专利名称：人体指骨铅密度无创伤测量装置的制作方法铅是人类受工业和环境污染毒害严重的首位重金属微量元素。过量的铅在人体内积存会严重造成人体多种疾病，如造成神经系统、造血系统、内分泌系统和生殖系统的病变；破坏人体肝、肾功能；严重影响青少年智力和身体的正常发育和成长；更对人群有较高的致癌的概率。临床医学上常用化学和仪器分析方法，通过测定人体血铅含量来判断人体受铅毒害的程度(GB11504-89职业性慢性铅中毒标准)。然而血铅在人体内的生物半衰期仅有20多天，它只能反映机体近期铅中毒的状况。铅进入人体以后，大约有95％的铅元素积存在骨骼中，而且其生物半衰期可长达25年之久。因此只有测量骨骼中铅的含量才是确定人体铅中毒严重程度的指标(Lillian JSomervaille et al.，phys.Med.Biol.，1985，Vol.30，NO.9，929-943)。国外最近有人运用X射线管或γ源激发人腿骨中的铅，应用体内X射线荧光技术对人腿胫骨铅含量进行过实验室测量(Huiling Nie at al，Nucl.Instr.&Meth.In phy.Resear.B 213，2004，579-583)，也有实验表明人指骨铅密度与人腿胫骨及其它部分骨骼铅密度是一致的，因此测定人体指骨铅密度具有重要的代表意义。至今国内未见有其它适合医学临床和对重金属环境污染调查的、小型的、人体指骨铅含量无创伤测量装置。
本实用新型的目的在于克服现有测量人体内铅含量(血铅)技术的缺陷，提供一种人体指骨铅密度无创伤测量装置，为医学临床、环境污染调查，同时也为某些食品(如皮蛋、罐藏饮料)中铅含量非破坏性分析提供技术手段。本实用新型的目的是这样实现的。如图1，本实用新型的思路是①对指骨中铅含量信息激发a 通过γ射线激发指骨中铅元素，使铅元素能量和强度的信息表征出来；②对铅元素受激释放出的特征X射线探测b 通过高灵敏度探测器探测特征X射线，并转换成光电子信号；③对探测到的光电子信号进行处理c 通过电子信号调控器进行信号波形的变换、放大及初步分析；④分析及骨中铅密度值显示和输出d 用多道分析器分析X射线能谱，运用软件的功能显示并输出指骨铅密度值。
具体地说，如图2，本实用新型包括指铅幅照机构9和采集分析机构10两部分；指铅幅照机构9由辐照平台1、辐射器2、指体定位器3组成；采集分析机构10由探测器4、信号调控器5、多道分析器6、输出器7组成；在辐照平台1上，其X方向设置有指体定位器3，其Y方向设置有两个辐射器2，其Z方向的下部设置有探测器4；探测器4、调控器5、多道分析器6、输出器7依次电连接。
1)辐照平台1在辐照平台1上设置有屏蔽板1.1，有利于对医、患人员的保护。
2)辐射器2如图3，辐射器2由γ源2.1、金属腔2.2、盖2.3和底座2.4组成；金属腔2.2和底座2.4连为一体，γ源2.1置于金属腔2.2内，金属腔2.2和盖2.3通过螺纹连接。
3)指体定位器3如图4，指体定位器3由导轨3.1、定位板3.2、大环3.3、小环3.4、升降螺钉3.5组成；定位板3.2下方四角设置有升降螺钉3.5，定位板3.2置于两个导轨3.1内，定位板3.2的上面设置有大环3.3和小环3.4。
4)探测器4如图5，探测器4由探头4.1、屏蔽体4.2、底座4.3、槽板4.4组成；屏蔽体4.2和底座4.3连为一体，底座4.3和槽板4.4通过凸凹槽连接，在屏蔽体4.2内设置有探头4.1。
探头4.1选用一套高分辨率、低能X射线光子探头，能有效地探测能量122kev以下的X射线；当γ源2.1的射线与探头4.1轴线成正交状态时，成900康普顿散射光子峰能量为98.1kev。几个铅的KαX射线峰处在康普顿散射峰高能一边的斜坡上。
屏蔽体4.2选用钨金属作材料。
探头4.1可前、后移动或由螺栓固定。
5)调控器5如图6，调控器5由延时放大器5.1、线性放大器5.2、模数转换器5.3组成；延时放大器5.1、线性放大器5.2、模数转换器5.3依次电连接。
由探测器4接收的光电子信号经过预放大电路放大后，输入调控器5，进行信号波形的变换、线性放大、信号甄别和辐度的分析。
6)多道分析器6和输出器7
如图7，多道分析器6由放大器6.1、规范线性门6.2、波峰延时器6.3、SCA6.4、ADC6.5、寄存器6.6、键盘或鼠标6.7、控制器6.8、显示器6.9、I/O界面6.10、组成；放大器6.1、规范线性门6.2、波峰延时器6.3、ADC6.5、寄存器6.6、I/O界面6.10依次连接；SCA6.4分别与规范线性门6.2、ADC6.5连接；键盘或鼠标6.7、控制器6.8、I/O界面6.10依次连接；显示器6.9分别与寄存器6.6、控制器6.8连接。
如图7，输出器7与I/O界面6.10连接。
从调控器5输出的脉冲再经放大器6.1放大，进入限制脉冲类别的规范线性门6.2，在波峰延时器6.3和SCA6.4及ADC6.5之间形成反馈信号运算，将记数储存在寄存器6.6中。同时由人工键盘或鼠标6.7的操作信号，利用控制器6.8对寄存信号进行“显示”(显示器6.9)或给出“输入、输出”(I/O界面6.10)指令。在显示屏上显示各种X射线光子计数谱。运用已编程序软件，对Kα或L峰施行积分计数分析。这就是多道能谱分析的基本过程。在显示器6.9上或由输出打印机直接给出骨铅密度值ρx。
本装置工作原理是待测指体8[人左手食指或食指体模(phantoms)]被安置在指体定位器3中。指骨或体模假骨中的铅元素，被前后一线上的γ源2.1辐照，两个源均由不锈钢金属体屏蔽，并使射线获得准直。指骨或体模假骨中的铅元素被激活，铅原子的电子跃迁而散射出K系列和L系列特征X射线。探测轴线与辐射线正交的探测器4的探头4.1接受诸信号。通过光子探头4.1的预放大电路使弱的光信号转换为电脉冲信号。电脉冲信号进入调控器5，调控器5对脉冲进行变换、线性放大和数模转换。最终送入微机一体化的多道分析器6，通过特定的X射线能谱分析，获取铅的X荧光谱的定量积分计数。人体指骨铅的积分计数与已知铅含量的体模中骨铅的积分计数的比较，即可确定人体指铅的含量。为了克服不同人指骨骼的差异，和不同肌肉厚度对测量的影响，我们可制作多个体模进行蒙托卡罗模拟(Monte Carlo Simulation)分析。其中的办法之一是运用不同铅质量密度的体模测定，根据KαX射线强度与相干散射强度之比σn与铅质量密度ρn的线性函数关系，获取人指铅含量ρx值。运用电脑程序化设计，使输出器15最后直接由显示器显示或由打印机打印出人体指骨铅密度值ρx(μgPb/g·bone)。
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，利用同位素γ射线源代替偏振化X射线管激发X射线荧光，使设备小型化；由测量人腿胫骨铅改为测量食指铅含量可使人体接受放射性生物剂量当量减少；运用相干散射标准测量，避免了人腿X射线影像确定腿胫骨截面积的操作，使得本实用新型操作更简单化。因此为一般医院和事业单位非放射性职业人员使用本装置提供了有利的前提。
②与常规的化学和仪器分析方法对比，后者只能对血铅(或尿铅)进行离体的含量分析(In vitro)，它只是间接地推断人体铅中毒程度的方法，而且因为血铅生物半衰期很短，因此准确性较差，仅能反映当前时期人体受铅污染的水平，不能确定长期人体受铅污染的积累效应。若要获取骨中铅的含量只有创伤性取骨样体外分析，给人体带来不利的创伤和痛苦。而本实用新型能实现人体内骨铅的无创伤性测量(in vivo)，而且所接受的放射性辐射剂量很小，十分安全，因此，其优越性异常突出。
③如将指体定位器3作简单的改装，即可施行直接非破坏性地对某些食品中的铅含量进行快速、定量分析，如对皮蛋、爆米花、豌豆和罐藏啤酒、醋、酱油、饮料等中的铅含量的测量，故本实用新型具有多功能用途。


图1—本实用新型思路方框图；图2—本实用新型组成示意图；
图3.1—辐射器主视图，图3.2—辐射器右视图；图4.1—指体定位器主视图，图4.2—指体定位器右视图，图4.3—指体定位器俯视图；图5.1—探测器主视图，5.2—探测器右视图；图6—调控器方框图；图7—多道分析器和输出器方框图。
其中a—对骨骼中铅含量信息激发；b—对铅原子受激释放出的特征X射线探测；c—对探测到的光电子信号进行处理；d—分析及骨中铅密度值显示和输出。
1—辐照平台，1.1—屏蔽板；2—辐射器，2.1—γ源，2.2—金属腔，2.3—盖，2.4—底座；3—指体定位器，3.1—导轨，3.2—定位板，3.3—大环，3.4—小环，3.5—升降螺钉；4—探测器，4.1—探头，4.2—屏蔽体，4.3—底座，4.4—槽板；5—调控器，5.1—延时放大器，5.2—线性放大器，5.3—模数转换器；6—多道分析器，6.1—放大器，6.2—规范线性门，6.3—波峰延时器，6.4—SCA，6.5—ADC，6.6—寄存器，6.7—键盘(鼠标)，6.8—控制器，6.9—显示器，6.10—I/O界面；7—输出器；8—指体；9—指铅幅照机构；10—采集分析机构。

以下结合附图和实施例进一步说明。
①对各部件要求如下
◇如图2，调节两γ源2.1中心辐射线在YY’方向，调节指体定位器3的指体ZT方向在XX’方向，XX’方向与YY’方向正交于O点；使食指大骨节处于O点处；探头4.1中心轴线在ZZ’方向，ZZ’方向通过O点垂直于XY平面。
◇如图3，辐射器2中，选用两枚γ源2.1，源强2×2GBq，直径φ3.0mm，厚度3.0mm。
金属腔2.2，其厚度3.0mm，内径φ3.2mm，高3.2mm；其前方有0.5mm厚的铜片作为过滤板，以吸收无应用价值的射线。
盖2.3上有0.2mm厚的出口窗，全部材料由不锈钢材质构成。
◇如图4，指体定位器3中，大环3.3和小环3.4为半圆形塑料环，大环3.3半径12-13mm，小环3.4半径9-11mm，两环相距35-45mm；定位板3.2为聚乙烯塑料板，其长、宽、厚分别设计为70-90mm、40-60mm、4-6mm。
◇如图5，探测器4中，探头4.1(含预放大器)选用Low Energy Ge Detector(Area 200mm2Thickness 20mm FWHM 122kev520ev)。
◇如图6，调控器5中，延时放大器5.1选用Model1457，线性放大器5.2选用Model2022，模数转换器5.3选用Model2015。
◇如图7，多道分析器6选用Model8701 ADC和Genie-2000软件微机(MCA)。所选仪器型号为美CANBERRA公司产品。
②其它技术参数i)放射γ源57Co活度2×2GBq，同位素γ射线点源；ii)食指一次辐照计时1200秒接受的放射性生物剂量当量EDE≤4.2μSv；iii)探头4.1(含预放大器)为Low Energy Ge Detector(Area 200mm2Thickness 20mm FWHM 122kev520ev)iv)体模phantoms校正材料及铅含量由甲基丙烯酸甲酯(C5H8O2)n，作食指“肌肉”(Tissue)，中间用熟石膏(CaSO4·2H2O)添加铅含量的圆柱体作“骨骼”(bone)，铅含量分别为0，5，10，20，40，60，80，100μgPb/g·bone。
v)食指中骨铅的含量(质量密度)最小探测限(MDL)ρ≤10μgPb/g·bone。