掉，这是因为它们的放射性比环境本底还要低。液体残余物将包含大多数放射性，但是其放射性比从现行的生物医学工艺(例如放射性免疫分析(RIA))中生的残余物有更低，并且通常地比地下水的放射性水平要低得多。因此，在许多情况下将可能允许进行直接抛弃。
现在讨论“夹层”探测器几何形状的优点。根据本发明的设备的一个单元是“夹层”几何形状的，其中一个样品放置在两个独立的闪烁体探测器之间，每一个由一个单独的PMT或相当的部件读出。夹层几何形状是反直观的，因为它导致了两套部件，包括PMT，这是主要的本底来源。而且，被动的屏蔽室相当昂贵，探测器组件的整个形状看上去有点笨拙，很显然，对用户显得不那么友好。最后，与井形几何形状相比，夹层的几何形状降低了探测效率。
然而，夹层的几何形状的使用代表了在下面几个要求之间的最佳折衷结果*能在OR(非符合)模式下操作又能在AND(符合)模式下工作的能力；*允许不对称探测器构造的几何形状；*吸收赝生事件(artifacts)的最小化和／或刻度；和在基于闪烁体的γ射线计数器中的本底计数的主要来源是探测器本身这一部分的放射性污染。为了降低本底的实际放射性成分，可以优化闪烁体的体积。与I125衰变有关的低能γ射线和X射线被有效地阻止在少于1mm厚的Nal(Tl)或少于1．5mm厚的CaF2(Eu)闪烁体之中。然而，用这样薄的薄片做一个井形探测器是不切实际的，特别是考虑到将PMT与闪烁体耦合在一起的需要。代之的是，优先选择平面闪烁体几何形状，尽管它的探测效率有些低。在实际中，直径2"的平面探测器的探测效率对于一个置于探测器中间的小源(直径为几毫米)来说是大约40％。通过使用两个相同的平面圆形探测器，让放射源位于两个探测器之间，系统的整个探测效率得到提高，并且依赖几何形状的程度降低。
探测器的分开还有其它有利的方面。在一半情况中它能够从具有两倍光子能量的单个光子事件中区分出双光子事件。它还能够通过使用反符合抑制技术来甄别本底。然而，每个探测器模块有一个分离的PMT，由于PMT的暗脉冲和多种多样的电子学赝生事件，这就增加了非放射性的本底成分。因此，通过根据本发明的脉冲形状分析有效地甄别这样的非放射性事件是可取的。
夹层的探测器几何形状比井型探测器或平面探测器的几何形状具有更好的性能。其于这三种不同的几何形状的闪烁体探测器的定性特性列在表1中。表1
对生物医学仪器来说可重复性和可靠性是重要特征。在许多探测器中，典型的误差的来源是自吸收和由于在探测器中／在探测器前面的样品定位的变化。当样品是液体时这些误差可以容易地最小化，在这种情况中井形的使用有非常大的好处。不幸的是，液体的使用导致并非无足轻重的样品的处理的问题。现代诊断方法通常使用这样的形式，其中生物样品粘贴在一固体表面上或者是一分离过程的产物，这种产物被吸附在适当的过滤器上。例如，电泳产物被凝胶俘获或转到薄膜上。当使用具有大的表面／体积比的样品时，特别地当生物样品不均匀地分布在固体状态过滤器、载体或厚度不能忽略的薄膜的表面的内部时，或者当生物样品附着在这些材料的表面上时，用具有平面形状的探测器是有好处的。
当使用两个基本相同的平面探测器时，根据本发明每一个探测器带有独立的读出电子线路，能够大大地降低定量的赝生事件。当自吸收可以忽略和样品的位置准确时，两个探测器给出基本相同的计数率。然而，即使在两个探测器中计数率互不相同，夹层形状也允许高效率的求差／补偿方案的应用。
根据本发明，使用夹层形状有一些其它优点，特别是对于有效的本底抑制。许多本底事件是由于在PMT中的电磁拾取脉冲和暗脉冲引起的。借助于两个很好分开的探测器，电磁拾取脉冲很大一部分能够通过比较两个探测器中的脉冲而被探测到。因此，一对相互分开但有同样电子线路的探测器可以在反符合模式下工作以便抑制电子的和振动的拾取脉冲。
在单个探测器构造中，由于PMT中的K40污染引起的本底是整个本底的重要组成部分。当使用两个平面探测器时，沉积在一个探测器中的能量通常与沉积在另一个探测器中的能量有很大的差异，这就使得有可能抑制由于污染闪烁体、PMT和屏蔽室的β发射源引起的本底。适当的隔离体的使用使得有可能进一步消除由于来自设备外部的高能光子穿透引起的本底。它对抑制宇宙射线也是有用的。
根据本发明的夹层形状的另一个重要优点是它的多用性。本发明的最佳实现是使用两个基本相同的探测器，用来探测同位素I125。I125的情况有些特别，即，多个光子以符合方式发射，但它们的能量非常接近，分别为E=27、31和35kev。因此，对于I125，能够使用两个相同的薄闪烁体。然而，许多其它重要的源发射能量相应很大的多个光子，常常一个光子是软X射线(E＜50kev)而另一个光子是核的γ射线，例如E＞100kev。举例来说，对于I123的情况，它有能量分别为27kev、31kev和150kev的三条线。在这种情况下，根据本发明的一个实施例，带有两个晶体厚度不同的闪烁体的的夹层探测器可能是最佳选择。进一步，光控开关元件能够被用来探测能量差异很大的光子。
当使用闪烁体探测器时，物理上尽可能地隔离开闪烁体以便降低相互之间谱发的X射线干扰是合适的。如果样品的体积相对较小(几百微升)，这能够通过把一块1-5mm厚的铅或铜薄片插入样品支承体中来达到。探测器的隔离开有效地将在单光子I125的感兴趣能量区(ROI)中的本底压低两倍。探测器的隔开对于基于CaF2(Eu)系统的本底具有差得多的效果，这是因为这些探测器不能在I125ROI中产生次级X射线。CaF2(Eu)的使用有利于构成根据本发明的用于大体积样品的MPD探测器。基于NaI(Tl)或CsI(Tl)的探测器对于隔离体中开孔的形状和直径显示了相当高的灵敏度。
根据本发明的设备与在Memorial Sloaw Kettering癌症中心(MSKCC)和其它地方的探测器之间的比较通过使用市场上可买到的放射性碘标记的TSH抗体的双重稀释液((binary dilutions)来完成的。这种抗体的分子重量为大约40，000道尔顿。大多数这些测试通过使用一套刻度样品来完成。另外的刻度用NaI125和I125-dCTP的稀释浓液来进行。对于放射性的标准，溴化3，8-二氨基-5-乙基-6-苯基菲啶鎓用125进行碘标记变成大约0．1mCi／ml的特定活度。随后，用异丙醇以四倍的因子顺序进行稀释。这套刻度源包括十个样品，覆盖范围从几千个dpm到大约0．1个dpm。每次稀释一百微升体积放置在200微升的由薄塑料制成的Eppendorf(埃彭多夫)瓶之中。
这些比较的结果证明MPD比其它γ射线探测器测量强度更好的放射性。两个不同的MPD探测器的探测效率和能量分辨率也作了比较。在非符合模式中，根据本发明的不同实施例的MPD设备与传统的设备相比有可比较的探测效率和大约低50倍的放射性本底。此外，传统的系统在大约±5％误差范围内被刻度而我们的MPD系统在大约±1％误差范围内被刻度。
表2显示了一些最重要的参数，即对于一组商用γ射线计数器和两个根据本发明的基于NaI(Tl)和CaF2(Eu)的MPD探测器，分别列出了探测效率和本底。表2还显示了对于在AND(符合)模式下工作的MPD设备，当使用由EC发射源发射的两个光子之间的符合时，其本底与在OR(非符合)模式下工作的本底相比进一步被降低，这样导致了被大大提高了的灵敏度。然而，可以看到在符合模式下其探测效率也降低了一些。表2
(1)Beckman 5500，位于美国红十字会，Gaithersburg，Md．；(2)Bedeman 5500 γ计数器，位于Lehigh大学，Bethelheim，Pa．；(3)γ谱仪LKB 1272，位于Georgetown大学，Washington D．C．；(4)γ谱仪LKB 1292，位于MSKCC，New York，NY；(5)基于两个2"NaI(Tl)闪烁体的MPD设备；(6)基于两个2"CaF2(Eu)闪烁体的MPD设备。
对于MPD探测器，给出在OR和AND两种计数模式下的性能(括号中的值是AND模式下的数值)。
现在将讨论根据本发明的允许在OR和AND模式工作的MPD系统的最佳化。夹层探测器允许在符合(AND)模式下工作，因而将本底显著地降低几个数量级。然而，对于这种获取模式其探测效率也相对地低(对于I125放射源和直径为2"到3"的夹层形状的探测器为5到15％)，对于弱放射源这将大大地延长计数时间。然而，根据本发明的夹层探测器也能在非符合模式下工作。这种非符合模式称作OR模式。在这种OR模式下，计数记录在任一个探测器中的事件。因此，整个系统作为一个探测器工作，在这一方面类似于井型探测器或任何非分段的探测器。在OR模式中，探测效率较高(对于I125放射源和直径为2"的夹层形状的探测器，其典型值为50％)，但是通过符合得到的较好的本底抑制的附加好处丧失了。
以OR模式工作的根据本发明的MPD通过使用以下方式获得了相当大的本底减少优化闪烁体厚度；正确解释双光子事件的分支比(对双探测器系统为50％)，它能将感兴趣计数区域减少到单光子峰上；反符合；和脉冲形状分析。
在直径为2"的CaF2(Eu)晶体的MPD中，在OR模式下的本底是1．5到2cpm和探测效率是50％。在OR模式获取期间，符合事件被识别出来和计数，因此不必再做一次AND模式计数。一旦获取的完成，MPD输出OR和AND计数数据。如果放射源的活度在OR本底等效的活度之上(大约5pci，或渺摩尔的I125示踪元素)，OR数据应该被使用。由于OR计数的较高的探测效率，这些数据具有较低的统计误差。如果OR事件接近于OR模式的半底，AND模式计数数据被使用，这是由于它的低得多的本底。
作为大约估计，对于大于10dpm，即大约5pci的放射源在OR模式下工作较好。然而，对于放射性活度在1-20dpm范围OR和AND两种模式都能很好地使用。关于这个范围的灵敏度，软件被用来把OR和AND数据结合在一起以便获得真计数率的最佳估计值。这样就能最小化由于统计误差(AND数据)和高本底(OR数据)引起的赝生事件。对于活度在1dpm以下，AND模式给出相当好的信号本底比。
根据本发明的重要的软件功能之一是适当地估计对计数率的死时间和堆积修正。基于DSO的脉冲获取包括相对较大的死时间，必须对死时间进行补偿，尤其是对于高计数率的情况。在根据本发明的MPD设备中，这是通过使用一个附加的计数器／定时器插件来完成的。
这个计数器／定时器最好有至少两个脉冲计数器和一个定时器。一个计数器应该计数由信号处理(Conditioning)／触发插件产生的全部硬件触发，另一个应该只计数符合触发。定时器应该用很高的精确度记录辐照的时间。在优选的实例中，应该使用型号PCL-720，它是由JDR微设备公司提供的。这个插件有3个计数器，其中之一能够通过内部连线转变成一个定时器。这些计数器有16位，因此它们可以以每秒至少一次读出数据以防止数据的丢失。第三个计数器被连线来计时，在这个实施例中它按一秒的1／2，500的间隔进行计时。
当计数开始时，MPD软件命令DSO插件获取第一个脉冲和同时初始化计数器和定时器。每一次PC硬件定时器中断到来时(例如，每一55毫秒)，计数器和定时器中的数值被读出和被加到总的计数／经过时间之中。计数完成时，在相应计数器中的计数率(总计数除以从定时器中读出的时间，如果DSO用符合触发信号触发，使用符合触发计数器，否则使用总计数的计数器)被用来按照如下公式调整所有事件、未被抑制的事件和在所有感兴趣区域(ROM)中的事件的计数率CpmiAdj=Cpmi*(CpmTotal Counters／CpmTotal DSO)这里CpmiAdj是对死时间损失作了调整的第i个ROI中的计数率(每分钟为单位)，Cpmi是第i个ROI中的原始DSO Cpm，CpmTotal Counters是在计数器中的总cpm，和CpmTotal DSO是在DSO中抑制之前的总计数率。
这种调整能够对死时间损失作全部的补偿，并有效地使计数的线性只受到在高计数率时脉冲堆积的限制。自刻度程序能够对OR和AND计数率数据在例如少于3％的范围内相吻合。
现在讨论CGX探测器的性能特征。与传统的设备相比，根据本发明的探测器具有从根本上得到改善的性能。其改善部分包括灵敏度、可重复性和动态范围。
灵敏度辐射计数器的灵敏度(或者说探测的极限)的直接指标是它的本底相当的活度(BEA)，即在探测器中产生等于本底的计数率的放射源的活度。这个性能因素是由计数器的本底和探测效率两方面决定的。
对于根据本发明的MPD探测器，在OR模式(非符合探测)下的典型BEA是在每分钟3到4个衰变的范围，这个活度相当于当少于2pci I125的活度。这是根据在OR模式下为大约50％的探测效率(DE)和在I125的能量感兴趣区中为1．5到2cpm的本底计数率条件下得出的。因此，一个5pci的样品将有大约3的S／B值。
对于根据本发明的MPD探测器，在AND模式(符合探测)下的典型BEA是在每天1个衰变的范围，相当于几个飞居里(femto Curie，10-15居里)。这是根据在AND模式下大约7％的DE(探测效率)和在I125的感兴趣区中每两个星期为1个计数的本底计数率条件下得出的。
对于一个活度较弱的放射源(10pci)，商用探测器要么无法定量测量样品要么只提供S／B值接近1的临界测量结果。然而，一个10pci的I125样品用根据本发明的CGX探测器进行重复测量，在数个星期的时间间隔内进行了400次的测量。所测量的活度与已知的I125的半衰期是相容的。这些测量结果是在OR工作模式下取得，其中并没有应用符合模式。
在性能增强的模式中，即依据符合模式和更严格的脉冲形状分析，虽然DE有点低(5-10％对50％)，但本底却降低了几个数量级。对于这种增强的模式，性能依赖于样品的尺寸。对于直径为12mm的标准样品试管束说，DE为6．5％和本底为0．25cph，产生了4dph的BEA。对于较小的样品(直径为4mm或更小)来说，DE为5-7％和本底为0．5-1个计数每星期，它等效于3dpd(每天的衰变数)的BEA。因此，在这种灵敏度得到改善的模式中，有可能探测到活度为大约10dpd，即包含少于一千个I125原子的I125放射源。
可重复性用根据本发明的MPD设备进行测量的极好的可重复性是通过选择电子元件来达到的，这些电子元件具有很低的温度系数、闪烁体[CaF2(Eu)]温度响应的部分补偿、由于宇宙射线引起的暗脉冲的抑制和电磁干扰的抑制。
已经知道所有这些效应都是时间相关的。例如，来自闪烁体的信号的温度相关性在传统的商用γ射线探测器中导致在3．5％水平上的昼／夜效应。在低计数率下宇宙射线通量的每天和每年的波动在井型探测器中导致百分之几的效应。最后，对电磁干扰的灵敏敏度在10cpm活度以下时导致显著的昼／夜变化。在MPD中这些效应的抑制／补偿极大地改善了测量的可重复性和消除了所有的昼夜效应。
根据本发明的MPD设备的测量可重复性主要由计数统计性、时钟准确性和仪器中样品放置位置的可重复性来确定的。根据本发明的MPD设备在很大的一段时间均相当稳定。没有观察到本底的变化，和探测效率是稳定的。为了测试MPD设备在数个星期内的测量稳定性，相同的样品(50纳Ci)被测量大约1，200次，在每次测量之前把样品从支承座上移去然后再放置在位置上。对于每次测量，样品被计数直到收集到10，000个事件(相当于±％的统计误差)。
根据本发明的MPD的另一个优点是存在可靠刻度的可能性。由于使用了能够降低吸收和样品放置位置赝生事件的“夹层”形状和使用了可以用Eldridge刻度程序进行刻度的I125，改善刻度是可能的。例如，同一MPD设备用50纳Ci的放射源刻度25次。平均DE确定为49．1％，其标准偏差为±1．7％。与商用探测器进行比较，典型的商用探测器通常刻度至±5％的误差范围，但实际上对于活度在0．1纳Ci以下的放射源，其刻度不确定度接近±10％。
动态范围对于所有分析的和生物医学的应用，跨越许多个数量级的线性是期望有的特征。经常是，原始生物化合物的水平应该与代谢物的水平可以比较，而代谢物的水平可能低许多个数量级。大多数现有的传统仪器具有非常有限的动态范围。
照相乳胶只在1．5log(对数)的范围内允许定量测量。典型地，探测器的响应受到低计数率和高计数率的限制。因此，代替所期望的线性响应，特征探测器效应是一条S形的曲线。在低计数率时，井形探测器受到固有本底的严重限制。类似地，光学探测器，例如色谱仪，受到光子本底的严重限制。在高活度水平上，堆积或光学干扰使传统探测器的线性发生畸变。实际上，γ射线探测器对于高计数率，直到大约1，000，000CPS，是接近理想的。因此，典型的井形计数器在大约4个log的动态范围内，即从大约100CPS到1，000，00CPS，显示了线性响应。
在根据本发明的MPD设备中使用的本底抑制技术在OR模式中从1cpm到1，000，000cpm，即超过6个log的动态范围内允许可靠的定量测量。当使用了改善了的AND工作模式时，对于这种模式本底为1cpd，根据本发明的MPD探测器具有超过9个log的动态范围的线性。在较高的计数率(超过500，000dpm)上，可能由闪烁体的脉冲堆积引起饱和。尽管在这个范围内响应不再是线性的，但MPD的死时间并不会扩大，因此计数能够进行计数和将结果对堆积进行校正。在低计数率下，响应的线性受到本底的限制。用MPD测量的结果显示在图4中。I125示踪的试剂的稀释液显示了超过5个数量级低至0．1Zeptomole／样品水平的被测活度的完美线性。
根据本发明的MPD的响应的线性与商用色度探测器进行比较，MPD的优点是明显的。MPD探测器的动态范围比色谱仪要大得多。为了进行这个研究，抗生蛋白链菌素-HRP(辣根过氧化物酶)被碘标记，同一样品用MPD和用于ELISA测试的商用色谱仪进行测量。测量结果显示在图5中。MPD的灵敏度比色谱仪的灵敏度至少好两个数量级，和MPD的动态范围比色谱仪的动态范围好大约五个数量级。在色谱仪工作可靠的范围内，使用根据本发明的MPD与使用色谱仪得到相同的结果。
现在讨论CaF2(Eu)闪烁体的使用。对于MPD仪器来说NaI(Tl)闪烁晶体似乎是自然选择。在符合模式中，本底抑制与能量分辨率的平方成反比，NaI(Tl)的能量分辨率比其它闪烁体好约50％。此外，在具有适当能量分辨率的闪烁体NaI(Tl)、CsI(Tl)和CaF2(Eu)中，碘化钠闪烁体是最快的。根据标准实践，本底抑制正比于时间分辨的平方。计算表示在基于NaI(Tl)的MPD中本底比使用其它闪烁体的本底应该低大约四倍，对于非常小的，例如＜10微升的放射源这样的MPD系统达到大约每星期0．5个计数(0．5cpw)的本底。
然而，基于NaI(Tl)的设备的缺点包括*NaI(Tl)在机械性能上是脆性的，例如，当把它放有温度梯度的地方时和／或在运输过程中，它经常发生破裂；*NaI(Tl)必须完全密封起来，和当样品放置在它的附近位置上时，例如当操作在空间上分开MPD设备时，覆盖在闪烁体前表面的薄Al箔或Be箔很容易撕裂；*当使用大的样品时，由于晶体之间的X射线的交叉干扰，在基于NaI(Tl)的MPD系统中其本底显著地变坏。
用其它闪烁体(包括CaF2(Eu))取代NaI(Tl)导致很小的本底增加。然而，通过最优化读出电子线路和数据处理软件，对于小样品的I125或I123来说，基于CaF2(Eu)的MPD系统与基于NaI(Tl)的系统相比达到几乎相同的本底。对于大样品来说，在基于CaF2(Eu)的MPD系统中其本底要好大约10倍。
由于几个并不直观的理由，CaF2(Eu)对于I125探测具有如上所述的令人吃惊的低本底。首先，对于根据本发明的MPD系统，在AND模式中，本底的主要来源是在一个晶体中发射和吸收的与在另一个晶体中探测到的某些能量源相符合的软X射线的探测。当使用NaI(Tl)时，任何在晶体中具有E＞35kev的外部光子的吸收都导致再发射26kev或32kev光子，26kev或32kev光子来源于原子壳层的重排。因此，当使用NaI(Tl)晶体时发射出特征碘X射线。这些射线不能与I123或I125的子核发射的25kev和31kev的Te X射线区分开。实际上，对于CsI(Tl)来说，这个效应甚至更大，因为Cs和I的特征X射线几乎与放射性碘发射的X射线相同。庆幸的是，在另一方面CaF2(Eu)只包含了原子序数较低的元素。因此，它们的特征X射线有少于15kev的能量和能够与放射性碘的X射线区分开。因此，NaI(Tl)或CsI(Eu)最好应用到原子序数少于40或大于70的EC放射性同位素，对于原子序数在40到70之间的EC放射性同位素，最好使用CaF2(Eu)闪烁体。
CaF2(Eu)的第二个优点甚至更精妙和更不直观。CaF2(Eu)是非常慢的闪烁体，它的特征光衰减时间大约为5微秒，即比NaI(Tl)慢大约25倍。传统的探测器使用尽可能快的探测器，具有大约1cps的本底。当本底被压到几个cpm时，本底的主要来源是由于宇宙射线和来自PMT的暗电流脉冲引起的。在晶体本身中由于由宇宙射线沉积的能量引起的假信号能够通过分析沉积的总能量得到部分的解决。特别是对于低能的X射线，例如对于I125，这种方法能够抑制掉穿透过闪烁体的宇宙射线的95％以上。这种方法包括有效地抑制在宇宙射线簇射中的次级粒子。
然而，在MSD系统的情况下，晶体本身非常薄，PMT阴极的表面是晶体表面的大约50倍。撞击在PMT阳极之一上的高能宇宙射线引起电子的雪崩，这些电子依次被放大。这样的脉冲导致了比宇宙射线的能量低得多的表面能量沉积，即在由宇宙射线在PMT中谱发的暗电流脉冲的能源与来自放射性碘的能量之间存在相当大的交叠。在使用闪烁体-PMT组合的探测器中这个本底源造成在每个PMT中有每分钟n个计数，或在符合模式中每小时几个计数。然而，沉积在闪烁体中的能量典型地导致比宇宙射线在PMT中谱发的脉冲更长的脉冲，它具有大约0．2ns的特征时间常数。
在实际中，抑制能力受到几个探测器特征的限制。这些特征值包括闪烁体的特征响应时间、成形放大器的参数在线脉冲形状分析系统的性能。例如，在MPD系统中，在低价格的要求和应用在脉冲形状分析中的在线数字存储示波器(DSO)的性能之间存在折衷关系(trade-off)。只有大约一半由宇宙射线在PMT中谱发的脉冲能够通过在NaI(Tl)中谱发的脉冲被抑制掉。在由宇宙射线在PMT中谱发的脉冲和在CaF2(Eu)中产生的脉冲之间的脉冲上升时间的差异是很大的，即分别为0．1ns和几个μs。在基于CaF2(Eu)的MPD系统中，超过95％的由宇宙射线在PMT中谱发的赝生事件被在线抑制掉。
对大约40个NaI(Tl)晶体进行长达2年的观察发现NaI(Tl)晶体特性发生了变化，其中一些(大约10％)由于热应力而破裂而另一些(大约15％)由于它们的吸湿性而变黄。相反，对20个CaF2(Eu)晶体进行长达一年的观察没有发现晶体特性有明显的变化。
总而言之，夹层形状的CaF2(Eu)闪烁体能够取得优越的本底抑制功效，特别是当放射性碘样品的大直径可以测量时。CaF2(Eu)的优越的机械特性提供了超过NaI(Tl)的另一个优点。
现在将描述闪烁体以及它们的线度的选择。传统的闪烁体被优化成使探测效率为最大。因此，在感兴趣的能量上所选择的典型厚度是大约二倍于阻止本领。此外，对于典型的样品尺寸，譬如说其直径为0．5英寸，所选晶体的直径为3英寸或甚至4英寸。然而，在闪烁体线度的复杂的非线性函数中本底大致上正比于晶体体积。例如，对于3"的晶体，传统的设计是把它们与3"的PMT耦合在一起。然而3"的PMT比2"的PMT具有大得多的放射性，这种放射性来源于在PMT玻璃中的天然存在的同位素。因此，在较大的PMT中玻璃壁的较大的表面积和较大的厚度导致了明显更高的放射性本底。因此，与传统的假设相反，为了优化低本底MPD设备的性能，在本发明中最好选择直径为2"的探测器和明显较薄的晶体。
根据本发明的MPD探测器具有能够自我刻度的优点，自我刻度是通过使用I125源进行双光子符合探测来完成的。然而，为了完成这个功能，一对探测器应该相互匹配得很好，即应该有相似的特性。为了便于选择匹配很好的一对探测器，在给定MPD系统中的所有晶体最好从同一块直径较大的晶体上切割下来。这些晶体安装在低放射性本底的铜管中。X射线窗／反射面由MgO和50μm厚的Al箔组成。或者是，也可使用薄特氟隆(Teflon)箔。光学窗由至少2mm厚的石英制成。
直径和厚度的优化对于单样品MPD设备，根据本发明，发现最佳的闪烁体尺寸是直径为2"。对于标准夹层形状，即当一个样品放置在相互分开大约1／2"的两个探测器之间时，对应于这个尺寸的S／B是最高的。然而，作为晶体尺寸的函数的优化曲线相当平坦，例如，(S／B)[3"]≈1．2。当对于I125优化MPD探测器时，对于CaF2(Eu)闪烁体的最佳厚度为1．5mm；晶体厚度从1．0mm变化到3．0mm只引起(S／B)改变大约50％。
选择标准最好对每块晶体进行光学检查，舍弃有裂缝的或透明度不完好的晶体。然后，把晶体安装在经选择的低放射性本底的PMT上和进行一系列验收测试。第一个测试是检查整个晶体的能量分辨率和探测效率。不幸的是，PMT远非均匀，应该对PMT的不同区的性能进行测量。为了做到这一点，闪烁体／PMT组合的表面用直径渐增的铅环屏蔽起来，一个放射源放置在铅环的中心上。第一铅屏蔽罩有一个0．5cm的孔。然后检查在闪烁体／PMT的中心处的能量分辨率。两个其它的铅屏蔽罩也被用来检查能量分辨率，其中一块是一英寸的铅环和另一块是二英寸的铅环。对于I125只有具有dE／E(FWHM)≤21％的CaF2(Eu)晶体才被接受。此外，它们的放射性本底最好是≤0．5dpm。一般来说，每10个一批的晶体中2至3个晶体被舍弃和退还给厂家。
现在描述低本底PMT和在PMT和闪烁晶体之间的光学透明材料的选择。根据本发明的MPD设备要求非常细心地对PMT进行选择。如果额外的价格可以容忍，最好选择定制的石英PMT。流行的一体式闪烁体／PMT组合和市场上可买到的PMT基座也可以使用，但要根据本发明作适当的修改。放射性本底的很大一部分是由于在这些一体式组件中使用了不锈钢引起的，以及市场上可买到的PMT基座有相当高的放射性。根据本发明的PMT基座有一个在基座和PMT之间的复合屏蔽室用来降低放射性本底。此外，通过一个合适的低放射性本底的光学耦合物(石英)把PMT与闪烁体光学地耦合在一起。
为了降低在MPD系统中的放射性本底，对2"和3"的闪烁晶体选择最佳的PMT。下列的PMT参数是重要的；放射性本底、探测效率、能量分辨率、在光阴极表面上的均匀性、暗电流、长时间稳定性和信号对温度和磁场的相关性。
测试步骤和结果对来自五个不同的制造商的候选光电信增管进行了测试，Electron tubes公司(ETI)和Hamamatsu公司生产的PMT具有最佳的结果。对来自这两个制造商的大约40个PMT在电子学特性和放射性污染这两方面进行了测试。Hamamatsu公司的PMT在一定程度上提供了更好的电子学性能。它们都具有优越的探测效率和好的能量分辨等特征。此外，它们的暗电流也稍低一些。然而，对于2"和3"的管子来说，最好的单个管子是来自ETI的。在一批管子中这些管子具有稍大的电子学性能分布。考虑到放射性本底，最好选择ETI的管子，例如，它所测的本底比Hamamatsu的管子低10倍。
PMT经受一系列的测试以确定它们是否满足选择标准。第一个测试是在一块表面裸露的晶体上检查能量分辨和探测效率。下一步，对PMT的不同部分检查其能量分辨，这是通过使用三个不同的铅阑孔来完成的，放射性样品放置在铅阑之中，第一个屏蔽罩有一个0．5cm的小孔和第二个屏蔽罩是一个一英寸的外铅环。电子学参数很大程度上依赖于所使用的同位素的能量。例如在大约30kev(I125源)上的能量分辨与在大约88kev(Gab7源)上的结果分辨之间发现没有关联。
在PMT中的相对放射性本底通过把PMT放置在靠近一个直径为2"，厚度为2mm的CaF2(Eu)探测器的位置上进行测量的，这个CaF2(Eu)探测器与一个选择的低本底2"PMT相耦合。整个测试系统用铅、锡和铜很好地屏蔽起来。在CaF2(Eu)探测器中的本底在20到40kev的能量范围(正是I125的能量感兴趣区)内被测量，所测结果与没有被研究的PMT时的本底进行比较。脉冲形状分析用来甄别真事件和电子学赝生事件。在测试过程中，在没有测试PMT的情况下发现CaF2(Eu)探测器中的本底为0．7cpm。ETI的PMT通常增加的计数率并不明显，而Hamamatsu的PMT一般产生较大的附加本底。
在Hamamatsu的PMT中发现的放射性本底是惊人地大，平均本底是3．5cpm，但可以观察到高达4．2cpm的本底。因此，最好选择ETI生产的型号为9266KB的2"PMT，将它与一个NaI(Tl)或CaF2(Eu)闪烁体耦合。平均dE／E(FWHM)=17．4％，最小和最大能量分辨率分别为16．2％和20．7％。平均探测效率是37．4％，最小和最大探测效率分别是31．1％和40．3％。由于EMI的PMT引起的放射性本底是相当低的，平均本底是0．2cpm，最小和最大本底分别是0．1cmp和0．55cpm。大约20％的PMT发现有高于0．3cpm的本底。把这些PMT舍弃之后，平均本底是0．13cpm，最小和最大本底分别是0．11cpm和0．28cpm。另一种优选的型号是ETI生产的R-2486型PMT。
封装传统的PMT典型地被封装在一个预制的铝或不锈钢管中。这些商用上安装的PMT增加了放射性本底，因此，最好在安装上作一些修改。对PMT应作裂缝或瑕疵检查。用异丙醇清洗PMT清除任何颗粒物或沾污物。下一步，除了窗区以外的整个玻璃表面用四层的黑色电工胶带覆盖起来。在这些工作完成之后，用黑色电工胶带螺旋状地单层覆盖除靠近窗区的第一条胶带之外的所有胶带。随后，用两层具有导电性粘着剂的铜箔带覆盖整个PMT，包括塑料基座。另一层黑色电工胶带螺旋状地覆盖在铜表面上。接下来，再用一层铜箔带接上一层螺旋状的黑色胶带之后的完成整个包装过程。
晶体和PMT之间有硅光油耦合在一起。必须仔细操作以免在晶体和PMT之间引入空气泡。下一步，用白色特氟隆带环绕在晶体与PMT相接处的PMT上。晶体用4至8条非常薄的带有粘性的铝箔固定住。一层粘性的铜带环绕晶体和PMT以确保PMT和晶体固定在一起，它还起到阻止外部X射线的作用。3英寸的PMT用粘性的铝带把两者固定在一起。最后，为了确保防止可见光的泄漏，用一层黑色电工胶带螺旋状地覆盖在铜上。
对于低本底计数来说，应该把闪烁体屏蔽起来防止来自与闪烁体耦合在一起的光电信增管的放射性。不可能把探测器屏蔽起来防止来自PMT的高能γ射线而不降低闪烁体／PMT系统的光学特性。然而，有可能通过在PMT和闪烁体之间使用诸如石英的透明窗把闪烁体屏蔽起来防止β粒子和低能光子入射。这个窗口24显示在图1的例示性实施例中，它带有光学油层23。要选择同时具有优越的光学特性和高纯度的石英。石英与CaF2(Eu)的光学密度匹配得相当好，对NaI(Tl)来说也是可以接受的。最好选择5mm厚的石英窗。在石英中没有可观察到的放射性杂质。
闪烁体对γ射线和X射线更好的屏蔽能够通过使用比石英具有更高阻止本领的材料来达到。为了达到这个目的，最好选择高纯度的GeO2和含锗的玻璃，因为它们具有非常低的固有放射性本底。它们的高原子序数和密度也比石英窗优越。这种几个毫米厚的窗能够有效地阻止低能光子，以及β粒子，而并不使闪烁体／PMT系统的光学特性变坏。二氧化锗(gelica)和锗玻璃与NaI(Tl)匹配的光学特性要比石英与NaI(Tl)匹配的光学特性好。
另一种可供选择的方案是使用含铅的高密玻璃，尤其是象氟化铅(PbF2)和锗酸铋(BGO)那样的高密透明晶体。在使用BGO的情况下，应该使用非掺杂的晶体以便不会产生由于BGO中的杂质引起的赝生事件。这些材料的光学密度比CaF2(Eu)或NaI(Tl)的光学密度高。因此，最好使用一薄层特殊的光学油，例如在硅油中加入PbF2粉末，以便使闪烁体和窗的光学特性、窗和PMT的光学特性相匹配。可选择地，可以使用由二氧化锗(gelica)／高密窗／二氧化锗(gelica)三层夹层窗，二氧化锗(gelica)的厚度应该比高密度光学窗的厚度小得多。
屏蔽室／隔离体；根据本发明的MPD的外部屏蔽要求能够阻止环境的辐射，正如在图1的例示性实施例中所示的屏蔽室55。对于用大约1-1．5mm厚的闪烁体晶体制成的MPD探测器来说，2"厚的Pb屏蔽室足够了。增加屏蔽室厚度并不能进一步明显地降低地球表面上的本底，可能主要原因是由于剩余的本底主要由宇宙射线引起的。然而，如果屏蔽室只由铅组成，由于放射性粒子引起的屏蔽室本身的激发，在本底源中出现次级铅X射线。因此，最好使用多层屏蔽，在Pb屏蔽室内部放上一层1-5mm厚的锡用来吸收铅X射线，在锡层内部放上一层1-5mm厚的铜用来吸收锡X射线。铜本身的X射线能量是相当低的(8-9kev)，它在I125的感兴趣区域之外。NaI(Tl)和CaF2(Eu)闪烁体都有足够的能量分辨率，能够以好于90％的n率舍弃掉这些脉冲。商用的Cu箔具有足够的纯度和并不带入额外的放射性本底。外部屏蔽室应该在所有面上包围住探测器组件，包括PMT和基座。
样品支承座／交叉干扰消除装置也由1-5mm厚的铜板、铅板或铜／铅复合板制成。这个厚度对阻止碘X射线足够了。
应该在没有放射源的条件下对用于屏蔽室的材料进行测试，方法是用来为低放射性本底而选的并放置在被选择的低本底屏蔽室中的CaF2(Eu)探测器测量本底。每次测试用2个小时的时间，所测结果产生大约±10％的统计误差。有放射性本底大于0．9cpm的每一个屏蔽室都要重新测量4个小时，如果新值仍然在0．9cpm之上，就舍弃这个屏蔽室。一般来说，必须舍弃20％的屏蔽室。
现在描述用于高稳定MPD设备的一体PMT基座组件。低活度放射源的精确计数要求高稳定的探测器系统。观察到的漂移主要由于环境温度的变化引起的，环境温度的变化引起闪烁体的产额的漂移以及PMT和电子线路读出的增益的漂移。为了使PMT保持稳定最好选择改善了的电子线路和高压电源。
用于PMT的高压电源(HVPS)应该如下方法进行稳定，即引入高增益的负反馈、使用具有低温度系数(1-2ppm／℃)基准芯片(例如，MaX580)和使用具有低温度系数的1％金属膜电阻。用于PMT的分压器是根据同一类型的电阻制成的。通过使用高稳定的运算放大器和分散增益使每一级放大器的增益都少于5，从而使前置放大器的温度相关性最小化。
在PMT和闪烁体中长时间的和温度引起的漂移问题能够通过调整放大器的增益得到补偿，以便使获取的能谱保持不变。电子线路允许数字化地控制它们的增益。当与位于探测器系统中的温度读出设备相连接时，这个电子线路允许连续地调节增益对温度引起的漂移进行补偿。对于每个探测器温度对增益的刻度能够在非符合(OR)模式下通过一系列的测量有效地获得，并能使用在OR和AND两种模式的获取之中。整个刻度过程可以是自动化的和周期性地完成以补偿长时间的漂移。
PMT基座对于作生物医学用途的低本底探测器来说，由于HVPS和分压器(VD)的依赖性、高压电缆的性能／危险性、各种元素的放射性本底和PMT和前置放大器之间的电磁拾取噪声，商用HVPS和PMT基座是不能令人满意的。因此，最好选择一体的PMT基座，包括HVPS／VD／前放／成形放大器组件。
传统的PMT基座很少使用一体的设计。经典的做法是，只把分压器放置在PMT基座之中。这种做法导致相当大的电子学拾取噪声，在MPD中这种拾取噪声是不希望有的。几种商用的设备具有PMT基座带一体分压器和前置放大器的特征。对于PMT基座的最大一体化来说，最好包括HVPS、分压器和前置放大器，因为高压电缆的使用会导致地成回路和电磁拾取等问题和可能存在触电致死的危险，特别是在高湿度的环境中使用便携式设备时。
PMT基座的放射性本底通过把PMT放置在靠近直径为2"、厚度为2mm的CaF2(Eu)探测器的位置上进行测量，这个CaF2(Eu)探测器与一个经挑选的低本底2"PMT耦合在一起。整个系统用铅、锡和铜很好地屏蔽起来。然后，CaF2(Eu)探测器中的本底在20到40kev的能量范围(I125的感兴趣区)上进行测量，并与没有被研究的PMT基座时的本底进行比较。通过完成脉冲形状分析甄别真事件和电子学赝生事件。在离CaF2(Eu)晶体的表面2mm和5cm的基座位置上测量由于PMT基座引起的本底。在第一个位置上测量的是本底而在第二个位置上的测量表示它在多大程度上影响MPD的性能(使用的PMT的长度为大约5cm)。在没有用于测试的PMT基座的情况下发现CaF2(Eu)探测器中的本底是0．7cpm。
当位于离闪烁体5cm的位置上时，由于PMT基座组件引起的本底没有影响整个MPD的本底。然而，当位于接近闪烁体的位置上时，其本底却惊人地大。因此，几个PMT基座要拆开，对每个部分的放射性本底进行单独测试，即*塑料HV连接器；*分压链电阻和电容；*Pb／Sn／Cu复合屏蔽室；*铅支承座和PMT基座的壳体*HVPS模块和前置放大器模块。
令人吃惊的是，我们发现最大的放射性本底是来自塑料做的高压连接器，主要由于β粒子引起的。这个本底能够通过一个薄塑料防护环非常有效地衰减掉。经过这个修改之后，PMT基座的放射性本底只占PMT的放射性本底的不到10％。
低浓度放射源(譬如说≤0．1pci)的定量测量可能需要长达数个小时的测量时间，因此，电子线路的任何缓慢漂移都能影响这些长时间(1小时)的测量。这种漂移的主要根源是PMT。幅度增益对来自HVPS的高压的强依赖性导致温度相关的信号漂移。
高压电源分压器把负电压从HVPS施加到PMT的打拿极(管脚1-11)和通过一个RC电路施加到阴极C上。在PMT基座组件30中的上述电路显示在图3A、3B和3C中。由R7和R8表示的分压器电阻具有低的温度系数(≤100％ppm／℃)，因此使PMT的输出信号保持稳定。负极性的HVPS 50最好包括一个Matsusada公司生产的稳压DC到DC转换器、电压调节器66、一个含有精确基准68(温度系数为大约3ppm／℃)的反馈电路和比较电路放大器70。由于降低HVPS输出对温度依赖关系的重要性，最好选择具有低温度系数的元件。
上述电路结构所达到的性能比使用商用NIM插件，例如从Ortec，Canberra或Tennelec等公司购买到的插件所取得的性能好十倍，并且大大地降低了MPD的昼夜间的不稳定性。
一个优选的HVPS具有如下的品质·输入电压-15--18VDC·输入电流；≤120mA·输出电压范围300-1，100V[DC]·噪声≤50mV峰对峰·温度稳定性≈20mV／℃，在正常输出电压下(1，000V)PMT基座中的另一个重要元件是在图3和3C中所示的优化了的前置放大器／成形电路52。当使用脉冲形状分析来抑制诸如由于PMT中的暗电流脉冲引起的本底时，三角形的脉冲形状是最佳的。相反，大多数商用设备使用高斯脉冲成形，它使低能X射线的能量分辨率最佳，和当使用诸如多道分析仅进行脉冲高度分析时最好选择高斯脉冲成形。放大器／成形电路最好包括基于EL2030低噪声电流反馈放大器的前置放大器52和基于具有高增量和大动态范围的OP64型放大器的输出放大器54。输出放大器54在工作过程中并不需要校正和调准。正如在图3中所示，脉冲微分链C1、R1和积分链C2、R2确定了输出脉冲的参数·上升时间tT400ns[800ns]·在0．1FWHM处的脉冲宽度t=3ms[4ms]第一组数字对应于使用NaI(Tl)闪烁体，而在括号中的数值对应于CaF2(Eu)闪烁体。电阻链R4、R5确定了放大器54的增益。增益选在范围20-50之间并由电位器来调整。这个数值依赖于给定PMT和闪烁体晶体的特性和对于30kev的光子提供了大约2V的输出幅度。
根据本发明的最后的PMT基座／运算放大器组件具有如下的特性·噪声 ≤50mV峰对峰·增益 20-50·动态范围 50，000·补偿 ≤2mV·输入信号 tT=200ns，t=100ms，[负极性脉冲]·输出信号tT=400ns，t=3ms，[正极性脉冲]·最大输出信号10V·非线性 ≤2％，在整个动态范围上·电源DC电流≤20mA，电压从±12VDC直到±18VDC·PMT基座尺寸 直径2．2"，高度3．75"·重量1Lb(磅)(包括0．5Lb的内部Pb／Cu屏蔽罩)这些电子线路有很高的温度稳定性和在工作期间并不需要调整。这些设备也容易生产和调试。与NIM插件相比较时，它们具有高10倍的稳定性和生产价格相当便宜。
噪声和温度稳定性MPD的高灵敏度的和低本底要求推动电子线路的技术要求。引起谱灵敏度和S／B比降低的条件可以分为两类短期噪声(电子学噪声和暗脉冲)和电子学参数的长期漂移(增益、高压和温度的漂移)。
对于根据本发明的优选探测器，在30kev处的能量分辨率dE／E(FWHM)对于NaI(Tl)是大约16％和对于CaF2(Eu)是大约35％。如果电子线路对能量分辨率变坏的影响少于10％，这将导致噪信比(N／S)≤0．016。放大器、高压电源(HVPS)和电磁屏蔽罩允许达到噪信比(N／S)≤0．005。主要的电子学噪声源由电子线路过滤掉，而其余的噪声通过在线软件的形状分析进行抑制。
当使用商用HVPS时，温度相关性对I125来说导致可测量的脉冲幅度漂移。使用根据本发明的优选HVPS时，增益对环境温度的温度相关性具有在可测量以下的精确度。为了降低HVPS温度变化的影响，用于PMT的分压器可以通过使用具有低温度系数的金属陶瓷1％的电阻来实现。进一步，电流反馈和超稳基线电压源的使用允许具有如下参数的小型HVPS(请见图3)·DC电压输入-12--18V输出-300--1，100V·DC电流输入≤120mA输出＜1mA·输出噪声≤100mV·脉冲噪声≤150mV峰对峰，频率为100kHz例如，脉冲噪声比使用同用HVPS的脉冲噪声好2-3倍。
对商用的HVPS和根据本发明的HVPS在25℃到70之间的HVPS输出电压的温度相关性进行比较，基线／噪声比显示在24小时的时间间隔内(在冬天关掉暖气的条件下进行测量，即，使白天／晚上的温度变化为大约15℃)有好于1％的基线稳定性。根据本发明的负极性HVPS的性能与HVPS PS 1800系列(Electron Tubes公司生产)的性能进行比较，在相同的初始温度(25℃)下打开这两种HVPS，然后同时加热到60℃，商用HVPS显示了百分之几的电压漂移，但是根据本发明的HVPS的输出证明觉察不到由于加热引起的变化。
单样品的MPD现在描述一种优选的实例。当前的γ射线计数器设计通常优化探测效率。根据本发明，目的是使本底最小化而保持探测效率合理地高。为了达到这个目的，有必要消除放射性本底源、应用最佳的计数器形状(包括屏蔽室和隔离体的形状)、仔细地选择部件、使用稳定的电子线路和使用在线的用于本底信号抑制的软件。
因此，MPD包括如下的子系统·光子探测器，例如带有PMT读出的闪烁体探测器；·隔离体／屏蔽室子系统；·读出电子线路；和·数据获取／分析子系统。
如果所述，对于好的阻止本领和合理的能量分辨率最好选择CaF2(Eu)闪烁体。这样的系统取得不寻常的本底抑制，提高了定量测量微量目标同位素的能力。这种设备能够在如前所述的两种模式下工作，在能够取得高DE(对I125为＞5％)OR(非符合)模式下放射性本底达到每分钟1个计数(1cpm)。在符合(AND)模式下，虽然对I125来说其DE在20％以下，但能够取得每天1个计数(1cpd)的超低放射性本底。这些结果是在地球表面上用相对小的屏蔽室(大约为20kg的铅)取得的。这个系统是围绕着由低成本的市场上可买到的部件和成熟的技术而设计的。
现在描述对探测I125为最佳的MPD探测器的优选实例。MPD探测器的方块图显示在图1中和一个立体图显示在图2中，它包括“夹层”的几何结构、多光子符合和脉冲形状分析子系统。探测器20包括由低放射性本底的隔离体30分隔开的两个模块，隔离体由重金属制成，典型地隔离体是由数毫米厚的Cu／Sn／Pb制成的夹层。在隔离体32中有一个放置样品36用的小孔34。
两个探测器模块20合在一起密封在重金属的复合无源屏蔽室55中，屏蔽室由放射性纯的材料制成，如前所述，典型地由铅、锡和铜制成。最大原子序数的材料，例如铅，放在最外层和至少1英寸厚。接着是较低的中等原子序数的材料，例如锡，它为n个毫米厚，例如1-2mm，最后，使用几个毫米(典型地为2mm)厚的很纯的铜层。
每一个探测器模块包括如下元件*无机闪烁体晶体22，其厚度要最有利于给定的发射源(emitter)；*高纯度的光学窗24，放置在闪烁体和PMT之间；*经过挑选的、低放射性本底的PMT 26；*在PMT 26和PMT基座组件30之间的递进(graded)无源屏蔽体46；*包括高压电源50、分压器51和前置放大器52的PMT基座组件(如图3所示)。
作为闪烁体，少于3mm厚的CaF2(Eu)晶体是最好的。光学窗24是至少4mm厚的超纯石英，并经过光学抛光并使用光学耦合剂23，即低放射性本底的硅油。
经过挑选的PMT 26由含有低K40杂质的玻璃制成，最好选择优选的2"PMT使产生的本底少于0．1cps。最好通过使用递进屏蔽体46的方法将PMT基座30与PMT 26分隔开，递进屏蔽板46是由三层原子参数相差很大的金属做成，典型地这种递进屏蔽板包括大约0．2"厚的铅、大约0．15"厚的锡和大约0．1"厚的Cu。
PMT基座30最好用经过选择的具有低放射性本底的材料制成，例如，用纯铜或铝做支承架。所用的电阻和电容选用低放射性本底的型号，以及使用由纯锡或锡／铅金属制成的无In的焊料。PMT基座30的所有无源和有源元件都选用具有非常低的温度漂移的型号。本发明中还使用消除温度相关的增益漂移的有源补偿技术。
OR和AND两种模式都用于数据获取和分析，一台多道DSO 52用于在线本底抑制。三角形成形和快脉冲的软件抑制也得到使用，这种快脉冲是由于宇宙射线在PMT 26中谱发的信号引起的。最好选择大约0．75μs的脉冲上升时间和大约5-10μs的慢脉冲下降时间。
自诊断和自校正技术被用来可靠地调整在OR和AND模式中的计数率，更具体地说，是在线基线恢复和堆积效应抑制技术。在符合模式中，关键是使用DSO 58来匹配来自两个探测器模块的脉冲的形状和时间符合。在好于100ns内估算脉冲符合的要求和对于三角形成形的、长持续时间脉冲能抑制来自PMT的暗电流的要求之间为折衷的关系。然而，基于软件的在线脉冲拟合程序克服了这些相互冲突的要求。
脉冲形状分析在成对的闪烁体系统中的数据获取依赖于放大和成形来自每个探测器的PMT的信号和建立一个组合的能谱用于随后的分析。然后，在一个适当的对所期望的同位素感兴趣的能区中对计数积分以确定计数率。对于一个由直径为2"的NaI(Tl)或CaF2(Eu)闪烁体组成的夹层探测器来说，当只计数在单光子的能量感兴趣区(ROI)中的事件时共探测效率典型地为大约50％。对于I125来说，计数30到60kev之间的事件其探测效率增加到大约70％，但是有效地使积分能量范围加倍和因此使本底加倍。
把计数率(每分钟计数、或cpm)转换成样品的实际活度(每分钟衰变数，或dpm)需要知道计数器探测效率(DE)。对于I125来说，DE能够从它本身的能谱通过使用已知的Eldridge公式确定。对于每个探测器其DE要分别确定，这样有利于改善刻度和精确度，和通过比较刻度样品的实际活度的两个估计值来测试系统的完整性(integrity)和校正样品的位置。符合事件的能谱能够被用来改进DE的计算和用于诊断的目的。
在低能γ射线／X射线探测器中非放射性本底的主要成分是由于在PMT中的暗脉冲引起的。在I125的ROI中，对于两个PMT系统来说这些暗脉冲通常地产生几个cpm。然而，这些脉冲的形状与在探测器中闪烁体产生的形状是不同的，因此使得基于脉冲形状的甄别成为可能。每个事件的脉冲形状或多个脉冲形状通过使用一个基于PC的双输入插孔的DSP插件58来获得并进行快脉冲形状分析。这样就能舍弃PMT暗脉冲以及其它电磁的和振动的赝生事件。在基于脉冲形状的舍弃之后，在15-100kev的能量范围中系统的本底几乎是平坦的和显著地稳定，而与在探测器附近的活动无关。
探测器最好选择直径为2"的平面探测器(1mm厚的NaI(Tl)或1．5mm厚的CaF2(Eu))。较小的闪烁体降低了系统的DE而对于较大的晶体其信号／本底比降低了。闪烁体通过厚度为3-5mm的石英窗与直径为2"的高能量分辨率的PMT耦合，PMT选用低本底的类型。通过使用内置在PMT基座30中的电子线路PMT信号被读出、放大和成形。为了降低从基座到闪烁体的本底光子的通量，用5mm厚的铅和1mm厚的铜做成的板将基座与PMT分离开，薄板上有多个孔用于PMT的管脚。
屏蔽室和支承座探测器组件放置在递进的铅+锡+铜的屏蔽室中(2"铅、1mm锡、1mm铜)。探测器面对面地放置着，相互之间保持0．5英寸的距离，一个样品支承座／交叉干扰消除板放置在两个探测器之间，它是一块1mm厚的铜片，安装在铅支架上。在铜片上留有开口用来放置样品。开口的形状由所使用样品的式样来决定。一个带有铜外套的delrin导引装置确保所有样品均能处在探测器系统中心。当样品式样和样品支承座发生改变时，系统能够用Eldridge公式自动地重新刻度。
数据获取硬件；数据获取硬件最好安装在专用的PC机中用来控制MPD。参考图7，在一个例示性的实施例中数据获取的电子线路包括触发电路56、用于每个探测器的放大／衰减模块、数字定时器／计数器57和一个双通道20MHz数字式存储示波器(DSO)58，DSO 58即用作2输入多道分析仪又用作脉冲形状分析器。
每当一个超过预置幅度阈的脉冲在任一个探测器26中被记录时触发电路56产生一个长方形触发脉冲。如果在两个探测器中同时记录到脉冲时，产生一个更高幅度的触发脉冲。因此有可能分开计数符合事件和非符合事件。触发脉冲被送到DSO的外部触发输入端。触发电路可以是如下所述的组合插件。
放大／衰减模块调整脉冲的幅度以便感兴趣的能区落在DSO的0-1V的窗口内和相同能量的粒子在两个通道中产生相同幅度的脉冲。
定时器／计数器57的第一个用作精确获取时间定时器(对2．5kHz的参考脉冲进行计数)。第二个定时器／计数器57计数由触发电路产生的所有触发脉冲，而第三个只记数与符合事件有关的触发。从这些计数器中获取的数据用来直接计算由于获取系统死时间造成的丢失和因此使系统能够正确地计数高活度的放射源。
DSO 58(最好是由Gage公司制造的商用CSLite PC附加插件)能够用8位的准确度和直到20MHz的取样频率同时对两个输入通道取样，DSO 58还有一个附加的外部触发输入口。数据存储在机载(on-board)存储器中和能够通过PC数据总线通过标准存储器到存储器传送而传送到主机PC RAM之中。死时间是严格地非外延性的和通过如上所述的计数器计数率能够对死时间引起的丢失进行校正。在每个事件被获取和被处理之后DSO 58被重新装备和初始化。
将脉冲峰形从DSO 58传送到主机PC 59中和用软件对其幅度和形状进行分析。
最初，把DSO 58设置成连续地显示在两个通道中的输入电压并等待在触发输入端的触发脉冲。当一个触发脉冲被记录时，让DSO 58记录一个预定数目的后触发点数和然后停止。峰形(在20MHz上取样时通常有20个触发前的点数和108个触发后的点数)的相关部分被传送到主机PC 59的存储器中用于分析。例如，对于一台486 DX66计算机来说传送每个峰形所花时间少于200μs。
信号调整／处理插件(SCPC)56为了使MPD探测器软件能够处理来自两个探测器的信号。触发电路用于1)每当任一个PMT产生一个脉冲时产生一个触发信号；2)调整在两个通道中的模拟增益；和3)调整在信号和触发脉冲之间的延时。
这个硬件(请见图7)最好作为放置在计算机内的信号调整／处理插件(SCPC)56来实现。SCPC插件56特征在于具有可调增益和对每个通道都具有触发电平，和产生一个TTL触发脉冲。SCPC插件可以直接从PMT基座30接收到作为输入的信号。经调整的信号和触发脉冲直接传送到DSO插件58的输入端。
双通道SCPC 56被设计成用于*模拟触发的产生，在符合模式和对输入信号求和的模式中启动DSO 58。*TTL触发的产生，在两种模式中启动计数器57。*如果任一输入信号有大于某一固定的水平的幅度，禁止触发。*输入信号的模拟延迟。*DSO输入信号电平的调整。* SCPC 56具有如下参数*输入信号(正极性脉冲)幅度0．1-8V；脉宽0．1-100ms。*低电平调整0．2-5V连续可调。*高电平调整0．2-5V连续可调。*输出衰减范围-3--60db。*数字延迟范围0．1-10ms。*模拟延迟持续时间(1±0．01)ms。*输出信号(正极性脉冲)模拟信号幅度0．1-1V；脉宽0．1-10ms。
TTL电平幅度≥4．5V；脉宽4-5ms。模拟触发对于“OR”模式，幅度0．5V对于“AND”模式，幅度1V脉冲4-5ms。*温度稳定性阈值＜0．05％／℃漂移系数＜0．01／℃。
现在结合在图8a到8c中所示的例示性流程图对根据本发明的方法进行描述。从下面对这个例示性方法的描述中可以明显地看到，该方法可以在带有各种软件平台的各种处理环境下实现，这些均在本发明的范畴之内。
在线脉冲舍弃软件舍弃这样的脉冲，即这些脉冲的形状与由阻止在闪烁探测器中的粒子产生的脉冲是不相容的。被抑制本底的大部分是由于PMT中的噪声、电磁干扰和振动噪声引起的。
对于一个给定的探测器，由放射性事件产生的脉冲的形状是不随着时间而变化的，并且在放大的线性范围之内也不依赖于脉冲的幅度。因此，一种关于脉冲形状舍弃的方法是把所记录的脉冲归一化成一个具有公共幅度的脉冲，然后使用譬如χ-平方(Chi-square)检验把经过归一的脉冲的形状与一个“标准”形状进行比较。然而，这个工作包括大量的浮点运算，要在普通低价的微处理上有效地完成这些计算需要花费巨大的时间。
另一种可以代替的方法是，通过确定许多个与脉冲形状相关的参数就能完成脉冲形状舍取，而这些参数主要地或完全地通过整数算术运算就能计算出来。
数据处理在设置用于获取的DSO和等待一个触发的初始步骤之后，分析系统开始计算基线和来自每个探测器的脉冲幅度(步骤S3到S14)。从这些步骤中可以知道事件是发生在探测器A中、还是发生在探测器B中，或者发生在两个探测器之中。把脉冲幅度按当前的基线进行处理，如果后者发生了不能接受的畸变，就舍弃这个事件。然后，许多个脉冲形状参数被计算出来并与系统设置时由软件建立的可接受范围中的数值进行比较。例如，这些计算包括在脉冲峰高的1／4、1／2和3／4处的脉冲宽度(图8b和8c)。这些参数可以包括脉冲幅度；上升时间；下降时间；总脉冲宽度；脉冲的上升部分的形状；脉冲的下降部分的形状；来自两个探测器的脉冲之间的延迟；脉冲多重性；前脉冲峰形(pre-pulse trace)；和使用最小二乘法技术将脉将形状与标准高能光子脉冲形状进行的比较。
用于这些计算的以整数计算为基础的快速程序在Intel处理器上运行得非常有效。对于符合事件(图8b)来说，要完成一个额外的上升时间匹配(alignment)检查。在脉冲形状、脉冲高度和符合／反符合分析之后，一个没有被舍弃的事件累加到适当的能谱之中(探测器A的能谱、探测器B的能谱或符合事件的2D能谱)。
对于每个脉冲对于每个输入道DSO 58要求128个点，具有8位的分辨能力。时间窗覆盖成形脉冲的整个宽度(5μs)和在脉冲上升之前大约1μs的范围。脉冲的数字处理开始于对最前面8个点的平均值的计算(步骤S4)，这个平均值给出了当前的基线。如果所计算的基线明显地不同于0值，这个事件被视为由堆积效应引起的畸变被舍弃(步骤S5至S7)。峰形的接下来的120个点被扫描(使用80X86处理器的快速LODS指令)寻找最大值。如果探测到溢出，这个事件被舍弃(步骤S5至S7)。否则，幅度作为峰值与当前基线之间的差值被计算出来(步骤S8至S10)。该程序还存储峰的时间补偿值。然后，从峰位开始向前和向后进行快速扫描，(根据LODS)以确定该幅度在某些水平线上的交叉点的时间补偿值，例如在幅度的1／4、1／2和3／4的水平线上的交叉点(步骤S15至S20，和S26至S28)。这些数据足以完成脉冲形状舍弃。
在一个事件被处理完之后，DSO 58被复位以便用于下一个事件的获取。在处理期间产生的任何事件都丢失了(死时间)。当进行谱数据处理时，所计算的计数率要对这些丢失进行修正。
获取能够被预置成在一给定的时间间隔内收集数据，或者在一个选择的ROI内数据收集到一个确定的计数值为止。获取也可以在任何时候由用户来终止。
刻度例程自动的设备刻度／ROI设置例程如下进行。用户可以要求软件在任何时刻进行这个步骤。不需要被刻度过的样品，但要求一个相对高活度(最好50，000到200，000dpm)的I125样品。在把这样的一个放射源放进探测器之后，程序获取100，000个事件，并使所有的脉冲高度和脉冲形状舍弃都起作用。一旦获取完成，对谱进行分析以确定对于单一光子(27-35kev)峰的感兴趣区(ROI)。确定在这个ROI中的计数率(cpm)。如果已知样品的实际活度(dpm)，探测效率能够从cpm／dpm的比率中计算出来。为了估算刻度样品的饱和活度，程序现在开始第二轮数据获取，在这一轮中脉冲形状舍弃不起作用(由于刻度样品的活度较高，无需抑制本底，和没有真事件被舍弃掉)。两个探测器(A和B)的谱被累加起来直到获取到200，000个事件。
随后，对每个探测器的谱进行分析估算在一个光子峰和二个光子峰中的计数率(符合谱也被用来帮助分开这些峰)。然后，Eldridge公式被用来估算探测器的探测效率和刻度样品的衰变率。通过比较来自探测器A和探测器B的估算值检查数据是否一致，这两个衰变率的平均值作为绝对活度被接受，从这个绝对活度估算出探测效率。对于2"的系统，DE通常在50-60％的范围。只有一光子峰被用作计数，在具有电子学噪声抑制的夹层探测器的情况下，这种计数方法只降低探测效率大约15％而降低本底大约2到3倍。
在自动刻度／ROI设置完成之后，系统准备好按照与使用的最后刻度的样品完全相同的几何条件来对样品进行计数。获取既可在一个预置的时间内进行，也可计数到使在ROI中的总计数达到一个预置的数值(这个数值确定计数的统计误差)为止。然后，程序使用以前计算的DE估算样品的实际衰变率。然后样品计数数据一般以ASCII码数据文件的方式存储在盘中，这些数据文件能够被传送到数据库或电子表格程序中以便进行分析。
软件为每一套新组装的探测器系统设置获取／舍弃参数，它还为系统确定最佳的触发电平和脉冲形状舍弃参数和建立内部数据文件来存储这些参数。在系统的整个使用寿命中一般来说这些参数并不一定要重新确定，除非一个主要部件(例如，一个PMT／基座或DSO插件)被替换。
数据形式系统程序可以由用户预置计数多于一个的样品或按照所要求的次数重复计数同一个样品。如果一批样品被计数，程序提醒用户在每一次测量之后更换样品，和所有数据以相同的ASCII文件存储起来。文件包含一个具有日期／时间记号和系统设置的头标，以及由用户输入的样品的补充描述，例如，在计数开始时用户用GUI编辑窗口输入。
程序还可以配备一个简单数据文件浏览器，文件浏览器允许观看和分析来自单个样品和成批样品的数据。用户能够选择一个数据文件通过菜单系统进行观看，观看每个样品的计数误差，作出计数和衰变率对样品号的曲线和打印出带有统计误差的数据。使用例如商用的电子表格程序能够完成更加广泛的分析和进行数据合并。
软件最好用Borland Pascal和汇编语言编码以便加速脉冲处理速度和在DOS环境下使用似窗口的GUI壳运行。另一种选择是，在MS-Windows环境下软件能够使用最近公布的Delphi软件发展系统(BorlandIntemational)，这个系统使用扩充的Borlard Pascal语言。那些熟悉本技术的人员能够使用其它的编程语言，这仍然属于本发明的范围。
自刻度和自诊断根据本发明的MPD设备包括自刻度和自诊断，对于EC源来说它们通过使用在谱信息特征中的冗余度来实现，即使用单探测器谱中的单光子和双光子峰和符合事件的2D谱(在探测器A中的能量对在探测器B中的能量的散点图)。额外的好处源于使用两个分离的脉冲计数子系统的MPD，这个两个子系统是DSO 58和脉冲计数器57，它们允许监视两个探测器子系统之间的计数率差异和允许检测可能的硬件故障。MPD软件使用从已知的同位素放射源获得的数据来检查探测器、PMT、HVPS和读出电子线路的工作情况。MPD的可能污染通过测量和分析本底谱来探测。对于一个给定的EC同位素，通过使用这种同位素的刻度样品，软件以符合和非符合两种模式自动地计算探测效率。诊断程序跟踪增益和设备的各个阈值的任何漂移并计算任何所要求的修正。
经过调试之后，MPD具有优越的长时间稳定性；在I125的峰中短时间(少于一星期)漂移少于1％。用MPD完成的1，200次独立测量显示，可重复性比这些测量的统计误差要好得多。对于在0．1-1，000pci1范围的放射源MPD设备允许好于1％的测量精确度。超过六个月的运行其漂移少于3％。
对于在Zeptomole水平上的测量，MPD经常通宵运行，使昼夜变化度变得重要。对于闪烁体／PMT组合的性能，5℃的温度变化导致明显的、大约1-2％的漂移。为了补偿这个效应，可以测量晶体的温度并通过软件来修正脉冲幅度。
现在讨论不对称的探测器几何形状。最好用单个样品的实例公开了一个完全对称的夹层MPD构造。这种几何形状适合于CGX同位素的对称衰变；在两个符合光子之间的发射方向上没有相互关联。对于I125来说，两个光子的能量是接近相同的，相同能量使得使用对称探测器达到最佳的性能。因此，对于对称衰变任何其它几何形状的使用是低效的。然而，有一些其它的应用，这些应用证明使用不对称的几何结构能够达到最佳的性能指标。根据本发明的这一方面的应用，各种类型可被使用的不对称性包括如下的有利变化，但并不限于这些变化*两个探测器由不同的材料制成，例如，可以使用两种不同类型的闪烁体，或者可以使用一个闪烁体和一个半导体探测器；*两个探测器是不同尺寸的，典型地，一个非常小以便降低本底和一个较大以便增加探测效率；*两个探测器用作不同的功能，一个是空间分辨探测器和另一个是非空间分辨探测器，后者用作触发设备。典型地，空间分辨率探测器由适当图案的编码孔隙部分地遮蔽，而第二个探测器完全暴露在放射源面前。
最佳的构造是将这些要素结合在一起。在根据本发明的一个实施例中，一个探测器包括一个与空间分辨的PMT耦合在一起的NaI(Tl)晶体。然而，触发探测器是一个与来自另一个厂家的不同类型的PMT耦合在一起的CaF2(Eu)闪烁体。
对于一个空间分辨的MPD来说(这里简称为SR-MPD)，系统性能依赖于系统的所有部分的优化，例如闪烁体的类型、闪烁体的直径、闪烁体的厚度、光学窗的厚度、和编码的孔隙罩的类型的几何形状。
现在描述一个高分辨的、空间分辨的MPD。当使用由CGX同位素(尤其是I125)示踪的单个样品时，单样品的MPD能够产生相当大的本底抑制。然而，在许多应用中，人们需要好的空间分辨率，例如，当测量在分离过程(电泳凝胶、点涂沫(dot blots)，薄层和纸上层析)中和在组织标本的解剖研究中获得的放射性示踪的分布。
很通用的2D放射性示踪分布包括由电泳法、薄层色谱(TLC)或高性能的液体色谱(HPLC)分离的产物，随后，分离产物经过适当的介质进行过滤。这些可以统称为色层谱。它们通常是自支撑的，即分离产物沉积在或者说附在一块机械上坚硬的薄板的表面上。2D放射性示踪分布的最流行的那一类是吸附在凝胶中的电泳分离产物。一般来说，可以对凝胶进行固化或干化处理提高它们的机械特性。然而，在这个情形中和许多其它情形中，更实用的方法是把生物医学样品夹在两块材料薄膜之间。最后，电泳分离的产物常常被转移到或者说涂沫在弹性膜上，薄膜即可是硝化棉(nitrocellulose)也可是塑料。这些产物被称为涂沫靶。
对于所有这些应用，MPD探测器可以被用来取代经典的自动射线照相术和磷成像器。在所有这些应用中，生物医学样品基本上是一个2D的物体，其厚度大大地少于其它两个方向的线度。通常，样品通过一个合适的薄膜被支撑在它的一个面上。在大多数应用中，薄支撑物可由低原子序数，例如塑料的材料制成。使用这种薄的机械支撑物其目的是让它吸收相对较少的X射线，譬如说少于5％。
对于放射性示踪的2D扩散靶的物理外观有三个竞争的要求1)样品应该是扁平的易于用机械处理；2)样品应该被密封起来以消除由直接接触或浮尘的排放引起的探测器的污染。3)在周围材料中的X射线吸收应该降低到最低限度。
这三个要求是获得前所未有的SR-MPD探测器的技术性能，尤其是灵敏度，所必须具备的。首先，样品应该做得尽可能地扁平，因为从样品到探测器表面的距离变化导致在被测活度中的赝生事件。一般来说，传统的探测器在±5％的误差范围内进行刻度，而MPD达到±1％的刻度和可重复性。此外，当样品并不扁平时，存在相当大的空间分辨率的损失。MPD的前所未有的灵敏度意味着，即使最小的污染对测量的完善性也是致命的。通常，不仅生物材料而且支撑材料都要受到污染。对于涂沫物会出现这种情况，由于涂沫(blot)是使用一种特殊的缓冲液体来完成的，同放射性示踪的电泳产物的一小部分通过扩散被传送到膜的反面。类似地，TLC板的反面常常被轻微地污染。最后，当用亚皮居里的样品进行测量时，任何额外的吸收都会成为一个问题。因此，最好选择低原子序数材料制成的非常薄的薄层作为包装手段。
三种优选的封装2D放射性示踪的涂沫靶的方法描述如下。对于自支撑的样品来说，例如色层(chromatographic)板或涂沫靶，最容易和最切实可行的方法是把它们用液体漆来喷涂。聚丙烯喷漆、硅涂料和GE电清漆(verniX)都已经得到成功的应用。重要的是对喷涂材料检查放射性污染，只使用符合活度少于0．1pCi／cc的喷涂液。另一种实用的方法是使用由塑料或非常薄(＜0．1mm)铅带做成的薄粘贴带。可以使用薄袋，最好这种袋是由薄铍箔做成的。然而，对于大多数应用来说，由塑料或非常薄的铅膜制成袋或口袋就足够了。对于非自支撑的样品，叠层结构是一种非常实用的方法，它为样品提供SR-MPD仪器所要求的机械特性和放射化学纯度。由于叠层结构通常通过滚压在两个热表面之间的箔-样品-箔组成的夹层取得的，因此要细心地注意不要让叠层机器本身受到污染。此外，要细心地注意不要让叠层的箔受到污染。
现在描述扫描MPD设备。在大多数对称MPD系统中，空间分辨本领是与晶体直径相当的。对于低能X射线发射源来说，例如I125，通过引入一个“针孔”或“细缝”的孔隙能够明显地提高空间分辨本领。然后，2D同位素分布能够机械地在两个探测器之间移动，其中一个探测器带有上面所述的孔隙。这种实例被称作MPD扫描仪。
在不损失灵敏度的条件下要获得亚毫米级分辨本领是困难的，这个分辨本领是解释2D放射性示踪的生物分子分布，例如在亚渺摩尔(＜10-18摩尔)水平上的DNA分布靶，所要求的。在用于这些应用的传统成像器中，所使用的是近似成像原理。例如，在空间分辨探测器中，对于β放射源来说，“系统分辨本领”依赖于所用发射源的能量，对于较高能量的源来说，由于β粒子的范围的增加“系统分辨本领”变得相当差。例如，当用薄膜或一台磷成像器成像时S35示踪的DNA带要比P32示踪的DNA带更清晰，尽管它们检测同一条DNA带。因此，静态系统的“系统分辨本领”不但依赖于固有分辨率，而且被发射半影变得相当宽。
根据本发明的MPD扫描器可以进行具有优越的S／B的动态数据获取。它使系统的分辨本领正比于在涂沫靶或其它2D样品式样表面上的孔隙移动的精度。典型地，准直器(细缝)宽度与作为样品的特征物理带宽的幅度具有相同的数量级。静态准直器测量进入整个缝区的总信号，例如，对于一个1mm×4mm的细缝从4mm2的样品发出的信号。这种情况与使用时间分辨探测器时不一样。随着准直器横过涂抹靶移动到一个新的位置，在通过移动细缝的前沿使涂靶对探测器敞开的这一区域中，人们测量到相对增加的活度或相对减少的活度。另一方面，涂抹靶的某些部分不再暴露出来，因为这个部分现在被细缝的后沿挡住。因此，当对涂抹靶成像时，知道信号到达时间就允许对涂抹靶活度和亚毫米级空间分辨本领进行微分反卷积计算。“系统”的空间分辨本领正比于扫描器运动的精度；MPD扫描器能够提供大约100微米的精确度。
当使用宽度为X的可动细缝时，空间分辨本领dX为X／A的量级，这里A=min{S／B；sqrt(N)}，其中S／B是信号与本底的比值和Sqrt(N)是对于一个给定的细缝位置探测到N个光子测量的统计误差。通常，S／B＞＞sqrt(N)＞＞10和dX为大约0．1mm。对于30kev的光子来说，特别是对于I125，大约200微米厚的钨箔阻止超过90％的光子。因此，“边缘效应”将把分辨本领限制在大约100微米上。对于低能的EC同位素来说，这个极限可以低到20微米。在提高了的MPD扫描器分辨本领和共焦显微镜的分辨本领之间有相似之处，空间分辨本领好于孔隙的线度但与孔隙的线度成比例。
对于这样的系统有一个明显的局限；计数率显著地降低了。孔隙的最佳线度和材料依赖于应用和2D分布靶的活度。最好是厚度从0．2到1mm的铅片。典型地，对于扫描TLC板和琼脂凝胶，以细缝形式的孔隙最好其开口宽度为2mm和开口长度为2cm。对较高分辨本领的丙烯酰醛(acrylamide)凝胶和顺序涂抹靶，一般来说，可以使用具有1mm宽和数mm长的细缝。
通过使用MPD扫描器，空间分辨本领要比孔隙的线度好得多。典型地为0．2mm的分辨本领。然而，这种情况包括软件的改写，在软件中对于机械移动的每一步，都要计算最佳的计数率。在2D分布靶的给定位置上这个最佳计数率依赖于信号与本底的比值。
因此，最佳的扫描例程是递归性的。首先，获得2D同位素分布靶的低精度的、恒定步长的受统计限制的图像。其后，进行优化的扫描，其中在最小空间分辨本领和统计误差的约束下，计算每个位置点上的获取时间以便优化总的扫描时间。操作人员可以选择用较高精度来扫描2D样品的某些部分。
在MPD扫描器中计数率依赖于晶体的线度。一种最佳的构造是这样的，即在这种构造中两块晶体有不同的直径。放置孔隙的那个探测器是较小的一个，典型地其直径为0．75或1英寸。第二块晶体要大得多，典型地其直径为3或4英寸。MPD扫描器不但在线度方面而且在不同闪烁体的使用方面都应该是非对称的。例如，当较小的晶体是NaI(Tl)和较大的晶体是CaF2(Eu)时，信号／本底的比值能够改善大约2倍的因子。
用于MPD扫描器的软件在根据本发明的MPD扫描器中使用的两个探测器是小直径的(0．5-1英寸)用来确定空间分辨本领的主探测器和用于符合／反符合分析的辅助探测器。主探测器的表面用留有一个孔隙(通常是长方形的缝隙)的吸收罩(铅或铜制成)覆盖起来。当进行扫描时，计算机控制的推进器以步进的方式移动在缝隙前面的样品，其步长可以等于或少于细缝的宽度。在每一步上都进行一次测量，和随后重新构成轮廓图。
获取的逻辑关系如下所述。来自主探测器的信号进行触发。对每个来自主探测器的脉冲进行形状(用于本底扣除)和幅度分析。对来自辅助探测器的同时被记录的峰形也进行分析，进行符合／反符合分析。在测量过程中建立由在主探测器中所有未被舍弃的事件和所有符合事件组成的能谱。在样品被移动到下一个位置之前，对在为不同同位素设置的ROI内的计数进行积分，并把计算结果附接在扫描数据盘文件上。
用于MPD扫描器的用户界面包括扫描定义模块和数据分析模块。扫描定义模块允许用户对于多次扫描预置几何参数开始点、扫描步长和步数、以及每一步上的测量时间(这对不同的扫描可以是不一样的)，和对于每次扫描的用户说明。数据分析模块允许以不同方式(轮廓图形或模拟的自动射线照相)观看扫描轮廓图。这个模件还允许对轮廓图进行分析，以及数据送到电子表格中用于常规分析。
现在讨论非常高空间分辨本领的扫描MPD。在许多应用中，要求几个微米量级的空间分辨本领。具有这样的空间分辨本领的MPD能够相当大地改善许多生物医学研究，例如，解剖学的和细胞的研究。MPD扫描器的空间分辨本领一般说为大约100微米。所有探测器的空间分辨本领受到下列效应的限制1)放射性同位素的2D分布靶的厚度；2)探测器的受限制的阻止本领，在晶体中导致视差(parallaX errors)3)在孔隙中受限制的阻止本领，导致非δ转移函数；4)在机械移动系统中的定位误差。
第一类误差源能够通过使用在传统光学和电子显微镜中所使用的类似设备加以消除。第二类误差源在所有使用近似成像法的探测器中是导致定位误差的最基本的限制。这是对自动射线摄影术或磷成像器的空间分辨本领的主要限制。在如上面所述的，在β放射源的情况下，对于除了氚以外的所有放射源粒子的射程限制了经典探测器的分辨率。很明显，有一个并不很有意义的解决方案，那就是把闪烁体做得空间分辨本领所要求的那样薄，但是这将导致非常低的探测效率。
用孔隙成像的使用部分地消除粒子射程的问题。在软X射线的情况下，其中金或铂片的阻止本领比NaI(Tl)的阻止本领高大约30倍和对于CaF2(Eu)来说可以高到100倍，这个方案特别有吸引力。然而，即使在重金属片的情况下，例如金片、铂片、钨片或铅片，27kev光子的很大一部分仍能穿过100微米厚的薄箔。对于部分透明的薄膜来说，允许建立图像的软件把MPD扫描器的空间分辨本领提高到对于I125只小到大约50微米。
为了进一步提高分解本领，一种优选的解决方法是降低在图像建立中所用的光子的能量。在具有低原子序数的EC发射源中找到一些元素，例如，Fe56或Cr51。在这种情况下，存在大约6kev的光子，如使用金薄膜，这些光子能够在好于10微米的精确度上被成像。另一种替换的方法是使用I125和I125。在这种情况，不仅存在L-层的特征光子(27或31kev)，而且还存在4kev的K-层X射线。最后，还能够使用由较高能量的CGX放射源发射的俄歇电子。
在非常软X-射线的情况下，譬如说＜15kev，闪烁体并不是最佳的探测器。人们可以使用混合MPD扫描器，其中一个小型硅探测器用带有孔隙的高密度薄膜覆盖起来。第二个探测器只探测较高能量的光子，例如，在I125的情况下27和31kev的光子。因此，它可能是一个相对较大，譬如说直径为2-3英寸的闪烁体，例如CaF2(Eu)。
另一种方法是，一个气体探测器被用来探测能量很低的X-射线。通过使用沿薄膜的孔隙流动的压缩气体，一种无窗气体探测器可以得到使用。这个薄片本身被用来作为气体探测器放大系统的一个电极。
在MPD扫描器中第四个误差来源是机械移动系统的精度。压电机械移动产生器存在亚微米量级的分辨本领。另外，MPD扫描器的机械部分的精度问题在那些只要求相对指标、而不是绝对指标的应用中可以被使用。
现在描述一个例示性的空间分辨MPD(SR-MPD)。基于闪烁体的空间分辨SR-MPD探测器具有低价格、极好的灵敏度和好的空间分辨本领等特征。SR-MPD同时测量多达50个的用CGX同位素，例如I125示踪的生物材料样品，具有合理的探测效率和最小的交叉干扰(在1％以下)。本底是每个样品每天为大约0．3％个计数。SR-MPD的空间分辨本领为大约2-3mm。SR-MPD能够成功地应用在以点状涂抹靶(dot blots)形式存在的或包含在标准8×12井形微量滴定板(microtiter)中的生物制品的分析中。
一个根据本发明的优选SR-MPD包括三个部分一个辅助的探测器、一个空间分辨探测器和数据获取电子学线路。辅助探测器使用一块3"的CaF2(Eu)闪烁体，这块闪烁体与一个低本底的非空间分辨的PMT耦合。辅助探测器的性能通过选择晶体的直径和厚度进行优化，晶体直径和厚度的选择在探测器效率和低本底之间提供最佳的折衷。在单个样品的MPD(低本底PMT的挑选、薄石英窗的使用、特殊的封装、读出电子线路的温度稳定性、PMT高压基座的特殊设计)中公开的方法也适用于这里。与商用的一套设备相比，它们具有低五倍的本底。空间分辨探测器包括一块直径为2-3"的薄NaI(Tl)晶体，这块晶体与一个空间分辨的PMT(SR-PMT)耦合。优选的SR-MPD设备通过使用Hamamatsu公司制造的直径为3"的SR-PMT得以实现。
为了对具有最小交叉干扰的多个样品进行计数，把一块大约1mm厚的铅罩放置在SR探测器的表面上。由钨、金或铂制成的编码的孔隙罩允许进一步提高空间分辨本领。例如，作为点状涂抹靶排列的样品放置在在罩中的孔隙附近。这种结构使得大约50个样品的每一个的探测效率都能达到单个样品MPD探测效率的一半。问题之一是SR-PMT的非线性响应。为了使同时被测量的样品个数的最大化，可以把样品排列为使得越靠近SR-PMT的外边缘样品之间的间距就越大。SR-MPD的价格是SS-MPD价格的大约3倍而能够比SS-PMD有高至20倍的吞吐量。
对于I125来说，它的X射线是非常软的。当使用一个有平行小孔的准直器时这个特点允许成像。与扫描设备相关联的SR-PMT的使用能够达到极好的空间本辨本领，可以低到0．2mm。这个分辨本领对于几乎所有的分子生物学应用来说是足够的。SR-PMT技术能够适用于超低放射性本底应用的苛刻标准。以前，对高计数率的应用开发的SR-PMT通常为100cpm，而根据本发明，它们能够使用在计数率低于0．1cpm的应用中。因此，PMT的放射性本底、振动的和电磁的噪声必须被抑制掉，空间分辨本领的不均匀性和赝生事件必须加以考虑。最好选择Hamamatsu制造的型号为R2486的3"SR-PMT。Hamamatsu公司的SR-PMT的电子学读出系统为用户提供了四个输入，从这些输入中可以计算出被探测事件的坐标。
SR-PMT是一个实际直径为3"的设备，而只有直径为大约2．5"的区域是有效区域，就是说，只有在这个区域内才能取得好的空间分辨本领。在离PMT中心大约1．1"的地方信号急剧地下降，在闪烁体中的光子级联的被测位置上，对于X射线来说，这将导致急剧的赝生事件。因此，对于SR-MPD来说，直径为2"-2．5"的闪烁体是最佳的，和通过使用的硬件和通过使用如下所述的递归位置计算软件能够获得好的空间分辨本领。对于I125来说，与用制造商的电子线路和制造商建设的位置计算软件所能分辨的32个样品相比，这意味着能够把49个样品很好地分辨开。从本底的观点来看，很重要的是晶体要比SR-PMT的直径少得多，直径为2"的闪烁体的使用比使用3"的晶体导致低三倍的本底。进一步，在SR-PMT和闪烁晶体之间使用非常薄，如厚度为0．5-2mm的石英耦合剂帮助降低由于从PMT玻璃发射的β粒子引起的本底大约五倍。
一个可替代的SR-MPD仪器是根据Hamamatsu公司制造的直径为5"的SR-PMT而制的设备。它的空间分辨本领比Hamamatsu公司的3"SR-PMT的空间分辨本领只稍差一点。在每个探测器表面上它要比3"SR-PMT具有多很多的可分辨点。对于低本底的设备来说，5"SR-PMT并不是最佳的。为了防止管子由于大气压引起的内爆，5"SR-PMT使用了一个大约6mm厚的前玻璃窗，这种玻璃含有较高的K40杂质，因此与非空间分辨的3"PMT相比，它导致高出大约4倍的放射性本底。一个较大的SR-MPD最好用石英做的5"SR-PMT。
用于SR-PMD的软件SR-PMD数据获取软件对于每个事件必须处理超过两个的峰形。Hamamatsu公司的SR-PMT有四个输出，在下面的描述中它们分别称为左信号(SL)，右信号(SR)、上信号(ST)和下信号(SB)。在SR-MPD探测器硬件中把这些信号组合在一起得到一个总信号TS=SL+SR+ST+SB。因此，信号获取和处理软件分析六个信号，即SL、SR、ST、SB、TS和来自非空间分辨触发电子线路(TR)的信号。来自空间分辨探测器的信号与来自辅助探测器的信号相比可以具有非常不同的形状。来自NaI(Tl)的信号比来自CaF2(Eu)的信号要快得多。软件利用这个差别能更好地抑制本底。
对和脉冲TS和来自辅助探测器的脉冲TR进行幅度和形状分析以便舍弃电子学的和其它的赝生事件，而对来自SR-PMT的四个原始信号只进行幅度分析。和脉冲的幅度大体上正比于粒子的能量，在专用的硬件中对它进行与所使用放射源之间的相容性分析。然而，该信号与光子在晶体上的入射位置有依赖关系，因此，在事件的位置被确定之后，总信号的幅度由软件来分析和能量在预置的能量ROI之外的所有事件均被舍弃。
总的来说，硬件和软件事件分析的不同模式能够舍弃掉超过95％的本底事件。在非空间分辨MPD的情况下，主要的本底源是由于宇宙射线引起的干扰，而在SR-MPD的情况下，主要的本底源是电磁干扰和PMT中的暗电流的综合。
事件在探测器表面上的位置从SR-PMT的四个输出信号中计算出来。一级近似由Xo=(SL-SR)／TS和yo=(ST-SB)／TS给出。然而，这个近似只有当事件入射在晶体中心的附近位置时有效，而在晶体的边缘上，有重要的位置赝生事件。因此，最好运用递归的位置搜寻例程，其中真正的位置从下面的公式中确定出来和yi=(c[yi-1]*ST-d[yi-1]*SB)／TS对于每个SR-PMT刻度函数a(X)、b(X)、c(y)和d(y)必须由经验的方法确定出来。不幸的是，这个函数也依赖于源的能量。在数据获取过程中，建立与探测器表面对应的2D图像。紧随获取之后，对在罩中的与孔隙有关的区域中的计数积分，以对于每个样品均得出其计数率，然后通过刻度数据这个数率被转换成dpm。
在设备刻度的过程中通过把已知活度的样品放入孔隙、获取图像并分析图像，确定出与孔隙相对应的图像部分、探测效率和对应于每个孔隙的本底数值。通过使用直接的峰探测例程的软件自动地进行软件的罩构造。
现在描述MPD成像器。基于闪烁体的MPD成像器具有低廉的价格、优越的灵敏度，高的吞吐量和亚毫米级的空间分辨本领等特征。MPD成像Xi=(a[Xi-1]*SL-b[Xi-1]*SR)／TS器能够用于定量测量分馏(fractionated)的生物材料，例如，色谱输出、DNA测序凝胶和涂抹物。MPD成像器的空间分辨本领能够达到或超过0．2mm。
MPD成像器允许在亚毫米级的分辨本领和适用于分馏输出的定量分析，例如，测序凝胶或色层板。在这种设备中，SR-MPD与一个高精度的2D推进器连接在一起。高辨本领是通过使用多孔隙的图案来获得的；每个事件被指定到一个空间ROI中和从已知的推进器的位置中重构出来。MPD成象器比磷成象器要灵敏得多和快得多，磷成像器在分子生物学中得到越来越广泛的应用。DNA测序涂抹物通过MPD成像器被定量测量和点／条图样在几个Zeptomole水平上被立体地分辨出来。
一台优选的MPD成像器包括如下子系统·2．5"NaI(Tl)闪烁体，与3"空间分辨PMT相连接；·3"CaF2(Eu)闪烁器，与低放射性本底的PMT读出相连接；·一个编码的孔隙／隔离体／屏蔽室子系统；·一个2D推进器系统，具有大约100μm的相对运动精度；·读出电子线路，包括三个DSO 58插件；·一个数据获取／分析子系统(例如，奔腾90MHz)。
MPD成像器允许以优越的S／B动态获取信息。它使系统的分辨本领正比于在涂抹靶的表面上的孔隙运动的精度。典型地，准直器(缝隙)宽度与DNA带的物理宽度具有相同的数量级。一个静态的准直器测量进入整个缝隙区域的总信号，例如，对于一个1mm×4mm的细缝，来自4mm2涂抹靶的信号。当使用时间分辨探测器时情况会不一样。随着准直器横过涂抹靶移动到一个新的位置，在通过移动缝隙的前沿使涂抹靶对探测器敞开的这一区域中，人们测量到相对增加的活度或相对减少的活度。另一方面，涂抹靶的某些部分不再暴露出来，因为这个部分现在被缝隙的后沿挡住。因此，当对涂抹靶成像时，知道信号到达时间允许对涂抹靶活度和亚毫米级的空间分辨本领的微分反卷积计算。“系统”的空间分辨本领正比于扫描器运动的精确度；MPD成像器具有大约100微米的精确度。
现在讨论MPD成像器的固有分辨本领。这个参数可以通过使用在HP喷墨打印机中的“放射性”墨水产生一系列清晰的图案，使得对MPD成像器和磷成像器进行比较来测量。使用了一个每平方厘米为10pci的相对较均的表面活度。测试图案由保持相等间距的长度为3mm、2mm和1mm的水平条组成，条之间的间距等于条的宽度。图案和它的图像通过MPD成像器和分子动力学类型的磷成像器获得。经过48小时辐照之后，磷成像器很好地探测到3mm的图样，尽管本底相当高。它只能部分地分辨出2mm的图样，而对于1mm的图样完全测不出来。另一方面，MPD成像器甚至清楚地分辨出1mm的图样，其S／B为大约10。0．5mm的图像也能分辨出来，但需要较长的扫描时间。
MPD成像器的软件MPD成像器组合了SR-MPD的功能和MPD扫描器的功能。在主(SR)探测器上的掩罩上有一排孔隙，它决定了成像器的空间分辨本领。2D样品放置在由计算机控制的推进器上，这个推进器能够按顺序把样品放到测量位置中。在每个位置中，计数在一个预置的时间内完成(使用与SR-MPD中所用的相同的获取逻辑)。对所有的孔隙都求出计数率并把计数率存储在一个盘文件中。
紧接扫描之后，从计数数据中重新构造图像。确定分辨本领的孔隙图案是这样的，为了获得一个连续的图像，这些点必须在X方向和Y方向交叉。图案应该允许相互交叉，尽管并无必要相互之间必须垂直。对于每个适用的分辨掩模，系统有一个单独的包含软件掩模的刻度文件，用来把孔隙的分布映射到图像表面上。这个掩模在刻度过程中由软件自动地构造出来。
用户界面允许选择一个扫描的长方形区域和对于每个孔隙位置点预置计数时间。数据分析模块从计数的数据中重构图像，允许用辅助色彩、灰度阴影、等高图或作为3维图表面等方式观看图像，以及用许多种标准格式存储图像以便用其它图像处理程序进行分析。
现在讨论一个大型的MPD成像器。对于大型的MP成像器来说，系统的空间分辨部分设计成对于大的2D分馏输出能够具有较高的吞吐量。MPD成像器的商用价值依赖于提供足够大的吞吐量，大到能够在10-19mol的水平上对2D凝胶靶和涂抹靶进行昼夜分析。为了达到这个要求，可以使用大区域(譬如说12英寸×8英寸)的MPD成像器。
能够使用在大型MPD成像器中的三种类型大型空间分辨γ射线探测器是使用一个或几个SR-PMT的探测器、在俄歇照相机结构中使用数十个小直径PMT的探测器和使用微通道板和CCD(电荷耦合器件)成像器的探测器。使用一种优选的新型闪烁体，即掺杂进铈的钇铝钙钛晶体(YAP(Ce))，能够制成具有很高的空间分辨本领和极低本底的大型MPD成像器。
大型MPD成像器的有益特征是1)尽可能最低的放射性本底，在许多生物学应用中允许Zeptomole量级的灵敏度；2)允许高吞吐量的仪器，即使对于非常弱放射性的样品；3)低价、用户友好的设备，带有便利于生物学应用的软件。
在根据本发明的大型MPD成像器一个实例中，一个单独的计算机控制四个空间分辨子单元的同时和协同操作。在目标的应用中，通过相对较低的计数率，即对于每个孔隙位置其计数率在每秒几十个到每分钟几个计数之间，使得其成为可能。脉冲形状分析只需花费大约100μs的时间和分析时间可以降低到大约10μs。在不同的探测器中由于事件的堆积引起的丢失可以得到完全的解决。
在多探测器的装置中探测器的数量受下面因素的限制DSO 58数据数据总线的吞吐量、包括控制微处理器的速度的脉冲形状分析时间、可用的数据总线槽口的数量和价格因素。例如，一个四探测器的MPD可以与在full-tower结构的奔腾120MHz和具有12个总线槽口的主板相连接。四个SR-PMT可以多路复用到一个单独的计算机中。
基于几个SR-PMT的大型MPD成像器这个例示性的实施例有四个模块*辅助探测器；*由四个子系统构成的空间分辨探测器；*机械推进器组件；*数据获取和处理单元。
辅助探测器是基于CaF2(Eu)闪烁体，闪烁体与一组经过选择的、低本底的PMT耦合。优选的辅助探测器模块如下所述，第一，一块大如8"×8"晶体通过使用适当的光导与一个6"PMT相耦合，这是一种最简单和最便宜的仪器，但是它导致相当大的设备。第二，一个单独的CaF2(Eu)闪烁体与一PMT阵列相耦合，例如，一个9"×9"闪烁体能够与9个组成匹配的3"PMT阵列耦合在一起。第三，一个8"×8"闪烁晶体与16个匹配的2"PMT阵列耦合在一起。把所有PMT的输出加在一起，和通过包括DSO 58的低噪声电子线路对脉冲高度和脉冲形状进行分析。适当幅度的脉冲能够被用来作为对获取和分析来自空间分辨探测器的数据的触发。
最好使用与配套电子线路“匹配”的PMT。当被给定能量的粒子激发时，脉冲的幅度和形状应该基本上是相同的。例如，时间延迟应该在100ns的范围内保持相同，脉冲幅度应该在10％的范围内保持相同和脉冲的形状几乎是一样的。为了满足匹配的PMT的要求，触发探测器可以由四个子组件组成，每一个由与单一的4"PMT耦合的4"×4"CaF2(Eu)晶体组成。
PMT的形状最好是方形的或六边形的但是圆柱形的PMT能够用于用适当的聚丙烯(acrylic)波导进行光耦合。在四个4"×4"探测器拼合在一起的情况，代替费力的PMT匹配的是，可以使用更简单得多的计算机刻度。然而，闪烁体探测器的不均匀性在接近闪烁体的边缘上总是最大的，也就是说，拼合(mosaic)型触发探测器可能有稍微低一些的探测效率和稍差一些的能量分辨率，它从负面影响本底。
在闪烁体中NaI(Tl)由于它的好的阻止本领和最好的能量分辨率而能够得到使用。一个例示性的大面积空间分辨探测器模块具有8"×6"的有效区域，允许对典型的测序凝胶靶的整个表面进行成像。一个例示性的拼合SR-探测器使用了四个较小的SR-PMT。探测器组件包括四个空间分辨探测器模块，每一个由一块4"×3"的NaI(Tl)晶体组成，晶体的信号由Hamamatus公司的方形SR-PMT输出。由方形SR-PMT有一块60×55mm的有效区域，其中所期望的空间分辨本领为2-3mm。优选正方形的而不是圆形的3"SR-PMT是因为方形具有更好的表面覆盖。方形和圆形SR-PMT的电子线路和成像特性是几乎相同的，因此基本上可以使用相同的电子线路和软件。
为了节约可用于控制计算机的槽口，用于一个单一SR-PMT的所有电子线路最好安装在一个单一的插件中。大型MPD成像器采用多路复用来减少电子学插件的数量以便节约空间，有利于负载发热问题的处理和降低设备的价格。
单个奔腾120MHz的使用假定对于两个探测器，即对于四个通道来说，一个单独的标准长度插件包含信号处理和符合电路。甚至一块有12个槽口的主板也缺少足够的ISA槽口，因为DSO 58性能为每个插件上有两个通道。一个优选的DSO插件58有四个通道，每一个为50MHz。依赖于CMOS元件可以大大地降低热耗散。然后，DSO的四个通道能够与一个单独的具有PCI总线的标准长度的插件相匹配。
多路通道电子线路最好带有八个阈为软件提供标记。对于每个探测器，有独立的延迟和符合电路，允许进行非符合和符合计数。然后，一套40个标记(对于每个SR-PMT，有八个阈输出、四个符合信号和对于和信号的四个阈的输出)被会给计算机允许进行在线事件重构。对来自所有SR-PMT的信号求和，和将输出信号输到三个DSO中。DSO允许利用现有的软件进行脉冲形状分析。考虑到一个四通道DSO的可用性，只有三个构件对处理来自4个SR-PMT的信息是必需的。通过极性编码以便处理来自两个SR-PMT的数据，只有二个4-通道DSO插件对处理关于在SR-PMT(所有4个输出的总和)和非空间分辨PMT中的脉冲幅度的信息是必需的。
为了控制热负载，几个电扇插件可以放置在DSO和SCPC之间。在设备显示每天一个本底计数的情况下来自电扇插件(每个插件上有两个交流(AC)电机)的电磁干扰造成的问题是相当困难的，但是可以使用适当的电屏蔽罩把电磁干扰屏蔽掉。根据Peltier(帕尔贴)效应(非交流电)的冷却单元提供较不困难的方案。
考虑到探测器单元之间的非有效区域，软件最好允许“无缝”图像重构，和与基于Intel P6处理器的计算机的使用保持一致。
对几个基于SR-PMT的探测器实行多路复用和建造一个大区域的探测器要求更快的脉冲形状分析。在单个探测器的系统中，具有长传送时间(每个脉冲为200μs)的这些DSO足够了。大型MPD成像器使用具有较快计算机界面的DSO。充分地利用这个优点要求快速驱动器和加速的脉冲处理。因此，通过考虑来自所有PMT的附加信息和改变测试的次序，对于多路复用的系统来说脉冲形状抑制的逻辑关系被优化了。脉冲形状分析代码的进一步优化通过利用高效的native(本地)奔腾机和P6指令取得。
由于MPD的目标是对微量放射性同位素示踪进行定量测量／成像，来自放射源的具有较差的信号与本底的比值(S／B)和较大的误差的数据的统计分析对于校正数据解释是重要的。因此，对于图像改善和识别MPD成像器最好包括软件统计分析功能和例程，用于图像改善和识别。后者最好根据象模拟神经网和／或存储矩阵的递归法那样的AI技术。
根据时间延迟技术的大型MPD成像器大型MPD成像器的一些局限与所用的SR-PMT有关由于Hamamatsu管受到K40的污染造成的高效射性本底和由于在四个独立的SR-PMT之间的大死区引起的刻度困难。
Anger摄像机是一类常用的大型γ射线探测器，其中单独的大NaI(Tl)晶体的表面分布着许多个光电倍增管。当一个光子被晶体吸收时，光在几个PMT之间共享。通过寻找具有最大信号的四个PMT和从它们的信号幅度的比例来重构事件，确定光脉冲的重心。空间分辨本领受到晶体厚度、光产额和所用PMT的数目等因素的限制。典型的Anger摄像机参数是Na(Tl)晶体厚度=0．5英寸，PMT的数量=36-64；固有空间分辨本领=2-3mm。对于I125来说，晶体厚度可以降低到1．5mm，这个厚度可以改善空间分辨本领，到低至1mm。在最简单的实例中，ADC的数量与PMT的数量(如24个2"PMT)是相同。根据本发明在这一方面，可以设计出更加复杂的方案，其中可以使用大量的阈，但只有8个ADC通道是必需的。最好选择基于Anger摄像机的MPD成像器，但是所要求的电子线路相当复杂，和由于通道的大数量，脉冲形状分析难以实现。
一个可供选择的实施例是使用脉冲延迟技术和DSO以重构光子位置的高性能空间分辨子射线探测器、和新型的闪烁体材料，Ce激活的钇铝钙钛晶体(YAP(Ce))。它提供高的光产额(大约为NaI(Tl)的50％)和比NaI(Tl)快大约五倍。此外，可以使用与Intel奔腾或P6并容的多通道、高速度和大存储器的DSO插件例如两通道，150MHz／来自Gage公司具有32kb存储器的通道。
低衰减的模拟延迟单元从几十个ns到几个μs的延迟时间是常见的。具有三角形形状的YAP脉冲(上升时间为10ns和下降时间为50ns)，直到10个PMT的输出能够用DSO的一个通道进行数字化。因此，两个DSO插件可对直到40个PMT的输出编码，并允许很高的可靠性的标称8位的定量化。我们可以使用模4编码、其中四个相邻的PMT的每一个被编码到不同的DSO通道中。因此，有可能制造一台相对廉价的袖珍Ager摄像机。
在MPD成像器中使用YAP闪烁晶体时，信号脉冲有大约50ns的持续时间。通过使用恒定延迟这个持续时间能够使来自几个PMT的信号多路复用到一个单一的DSO输入中。最好对6个输出求和，这个输出来自4排PMT的每一排并分别经过0、100、200、300、400和500ns的延迟。然后，这个脉冲串被送入一个DSO输入通道中和送入触发插件(SCPC)中，触发插件对系统中的所有DSO产生触发信号。对于第二个(符合)探测器，相同尺寸(12"×8")的NaI(Tl)晶体由四个3"PMT读出信号。对这些PMT的输出求和，和信号被用来确定事件是否是符合事件。另外，对这个脉冲进行脉冲形状分析以抑制本底。所有的阈、数字延迟和增益都在软件控制之下通过SCPC。计算机对DSO所要求的多路复用的信号进行解码和通过分析在所有24个PMT中的脉冲幅度寻找每个被测事件的坐标。
为了避免放射性本底的问题，大型MPD成像器使用经过仔细挑选的PMT，这种挑选PMT根据放射性本底、探测效率、能量分辨率、光阴极表面上的均匀性、暗电流和长时间的稳定性等因素。优选的光电倍增管包括EMI公司制造的1"或六角形2"PMT。对于一个12英寸×8英寸的MPD成像器，优选的构造是中心与中心间的间距为2"的六角形2"PMT排列而成的网格形状，把PMT排列成6×4阵列。另一种可供选择的构选是，对于中心与中心之间的间距为1．5"的1"PMT，最好把PMT排列成8×5的阵形。对于2"PMT，其价格是相当便宜的，因为电子线路相当简单，并且只需要两个DSO插件。另一方面，1"PMT提供稍好的空间分辨本领和大约低2倍的放射性本底。
大型MPD成像器最好使用专用的数据获取和处理软件。来自几个PMT的信号通过使用延迟线被编码并且被多路复用到一个DSO通道中。获取软件使用合适的脉冲形状舍弃和基线恢复程序处理连续的脉冲。尽管这个工作通道过信号之间的不变延迟时间被简化了，但是仍然需要对在“串”中的脉冲是否是由一个单独的事件引起进行额外的一致性分析，甚至需要一些反卷积的计算。对于根据来自多个PMT的数据计算每个事件的坐标最好选择可靠的和高效的处理。对于存储和处理巨大的数据量，以及对大区域探测器中不可避免的非均匀性的校正，要采取特殊的措施。通过用搜索表格取代大多数计算、将它们尽可能地编码、把计算限制在整数算术运算的范围内和使用汇编语言等方法可以最优化这些程序，以降低死时间。另一方面，脉冲处理、谱分析和图像重构与单个探测器的SR-MPD系统中所使用的是相同的。
顺序样品MPD设备ssMPD是一个十二个样品的、台式辐射计数器，它可以用来对多光子辐射同位素包括125I发射的光子测量每分钟的计数和计算出每分钟的衰变数。在包含在12mm×75mm或13mm×100mm的样品试管中的0．05到2．0ml的体积中，测量的衰变数在1到106dpm的范围。把样品试管密封起来以避免污染探测器室。
ssMPD的布局显示在图6中。试管固定器70安装在水平的试管传动装置71上，试管传动装置71在铅屏蔽板72上面滑动。两个探测器73面对隔离体77安装，每个探测器包括一个闪烁体74、一个PMT 75和基座电子线路76。垂直的试管升降器78依次降下和提升样品试管(图中未画出)的每一个。探测器和机械部分由支架79来支撑，整个设备由外壳80包围起来。
该探测器组件是一个包括两个闪烁体晶体的双探测器系统，每一个闪烁晶体与一个高分辨率的平面型光电倍增管耦合。探测器组件被封装在一个由铅-锡-铜组成的复合屏蔽室中以便使环境的本底降到最低。除了允许有效地计数γ射线发射源之外，样品固定器起到隔离体的作用以便降低双闪烁体探测器组件之间的相互干扰。
该探测器组件直接与一台个人计算机(PC)相连接，个人计算机(PC)配有ssMPD读出电子线路、WindowsTM环境下的控制和数据记录软件和一台打印机(任选)。软件把一个通用的报告头标和关于每个样品的样品号、样品位置、计数时间、每分钟测得的计数、计算出来的每分钟衰变数和统计误差输出到一台打印机上或输到一个文件中。另外，软件支持到各种各样的商用数据分析和鉴定解释软件包的数据出口。
对于125I来说，能量和探测效率的特定区域在刻度过程中自动地建立起来。对于其它同位素，计数是在受限制的能量和脉冲形状甄别(即要高于本底)条件下进行的，和绝对探测效率是未知的。如果希望得出非125I样品的绝对活度，操作者可能需要一个该待研究的同位素的一个刻度过的源和建立关于这个同位素的ssMPD的探测效率。
ssMPD系统使用一对带有光电倍增管(PMT)的闪烁体晶体，光电倍增管(PMT)作为γ射线和X射线发射探测器的读出设备。读出电子线路和软件放大和成形来自每个PMT的信号，分析脉冲形状和建立一个组合的能谱以便用于以后的脉冲高度分析。
ssmPD探测器的外部屏蔽室使环境辐射的效应最小化，因此，非放射性本底的主要成分是由于PMT中的暗脉冲引起的。这些脉冲的形状不同于由探测器中的闪烁体产生的形状，因此能够舍弃掉PMT暗脉冲以及大多数电磁和振动的赝生事件。在基于脉冲形状的舍弃之后，系统中的本底在15-100kev的能量范围内几乎是平坦的、并且非常稳定，与探测器附近的放射性活度无关(能够穿透ssMPD屏蔽室的硬γ射线辐射除外)。
对于所期望的同位素对在适当的能量区域内的未舍弃计数求和以确定计数率。把计数率(每分钟计数或cpm)转换成样品的实际活度(每分钟衰变数或dpm)需要知道对应于特定放射性同位素示踪计数器的探测效率(DE)。
要分别确定两个探测器的每一个的探测效率(DE)以便改善ssMPD的刻度和精度、以便测试系统的完善性和以便通过比较刻度样品的实际活度的两个估算值校正样品固定器的位置偏差。
ssMPD的灵敏度(对探测的限制)的一个直接指标是它的本底等效的活度(BEA)一定义为产生与探测器中本底相等的计数率的放射源活度。这个性能指数考虑到了ssMPD的本底和探测效率两个因素。对于ssMPD本底等效活度为2pci，或相当于1微微摩尔的125I，而保持可比的探测效率(DE为50％)和明显低的放射性本底(BKG为2cpm)。
ssMPD本底抑制技术允许从1到106cpm(6logs动态范围)的可靠的定量测量。在106cpm以上非线性由探测器中的脉冲堆积效应引起。尽管在这个范围的响应不再是线性的，但是，ssMPD的获取系统的死时间并没有扩展，因此，仍然可以进行计数，把测量的结果进行堆积效应校正即可。
另一个台式的实施例有一支可以捡起和放置的机器人手臂，它从样品架上捡起被选择的样品，并把样品放入样品固定器中，当完成计数时它移出样品并把样品放回原来位置上。在这两个台式实施例中，可动机械部分与数据处理装置耦合以便使样品计数时间最优化。
总而言之，可以看出本发明的多光子探测器提供了许多优点。这些优点包括低本底和高灵敏度、高探测效率、高能量分辨率、优越的可重复性和稳定性，低廉的价格和较小的尺寸。
虽然这些描述包括了许多具体的细节，但是不应该把这些理解为对本发明的范围的限制，而是作为优选实施例的示范。有可能存在许多其它的变型。本发明的范围不是由上面所描述的和图示的实施例来限定的，而是以下包括其等同物的更宽解释的权利要求书所确定的。
权利要求
1．一种用来探测样品中的放射性同位素的装置，包括(a)探测器组件，包括相对而设的γ射线／X射线探测器，用来当把样品放置在探测器之间的样品支承座上时探测来自该样品中放射性同位素的辐射，和用来把辐射转换成电子输出脉冲，和(b)脉冲形状分析器，与探测器成工作连接，用来分析所述输出脉冲和将其与预定的接受标准进行比较，舍弃不满足该预定接受标准的脉冲，和计数满足该接受标准的输出脉冲，所述计数对于与符合和非符合辐射对应的脉冲分别进行。
2．根据权利要求1的装置，其中所述探测器组件包括至少两个相对而设的探测器其中至少一个探测器包括一个薄无机闪烁体晶体，当来自放射性同位素的光子辐射撞击在上面时，该闪烁晶体产生一个信号；放置在闪烁体之间的隔离体；把闪烁体与外部辐射隔开的屏蔽阵列；和一个放大来自该闪烁体的信号的光传感器。
3．根据权利要求2的装置，其中所述闪烁体是从由NaI(Tl)、CsI(Tl)、CaF2(Eu)和YAP等组成的晶体组中选择出来的。
4．根据权利要求2的装置，其中所述各闪烁体是厚度少于大约0．5英寸的相同的CaF2(Eu)晶体。
5．根据权利要求2的装置，其中所述光传感器是由低放射性材料制成的光电倍增管，具有少于大约10pci的放射性活度。
6．根据权利要求5的装置，其中所述光电倍增管的直径为大约2"到大约3"，所述闪烁体晶体的直径比所述光电倍增管的直径小大约7％到大约25％。
7．根据权利要求2的装置，其中一个低放射本底的光学透明的窗设置在所述闪烁体和光传感器之间。
8．根据权利要求7的装置，其中所述窗包括石英或一种高密度(＞4g／cc)和高原子序数(大于约50)的光学透明的材料。
9．根据权利要求7的装置，其中所述窗是由从以下一组材料中挑选出来的材料制成的包括高纯度的GeO2或含锗玻璃、含铅的高密度玻璃、PbF2和未掺杂的锗酸鉍(BGO)，和其中所述窗是用与PMT光学特性匹配的光学油与所述闪烁体和光传感器光学地连接。
10．根据权利要求5的装置，其中所述闪烁体和光电倍增管是由至少三层依次的其后有一层薄金属带的不透明塑料带覆盖起来的。
11．根据权利要求10的装置，其中所述金属带包括特殊的高磁导率的金属带，和整个组件由数层铜带覆盖起来。
12．根据权利要求1的装置，其中所述探测器组件放置在一屏蔽室中，该屏蔽室材料中至少有一种成分是原子序数大于大约61的金属，或者其中的化合物具有大于大约5g／cc的密度，并且屏蔽室材料选择为少于约10pci／g的放射性本底。
13．根据权利要求1的装置，其中的样品支承座是一个塑料盘，其线度在约12×13mm到约75×100mm之间。
14．根据权利要求1的装置，其中所述两个探测器包括厚度少于大约5g／cm2的半导体探测器。
15．根据权利要求1的装置，其中所述两个探测器是气体探测器，两个探测器之一是空间分辨探测器。
16．根据权利要求1的装置，其中所述样品支承座包括一个封装的样品斑点，并且厚度足够地薄和由足够低的密度／足够低的原子序数的材料制成，使得该样品支承座吸收的X射线数量可以忽略不计，并且也不会污染探测器。
17．根据权利要求16的装置，其中所述样品斑点被封装在一薄层的材料之中，该材料具有少于大约0．1pci／cm2的非常低的放射性本底和低的原子序数。
18．根据权利要求17的装置，其中所述封装材料是从以下一组材料中选择出来的、包括喷雾剂、喷漆、丙烯酸涂料、有机硅树脂漆和GE清漆。
19．根据权利要求17的装置，其中该样品是贴附在一个封袋中的坚固、扁平的薄片上，其由从以下一组材料中选择出来的薄膜做成、其包括厚度小于约1mm的铍膜、厚度小于大约0．5mm的塑料膜和厚度小于大约0．2mm的铝膜。
20．根据权利要求2的用于扫描的装置，其中所述闪烁探测器之一明显地小于另一个闪烁探测器，和进一步包括一个高密度／高原子序数的重金属薄膜，该重金属薄膜上有一个小孔隙位于该小探测器的前面。
21．根据权利要求20的对125I放射源最优化的扫描装置，其中所述闪烁体是CaF2(Eu)晶体，晶体厚度小于大约3mm，和对于小晶体来说直径在大约0．5英寸到大约1英寸之间，对于大晶体来说直径在大约2英寸到大约3英寸之间。
22．根据权利要求20的扫描装置，其中所述脉冲形状分析器有两种模式，OR模式和AND模式，OR模式接收非符合脉冲和符合脉冲进行计数，而AND模式只接收符合脉冲进行计数；和进一步包括一个适用于固定样品支承座和在两维线度上移动样品支承座的样品推进器，其有足够的空间分辨本领把基本上平面的样品放置在小闪烁晶体前面的孔隙中；和一个控制器，用于识别样品推进器的位置和允许对每个位置与计数率的关联；和对于每个样品位置优化数据获取的时间以便当累积的数据达到预定的信号与本底的比或信号与统计误差的比时，能够停止数据的获取；和脉冲形状分析器和控制器把获取的数据作成两维的图像显示。
23．根据权利要求22的扫描装置，其中对样品进行二次扫描，第一次用低空间分辨本领扫描，和第二次在所选择的计数率低于一个预定的数值的区域中用较高空间分辨本领扫描。
24．根据权利要求21的扫描装置，其中所述小闪烁体其厚度少于大约0．1mm，其对俄歇电子或非常低能的X射线(E＜10kev)灵敏和有在大约0．1英寸到大约0．5英寸之间的直径。
25．根据权利要求20的、对125I源最优化的扫描装置，其中所述小探测器是一个薄于0．1mm的硅闪烁体或空间分辨CCD探测器，其对俄歇电子或非常低能X-射线(E＜10kev)灵敏，和有在大约0．1英寸到大约0．5英寸之间的直径，和所述大闪烁体是CaF2(Eu)晶体，其厚度少于大约3mm，和直径在大约2英寸到大约3英寸之间。
26．根据权利要求1的具有空间分辨本领的装置，其中至少一个探测器包括一块薄NaI(Tl)闪烁体，其中有一块高密度／重金属膜粘贴在该闪烁体上，该薄膜上有编码的孔隙图案，和其中该闪烁体与有多个输出的空间分辨光电倍增管相耦合，该多个输出的每一个都有效地与相匹配的低噪声放大器相连接，用电子学方式对放大器的输出求和生成一个和输出，和把单个的以及总和的输出输入到多道谱分析器中。
27．根据权利要求26的装置，将其中的来自空间分辨PMT的经过放大的输出脉冲与根据脉冲形状接受标准的“标准形状”脉冲相比较，并且在空间分辨和非空间分辨的PMT中只有满足“标准形状”条件的事件才被接收和被用于建立两维的样品图像。
28．根据权利要求6的装置，其中所述空间分辨光电倍增管有四个输出，和X-射线入射的位置由叠代算法计算出来，第一级近似由Xo=(SL-SR)／TS和Yo=(ST-SB)／TS给出和第i级近似通过下面公式求得Xi=(a[Xi-1])*SL-b[Xi-1]*SR)／TS和Yi=(c[Yi-1])*ST-d[Yi-1]*SB)／TS其中SL=左信号，SR=右信号，ST=上信号和SB=下信号，TS=SL+SR+ST+SB，其中a(X)、b(X)、c(y)和d(y)是刻度函数，对于空间分辨光电倍增管这些函数用经验方法确定出来。
29．根据权利要求28的装置，其中X-射线的实际能量值通过使用对于空间分辨光电倍增管用经验方法确定的查找刻度表从X-射线的入射位置中计算出来。
30．根据权利要求26的成像装置，其中所述NaI(Tl)晶体上粘贴一个编码的孔隙掩模，该掩模由高密度／高原子序数的薄膜制成，并带有多达50个小孔或缝隙的规则图案；样品支承座包含一个平面的两维样品阵列；和进一步包括一个计算机控制的推进器，该推进器依次把样品放入孔隙掩模前面的测量位置中停留一预置的时间。
31．根据权利要求30的成像装置，进一步包括一个成像分析器，其中图像是从计数数据中重新构造出来；确定分辨本领的孔隙图案是这样的，为了获得连续的图像，所述像素点位置必须沿着X方向和Y方向相互交叉，和所述图案使相互交叉成为可能；对于每个可用的分辨掩模，该系统有一个单独的包含软件掩模的刻度元件，该软件掩模用来确定把孔隙映射到图像表面上；用户界面允许选择一个待扫描的长方形区域和对于每个像素点预置计数时间；数据显示系统允许用辅助色彩、灰度阴影、等高图或作为一个3D的表面等方式观看所述图像，以及用许多种标准格式存储图像以用其它图像处理程序进行分析。
32．根据权利要求1的装置，其中所述探测器之一是对探测X-射线最佳的Ge半导体探测器、硅探测器或一个空间分辨气体探测器。
33．根据权利要求32的装置，其中所述空间分辨探测器是一个自限制的薄云室，其中所述空间分辨本领是用CCD摄像机成像获得的。
34．一种从本底辐射和噪声中甄别样品中的放射性同位素的γ射线和X射线光子发射的方法，包括把样品放到样品支承座上，该样品支承座夹在相对面设有的用来探测γ射线和X射线的探测器之间；把用至少两个探测器探测的从该同位素中发射的γ射线和X射线转换成电子输出脉冲；对所述输出脉冲进行计数和时间测量；把所述输出脉冲幅度归一化到在基线之上的一个预定的范围之内，并对发射的能量进行关联；当存在一个触发输出脉冲时，即输出脉冲的幅度超过一个预定的阈值时，产生一个第一触发脉冲；和当存在两个同时的触发输出脉冲时，即该两个输出脉冲的幅度超过预定的阈值时，产生一个第二触发脉冲；和舍弃脉冲幅度没有超过预定阈值的脉冲；响应于触发脉冲，俘获预定数量的顺序的被归一化了的输出脉冲；按照预定的同位素和系统相关的接受标准分析被俘获的输出脉冲；和计数满足该接受标准的脉冲和舍弃不满足该接受标准的脉冲。
35．一种从本底辐射和噪声中甄别样品中的放射性同位素的发射的装置，包括用来固定样品的装置，其夹在把来自该同位素的发射转换成电子输出脉冲的装置之间，用来对输出脉冲进行计数和时间测量的装置，用来把输出脉冲幅度归一化到在基线之上的一个预定的范围之内和对发射的能量进行关联的装置，用于下述操作的装置当存在一个其幅度超过一个预定的阈值的输出脉冲时，产生一个第一触发信号；和当存在两个基本同时的各自的幅度超过预定的阈值的输出脉冲时，产生一个第二触发信号，并舍弃脉冲幅度没有超过该预定阈值的输出脉冲；用来响应于一个触发脉冲俘获预定数量的顺序的被归一化了的输出脉冲的装置，和用来根据预定的同位素和系统相关的从一组由脉冲形状、脉冲高度、坐标和符合组成的因素中选择出来的接收标准来分析被俘获输出脉冲的装置，用来计数满足该预定的同位素和系统相关的接受标准的脉冲和舍弃不满足该接受标准的脉冲的装置。
36．根据权利要求35的装置，进一步包括用来将所述探测器与放射性本底屏蔽开的装置。
37．根据权利要求35的装置，进一步包括用来吸收大部分外部X射线的装置。
38．根据权利要求1的装置，其中所述样品支承座有多个锥形孔，这些小孔被排列成容易分辨的图案，并将待研究的样品放置在所述这些小孔中。
39．根据权利要求38的装置，其中所述样品支承座用样品支承座中的小孔按照与所述隔离体中的小孔图案基本相同的图案将涂抹在适当的薄膜上的样品排列起来。
40．根据权利要求39的装置，其中所述样品支承座有两个部分，每一部分有相同的小孔图案，和被涂抹的薄膜位于这两个部分之间。
41．根据权利要求1的装置，其中所述探测器组件的每一个探测器都包括一个前置放大器、放大器和成形放大器。
42．一种选择性地定量测量样品中的发射源的符合γ射线／X射线(CGX)的装置，包括(a)用来探测从CGX发射源中发射的符合γ射线和X-射线作为各个辐射探测器的输出脉冲的装置，(b)用来分析来自各探测器的输出脉冲的形状和幅度的装置，(c)用来甄别和舍弃非符合输出脉冲的装置，(d)用来甄别和舍弃假符合输出脉冲的装置，和(e)用来利用余下的输出脉冲定量化样品中CGX放射源的含量的装置。
43．根据权利要求42的装置，能够探测少于1渺摩尔的被示踪的分子。
44．在与至少一个探测器工作耦合以接收当发射光子入射在所述至少一个探测器上时产生的输出信号的可编程装置中，其方法包括通过如下步骤进行该装置的设置对于所述至少一个探测器确定和存储多个脉冲形状舍弃参数的探测器相关的允许范围，这些参数与待探测的所期望的特征辐射有关；通过如下步骤操作该装置以作探测所期望的特征辐射确定来自所述至少一个探测器的输出信号的脉冲形状参数；和将来自所述至少一个探测器的输出信号的脉冲形状参数与所述存储的探测器相关的允许范围进行比较；其中，如果来自所述至少一个探测器的输出信号的脉冲形状参数并不在所存储的探测器相关的允许范围之内，该来自所述至少一个探测器的输出信号被舍弃在所期望的特征辐射的探测之外。
45．根据权利要求44的方法，其中所述设置包括对所述至少一个探测器提供所期望的特征辐射的放射源的样品；获取多个来自所述至少一个探测器的脉冲；建立和存储该多个脉冲的直方图，包括当前基线，和在其脉冲幅度的1／4、1／2和3／4位置上的脉冲宽度；对所述至少一个探测器的多个脉冲形状舍弃参数确定探测器相关的允许范围为对于每个直方图，使该直方图的相邻主峰面积的99％被接受；存储对所述至少一个探测器的多个脉冲形状舍弃参数所确定的探测器相关的允许范围。
46．根据权利要求45的方法，其中所述设置进一步包括获取多个符合事件，一个符合事件是来自第一和第二探测器的输出基本符合的事件；通过建立直方图和利用直方图方法的99％的可接受相关主峰面积来确定和存储脉冲位移参数的允许范围；和存储脉冲位移参数的允许范围。
47．根据权利要求46的方法，其中所述设置进一步包括建立三个独立的与所期望的特征辐射相关的能量谱，包括一个第一个探测器的能谱，一个第二个探测器的能谱和一个符合事件的两维能谱。
48．根据权利要求44的方法，其中，在操作该装置探测所期望的特征辐射时，确定来自所述至少一个探测器的输出信号的脉冲形状参数包括在覆盖该脉冲的整个宽度和脉冲上升之前的一段短时间的时间窗上对每个被接收的脉冲获取多个数据点；计算最前面数个数据点的平均值确定当前基线；如果所计算的当前基线明显地不同于零，舍弃该由于堆积效应引起畸变的脉冲；如果在前一步骤中脉冲没有被舍弃掉，扫描接下来的多个数据点找出一个最大值；如果发现最大值超过一个溢出值，舍弃掉该脉冲；如果在前面各步骤中脉冲没有被舍弃掉，计算该脉冲的峰位幅度为所述最大值与当前基线之间的差值；从所述脉冲的峰位开始向前和向后扫描以确定在该峰位幅度的多个分数倍的幅度水平上的时间偏移量；和至少使用所确定的时间偏移量作为来自所述至少一个探测器的输出信号的脉冲形状参数。
49．根据权利要求48的方法，其中，在操作该装置探测所期望的特征辐射时，输出信号的脉冲形状参数与存储的探测器相关的允许范围的比较包括确定在脉冲的峰位幅度的1／2、1／4和3／4倍的幅度水平上时间偏移量是否落在所述存储的探测器相关的允许范围内。
50．根据权利要求48的方法，其中所述至少一个探测器包括一个第一探测器和一个第二探测器，其中所述设置进一步包括获取多个符合事件，一个符合事件是指来自第一和第二探测器的输出信号基本符合；通过建立直方图和利用直方图方法的99％的可接受相邻主峰面积来确定和存储脉冲位移参数的允许范围；和存储所述脉冲位移参数的允许范围；和其中操作该装置探测所期望的特征辐射进一步包括测试在操作中符合的发生，包括确定在来自第一和第二探测器的各自脉冲的上升前沿上的1／4幅度水平上的各自时间偏移量之间的距离；和将所确定的距离与所述存储的脉冲位移参数的允许范围相比较。
51．根据权利要求44的方法，进一步包括对于一个具体的同位素刻度该装置。
52．一种制造产品，包括一个计算机可读的存储介质，该存储介质有一个物理构造来表达计算机程序基片，该计算机程序包括用来设置和操作可编程的粒子／辐射发射探测装置的单元。
53．用于γ射线和X射线辐射的探测器组件，包括闪烁体晶体，与该闪烁体晶体光学连接的光电倍增管，与该光电倍增管连接的一体的光电倍增管基座电子线路模块，包括一个高压电源、分压器和放大器，在该基座模块和该光电倍增管之间、在该光电倍增管和该闪烁体晶体之间、围绕光电倍增管和围绕闪烁体-光电倍增管-基座模块组件的多个屏蔽体，使用在该探测器中的所有材料具有大约1cpm本底以下的放射性。
全文摘要
一种用于放射性同位素(20)测量的超低本底多光子探测器装置,具有大约每天一个计数的本底和能够探测1渺摩尔的材料。两个相对而设的γ射线和X射线光子探测器的每一个最好包括一个闪烁晶体(22)和一个光电倍增管(26)。夹在两个探测器之间的是一块隔离体(32)和一个用于样品(36)的样品支承座(34),该样品是用如Ⅰ
文档编号G01T7/00GK1204403SQ96199070
公开日1999年1月6日 申请日期1996年10月31日 优先权日1996年10月31日
发明者安德泽杰·K·德鲁克尔, 艾格尔·R·塞格德杰夫 申请人:比奥特雷斯公司