人体甲状腺中<sup>131</sup>I活度测量的计量标准器研制

杨志杰; 周倩倩; 梁珺成; 范梓浩; 李则书; 范富有; 刘皓然; 拓飞; 张健; 孙全富

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0655

人体甲状腺中¹³¹I活度测量的计量标准器研制

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0655

1.
中国计量科学研究院，北京 100029
2.
中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所，北京 100088

基金项目: 国家重点研发计划(2018YFF0212403)。

详细信息

作者简介:
杨志杰（1990-），中国计量科学研究院在站博士后，研究方向：放射性核素活度计量，邮箱：yangzj_nim@126.com

通讯作者:
梁珺成（1981-），中国计量科学研究院副研究员，研究方向：放射性核素活度计量，邮箱：liangjc@nim.ac.cn

计量
- 文章访问数: 812
- HTML全文浏览量: 353
- PDF下载量: 50
- 被引次数: 0
出版历程
- 网络出版日期: 2022-03-12

Development of a Metrological Standard Device for Measuring ¹³¹I Activity in Human Thyroid

1.
National Institute of Metrology, Beijing 100029, China
2.
National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088 China

摘要

摘要: 为解决防护至诊疗量级人体甲状腺中¹³¹I活度的直接测量问题，以及人体甲状腺中¹³¹I活度测量相关仪器的量值溯源问题，研制了便携式现场计量标准器。结合IAEA/ANSI 颈部模体开展了标准器的探测效率校准和活度定值方法研究，通过实验测量和模拟计算确定了不同探测距离下的效率曲线，建立了人体甲状腺中¹³¹I活度的量值溯源方法。标准器在贴近颈部直接测量时长为600s时，最小可探测活度达到4.67 Bq；对用于开展人体甲状腺中¹³¹I活度测量的便携式γ能谱仪进行了校准，典型的相对扩展不确定度为5.5%（k=2）。该标准器的研制为职业健康监测、核应急以及甲状腺诊疗中¹³¹I的准确测量和量值保障建立了关键设备基础。
- 计量标准器 /
- 甲状腺 /
- ¹³¹I活度 /
- 量值溯源 /
- 不确定度评定
Abstract: To solve the problem of direct ¹³¹I activity measurement in human thyroid for radiological protection and diagnosis and treatment in nuclear medicine, and the problem of traceability of related instruments for ¹³¹I activity measurement in human thyroid, a portable on-site radioactivity measurement metrological standard device was developed. In combination with the IAEA/ANSI neck phantom, the detection efficiency calibration and activity determination methods of the standardization were studied. Through experimental measurement and simulation calculation, the efficiency curve at different detection distances was determined, and the traceability method of ¹³¹I activity in the human thyroid was established. The minimum detectable activity reached 4.67 Bq when the standard was directly measured close to the neck for 600s; the portable gamma spectrometer used to measure the activity of ¹³¹I in the human thyroid was calibrated with the relative expanded uncertainty of 5.5% (k=2). The development of this standard has established a key equipment foundation for the accurate measurement and traceability of ¹³¹I activity in occupational health monitoring, nuclear emergency, and diagnosis and treatment of thyroid diseases.
- metrological standard device /
- thyroid /
- ¹³¹I activity /
- traceability /
- uncertainty evaluation

HTML全文

图 1 甲状腺中¹³¹I活度计量标准器结构图

Figure 1. Structure diagram of standard device for the measurement of ¹³¹I activity in thyroid

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 甲状腺中¹³¹I活度计量标准器测量原理框图

Figure 2. Block diagram of measurement principle of standard device

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 甲状腺中¹³¹I活度量值溯源框图

Figure 3. Block diagram of traceability of ¹³¹I activity measurement in thyroid

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 标准器测量的本底和¹³¹I的γ 能谱图

Figure 4. The gamma-ray energy spectrum of background and ¹³¹I measured by ¹³¹I activity measurement standard device

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 调节测量距离的量值溯源实验示意图

Figure 5. Schematic diagram of traceability experiment with variable measurement distance

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 蒙特卡洛模拟计算的几何模型

Figure 6. Geometric model for Monte Carlo simulation calculations

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 蒙特卡洛模拟的探测效率与测量距离关系曲线

Figure 7. The detection efficiency versus detection distance curve simulated by Monte Carlo method

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 探测效率与测量距离关系曲线

Figure 8. The detection efficiency versus detection distance curve

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 9 便携式γ能谱仪校准实验

Figure 9. Calibration experiment of the portable γ spectrometer

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 标准器探测效率校准结果数据表

Table 1. Data sheet of calibration results for detection efficiency of standard device

编号	参考活度/Bq	相对扩展不确定度(k=2)	能量/ keV	距离/ mm	探测效率
I05	4.975E+2	3.5%	364.49	0	2.60E-2
I05	4.975E+2	3.5%	364.49	50	6.81E-3
I04	7.908E+3	3.0%	364.49	100	3.06E-3
I04	7.908E+3	3.0%	364.49	200	1.11E-3
I03	4.835E+4	3.0%	364.49	500	2.34E-4
I01	2.960E+6	3.0%	364.49	1000	5.27E-5

下载: 导出CSV

表 2 典型测量距离下标准器活度测量上限计算结果数据表

Table 2. Data sheet of upper limit of activity measurement results at typical

探测距离/mm	全谱计数率/s⁻¹	死时间	活度测量上限/Bq
1000	2.0E+4	＜10%	8.89E+7
1200			1.27E+8
1500			1.87E+8
2000			3.65E+8
2500			7.36E+8

下载: 导出CSV

表 3 近距离测量模式标准器MDA计算结果数据表

Table 3. Data sheet of MDA calculation results under the condition of close-range measurement mode

测量时间/s	本底ROI计数	本底ROI净计数	探测效率	MDA/Bq
100	530	46	2.64E-2	15.16
200	1026	116	2.64E-2	12.16
300	1588	115	2.64E-2	7.91
400	2117	127	2.64E-2	6.25
500	2618	128	2.64E-2	5.12
600	3166	162	2.64E-2	4.67

下载: 导出CSV

表 4 便携式γ能谱仪校准因子计算结果数据表

Table 4. Data sheet of calculation results of calibration factors of portable gamma spectrometers

测量时间/s	能谱净峰面积	净计数率/s⁻¹	¹³¹I参考活度/Bq	校准因子/s⁻¹·Bq⁻¹
600	80048.57	133.41	7908.14	2.37E-2

下载: 导出CSV

表 5 便携式γ能谱仪校准因子不确定度

Table 5. Uncertainty of calibration factors of portable gamma spectrometers

不确定度来源	不确定度类型	相对标准不确定度（%）
便携式γ能谱仪测量计数统计涨落	A	0.35
标准器测量计数统计涨落	A	0.38
光子发射强度修正	B	0.98
半衰期修正	B	0.01
标准器对¹³¹I的探测效率	B	2.30
相对合成标准不确定度		2.74
相对扩展不确定度（k=2）		5.5

下载: 导出CSV

参考文献(22)

[1]	邢家骝, 朱家瑞, 丁勇. 碘-131治疗甲状腺疾病[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2011.
[2]	陆永经. 放射性¹³¹I在甲状腺功能亢进治疗中的临床应用研究[J]. 中国医药导刊, 2013, 15(4): 703-704. doi: 10.3969/j.issn.1009-0959.2013.04.089
[3]	王荣福. 放射性核素¹³¹I治疗分化型甲状腺癌的应用与进展[J]. 中华医学信息导报, 2009(9): 19-20.
[4]	霍艳雷, 王丹阳, 王辉, 等. 放射性碘标记MIBG在儿童神经母细胞瘤诊治中的应用[J]. 中华核医学与分子影像杂志, 2017, 37(3): 173-176.
[5]	邓飞, 周睿东, 蒋岚, 等. 核医学含碘废水排放管理的一些问题[J]. 辐射防护, 2018, 38(3): 79-84.
[6]	郭秋菊. 切尔诺贝利核事故时稳定碘的服用及各国对策[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2000, 20(2): 143-144. doi: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2000.02.041
[7]	王维良. 对轻水堆事故放射性碘污染的新认识-失水事故中释放的放射性碘-131不是污染环境的主要核素[J]. 国外核新闻, 1981(10): 24.
[8]	赵杨军, 顾志杰. 核电厂常规运行工况下放射性惰性气体和碘的释放源项计算[J]. 辐射防护, 2010(4): 34-39.
[9]	梁婧, 张庆召, 林志凯, 等. 碘-131治疗过程人员受照剂量分析[J]. 中国职业医学, 2015, 42(3): 318-321.
[10]	张志东, 暴晓琳. 放射性核素碘-131的治疗甲状腺癌时医务人员的辐射防护[J]. 医学动物防制, 2007, 23(10): 790-791. doi: 10.3969/j.issn.1003-6245.2007.10.050
[11]	McGowan, DR, Pratt, et al. Iodine-131 monitoring in sewage plant outflow[J]. Journal of Radiological Protection, 2014(34): 1-14.
[12]	Tokonami S, Hosoda M, Aki Ba S, et al. Thyroid doses for evacuees from the Fukushima nuclear accident[J]. Scientific Reports, 2012, 2: 507-510. doi: 10.1038/srep00507
[13]	彭玄, 张建峰, 拓飞, 等. 便携式γ谱仪在放射工作人员甲状腺131I监测中的应用[J]. 中国辐射卫生, 2021, 30(1): 34-37,43.
[14]	王红波, 张庆召, 张震, 等. 核医学科工作人员职业性内照射研究进展[J]. 中国辐射卫生, 2016, 25(2): 251-254.
[15]	梁珺成. 一种涉及甲状腺内照射碘测量的智能测量系统: CN111568382A [P]. 2020-08-25.
[16]	王静. 一种可升降的甲状腺摄碘功能测试仪: CN210871535U [P]. 2020-06-30.
[17]	钟华强, 骆志平, 刘森林, 等. 一种便携式应急甲状腺辐射监测仪的研制[J]. 中国辐射卫生, 2019, 28(6): 84-87.
[18]	ANSI. Thyroid Phantom Used in Occupational Monitoring: ANSI/HPS N13.44 [S]. US: American National Standards Institute, 2014.
[19]	范梓浩, 刘皓然, 梁珺成, 等. γ能谱分析中放射性核素活度的蒙卡修正方法及实验验证[J]. 计量技术, 2020(5): 95-99,114.
[20]	L'Annunziata M F. Handbook of Radioactivity Analysis [M]. Elsevier Science & Technology, 2012.
[21]	国家质量监督检验检疫总局. 测量不确定度评定与表示: JJF 1059.1-2012 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2012.
[22]	靳浩元, 刘军. 测量不确定度的评定方法及应用研究[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(5): 124-131. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2020.9002