Maªgorzata Janik - HIRG - Politechnika Warszawska

Transkrypt

Politechnika Warszawska
Wydziaª Fizyki
Fizyka Techniczna
Praca in»ynierska
Opracowanie i walidacja wybranych metod
kontroli jako±ci radiofarmaceutyków
Development and validation of chosen quality control methods of
radiopharmaceuticals
Maªgorzata Janik
Opiekun:
dr Krzysztof Kilian, Uniwersytet Warszawski, rodowiskowe Laboratorium
Ci¦»kich Jonów
Kieruj¡cy prac¡ dyplomow¡ pracownik Wydziaªu Fizyki PW:
prof. dr hab. Jan ebrowski
Badania wykonano w:
rodowiskowym Laboratorium Ci¦»kich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego
Warszawa, 2010
Spis tre±ci
Spis tre±ci
i
1 Wst¦p
1
2 Podstawy teoretyczne
3
2.1 Medycyna nuklearna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1 Techniki diagnostyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2 Radiofarmaceutyki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Ocena jako±ci radiofarmaceutyków . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Czysto±¢ biologiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 Czysto±¢ radiochemiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3 Czysto±¢ chemiczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.4 Czysto±¢ izotopowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.5 Aktywno±¢ caªkowita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.6 Czysto±¢ radionuklidowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.7 St¦»enie promieniotwórcze . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.8 Warto±¢ pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Spektrometria gamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 Licznik scyntylacyjny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2 Widmo promieniowania gamma . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3 Kontrola jako±ci radiofarmaceutyków metod¡ spektrometrii
gamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Walidacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Dokªadno±¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.2 Poprawno±¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.3 Precyzja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.4 Liniowo±¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.5 Granica wykrywalno±ci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.6 Granica oznaczalno±ci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
i
3
3
4
4
5
5
5
6
6
6
6
7
7
7
8
11
11
12
12
12
13
14
14
SPIS TRECI
3 Metodyka pomiaru
3.1 Pomiary kalibracyjne . . . . . . .
3.1.1 Pliki certykowane . . . .
3.1.2 Kalibracja energetyczna .
3.1.3 Kalibracja wydajno±ciowa
3.1.4 Plik kalibracyjny . . . . .
3.2 Pomiar tªa . . . . . . . . . . . . .
3.3 Biblioteka nuklidów . . . . . . . .
3.4 Analiza widma . . . . . . . . . .
3.5 Generowanie raportów . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.1 Dane pomiarowe . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 ródªa . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.2 Kalibracje . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.3 Biblioteka nuklidów . . . . . . . . . .
4.2 Walidacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Poprawno±¢ . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Precyzja . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.3 Granica wykrywalno±ci i oznaczalno±ci
4.2.4 Dokªadno±¢ . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.5 Geometria pomiaru . . . . . . . . . . .
4.3 Identykacja nieznanego ¹ródªa . . . . . . . .
4.4 Wpªyw u»ywanej kalibracji . . . . . . . . . . .
4.5 Wpªyw wielko±ci biblioteki nuklidów . . . . .
4.6 Czas pomiaru . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.7 Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8 Wpªyw tªa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.9 Niepewno±¢ pomiaru . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4 Pomiary
5 Zako«czenie
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5.1 Wyniki walidacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Odporno±¢ metody na dziaªanie czynników wewn¦trznych i zewn¦trznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3 Dokumentacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4 Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
16
16
16
17
17
18
19
19
20
21
21
21
21
23
23
23
26
27
29
29
30
32
33
34
34
36
37
39
39
39
40
40
Bibliograa
43
A Standardowa Procedura Operacyjna
45
ii
Rozdziaª 1
Wst¦p
Kontrola jako±ci w procesie wytwarzania radiofarmaceutyków, ze wzgl¦du
na swoj¡ specyk¦, wymaga przeprowadzenia w krótkim czasie du»ej ilo±ci oznacze«, obejmuj¡cych zarówno parametry chemiczne jak i wªa±ciwo±ci zwi¡zane z obecno±ci¡ w cz¡steczce znakuj¡cego izotopu. Celem niniejszej pracy jest opracowanie metod oznaczania czysto±ci radionuklidowej
oraz pomiaru aktywno±ci radiofarmaceutyku z wykorzystaniem spektrometrii gamma. W efekcie zostan¡ opracowane metody kontroli jako±ci radiofarmaceutyku wraz z niezb¦dnymi procedurami i wymagan¡ dokumentacj¡.
Wprowadzenie
W Polsce nie istniej¡ zakªady produkuj¡ce radiofarmaceutyki stosowane
w technice Tomograi Pozytonowej (PET) na skal¦ krajow¡. Jedynym o±rodkiem, który jest w stanie wytwarza¢ radiofarmaceutyki jest o±rodek PET w
Bydgoszczy, lecz znaczniki produkowane s¡ tam jedynie na wªasne potrzeby.
W diagnostyce prowadzonej przy pomocy pozytonowych tomografów emisyjnych w innych zakªadach medycyny nuklearnej stosowane s¡ radioizotopy
wytwarzane m.in. w Austrii i Niemczech. Aktualnie prowadzone s¡ prace
zwi¡zane z uruchomieniem o±rodka produkcyjnego w Gliwicach. Równocze±nie na terenie rodowiskowego Laboratorium Ci¦»kich Jonów (LCJ) powstaje O±rodek PET Uniwersytetu Warszawskiego, który b¦dzie centrum
badawczym oraz producentem radiofarmaceutyków.
Radiofarmaceutyki przeznaczone do stosowania u ludzi musz¡ by¢ zgodne
z normami okre±lanymi w dokumentach regulatora rynku produktów leczniczych. Przed rozpocz¦ciem dystrybucji leku konieczne jest zatem opraco-
1
ROZDZIA 1.
WSTP
wanie przez producenta spójnego systemu metod kontroli, który zapewni
speªnienie wymaga« jako±ciowych stawianych lekom.
Wszystkie stosowane metody musz¡ zosta¢ poddane procesowi walidacji,
czyli wykazania, »e zastosowany sposób post¦powania umo»liwia niezawodnie i w sposób odtwarzalny realizacje czynno±ci, jakie ma na celu. Dodatkowo walidacja daje pogl¡d co do mo»liwo±ci oraz ogranicze« metody.
Po uko«czeniu procesu walidacji istotne jest stworzenie procedur tak, aby
metod¦ mo»na byªo stosowa¢ w sposób powtarzalny. Procedury standardowe
ograniczaj¡ zakres przypadkowych zmian jakie mog¡ by by¢ wprowadzone
do metody. Odpowiednia dokumentacja przygotowania i stosowania metody
jest równie» konieczna do przeprowadzania audytów systemów wytwarzania,
prowadzonych przez jednostki nadzoru farmaceutycznego.
Cel i zakres pracy
Praca ma na celu sprawdzenie czy metoda spektrometrii gamma jest
wªa±ciwa do badania czysto±ci radionuklidowej oraz aktywno±ci caªkowitej
radiofarmaceutyku. W cz¦±ci eksperymentalnej opracowano zasady oznaczania wybranych charakterystyk radiofarmaceutyku przy u»yciu spektrometru
gamma Canberra Instruments, oraz wykonano walidacj¦ tej metody w oparciu o seri¦ pomiarów i opracowanie statystyczne wyników. Drugim, istotnym
celem pracy byªo przygotowanie dokumentacji w postaci Standardowej Procedury Operacyjnej wraz z zestawieniem danych eksperymentalnych.
2
Rozdziaª 2
Podstawy teoretyczne
2.1 Medycyna nuklearna
Medycyna nuklearna zajmuje si¦ leczeniem i diagnozowaniem chorób
przy u»yciu izotopów promieniotwórczych.
2.1.1 Techniki diagnostyczne
Scyntygraa jest obrazow¡ metod¡ diagnostyczn¡ medycyny nuklearnej. Polega na wprowadzeniu do organizmu farmaceutyków znakowanych
radioaktywnymi izotopami (tzw. radiofarmaceutyków), cyfrowej rejestracji
ich rozpadu i gracznym przedstawieniu ich rozmieszczenia. Ze wzgl¦du
na specyk¦ metody obrazy scyntygraczne maj¡ charakter czynno±ciowy
i w odró»nieniu od bada« radiologicznych przedstawiaj¡ obraz funkcji badanych narz¡dów.
Pozytonowa Tomograa Emisyjna (ang. Positron Emission Tomography,
PET) jest technik¡ obrazowania w której rejestruje si¦ promieniowanie pochodz¡ce od anihilacji pozytonów. W skªad radiofarmaceutyku wchodzi izotop promieniotwórczy ulegaj¡cy rozpadowi beta plus. Wyemitowany w rozpadzie pozyton anihiluje (po przebyciu drogi nie wi¦kszej ni» kilka milimetrów), a w efekcie powstaj¡ dwa kwanty gamma o energii 511 keV ka»dy
poruszaj¡ce si¦ w przeciwnych kierunkach. Kwanty te rejestrowane s¡ jednocze±nie przez dwa z wielu detektorów ustawionych pod ró»nymi k¡tami
w stosunku do ciaªa pacjenta. Informacje s¡ nast¦pnie analizowane przez
komputer, co pozwala okre±li¢ dokªadne miejsce powstania pozytonów.
3
ROZDZIA 2.
PODSTAWY TEORETYCZNE
2.1.2 Radiofarmaceutyki
Radiofarmaceutyki s¡ substancjami chemicznymi, farmaceutykami znakowanymi izotopami promieniotwórczymi. Powstaj¡ z poª¡czenia dwóch
skªadników: radioizotopu emituj¡cego promieniowanie, które jest nast¦pnie rejestrowanie, oraz ligandu, czyli zwi¡zku chemicznego gromadz¡cego
si¦ w obrazowanym narz¡dzie lub tkance. Radiofarmaceutyki stosowane s¡
do»ylnie, wziewnie lub rzadziej doustnie.
Wykorzystywany radiofarmaceutyk (cz¦sto nazywany w skrócie znacznikiem) musi speªnia¢ szereg norm, mi¦dzy innymi dotycz¡cych nara»enia
radiologicznego. Dlatego wa»ne jest, by czas poªowicznego rozpadu wykorzystywanego radioizotopu byª na tyle krótki, by radioaktywna substancja
pozostaªa jak najkrócej w ciele pacjenta, a z drugiej strony pozwalaªa na
wykonanie badania.
W badaniu PET wykorzystuje si¦ fakt, »e okre±lonym zmianom chorobowym towarzyszy podwy»szony metabolizm niektórych zwi¡zków chemicznych, np. cukrów. Poniewa» energia w organizmie uzyskiwana jest gªównie
poprzez spalanie cukrów, to w badaniach wykorzystuje si¦ najcz¦±ciej de18
oxyglukoz¦ znakowan¡ izotopem
F. Najcz¦±ciej stosowanym preparatem
jest F18-FDG.
2.2 Ocena jako±ci radiofarmaceutyków
Ka»dy lek przeznaczony do praktyki klinicznej musi speªnia¢ jasno okre±lone normy jako±ci. Dla radiofarmaceutyków s¡ one szczególnie rygorystyczne, gdy» zale»y od nich zarówno wiarygodno±¢ diagnozy, jak i bezpiecze«stwo pacjenta oraz jego otoczenia. Obejmuj¡ zarówno standardowe
kryteria przyjmowane dla zwykªych leków, jak i specyczne dotycz¡ce radioaktywnego znacznika. Wszystkie normy okre±lane s¡ w dokumentacjach
regulatora rynku produktów leczniczych (farmakopeach i dokumentach pochodnych).
Farmakopea okre±la podstawowe wymagania jako±ciowe oraz metody badania produktów leczniczych i ich opakowa« oraz surowców farmaceutycznych, a tak»e zawiera przepisy przygotowania leków aptecznych. Najnowsze
wydanie (VIII) Farmakopei Polskiej stanowi polskoj¦zyczn¡ wersj¦ Farmakopei Europejskiej.
4
2.2.
OCENA JAKOCI RADIOFARMACEUTYKÓW
2.2.1 Czysto±¢ biologiczna
Kryterium okre±lane równie» jako sterylno±¢ i apirogenno±¢, czyli nieobecno±¢ w danym materiale zdolnych do »ycia drobnoustrojów lub substancji wywoªuj¡cych reakcje ukªadu immunologicznego. Kryterium to nie
ma wpªywu na wiarygodno±¢ diagnozy, natomiast ma wpªyw na bezpiecze«stwo pacjenta. Prawie wszystkie radiofarmaceutyki pozytonowe s¡ podawane pozajelitowo, wi¦c ich czysto±¢ biologiczna powinna by¢ taka sama
jak dla innych leków pareneteralnych. Czysto±¢ biologiczn¡ zapewnia si¦
stosuj¡c sterylizacj¦ termiczn¡, lub te», w wypadku krótko»yciowych radiofarmaceutyków, zapewnia si¦ j¡ poprzez aseptyczny proces produkcyjny.
Apirogenno±¢ bada si¦ poprzez Limulus - test na obecno±¢ endotoksyn bakteryjnych, natomiast sterylno±¢ w typowym badaniu mikrobiologicznym.
2.2.2 Czysto±¢ radiochemiczna
Czysto±¢ radiochemiczn¡ wyra»a si¦ poprzez stosunek aktywno±ci znacznika wbudowanego we wªa±ciw¡ cz¡steczk¦, do aktywno±ci wszystkich form
tego znacznika w radiofarmaceutyku. Obni»enie czysto±ci radiochemicznej
mo»e prowadzi¢ do pogorszenia jako±ci otrzymywanego obrazu tomogracznego: inne zwi¡zki s¡ zazwyczaj inaczej wychwytywane przez tkanki ni»
substancja gªówna. Obecno±¢ niektórych postaci chemicznych mo»e prowadzi¢ równie» do zbytniego obci¡»enia radiacyjnego narz¡dów krytycznych.
Wa»ne jest wi¦c zapewnienie czysto±ci radiochemicznej powy»ej 95%, najlepiej na poziomie 98-100%. Zarówno pomiary zwi¡zane z kontrol¡ jako±ci,
jak i oczyszczanie radiochemiczne wykonuje si¦ metodami chromatograi
cieczowej.
2.2.3 Czysto±¢ chemiczna
Kontrola czysto±ci chemicznej zapewnia nieprzekraczanie maksymalnej
dopuszczalnej granicy st¦»enia niepromieniotwórczych zanieczyszcze« chemicznych w preparacie. Zanieczyszczenia mog¡ by¢ zarówno organiczne,
jak i nieorganiczne. Wszystkie dopuszczalne normy zanieczyszcze« metalami wyszczególnione s¡ w farmakopeach. Kryteria dotycz¡ce zanieczyszcze« substancjami organicznymi opisywane s¡ w indywidualnych monograach farmakopealnych dla ka»dego z radiofarmaceutyków osobno. Kontrol¦
prowadzi si¦ za pomoc¡ metod spektralnych analizy pierwiastkowej (kontrola jonów metali), oraz metodami chromatograi cieczowej lub gazowej
(zanieczyszczenia organiczne).
5
ROZDZIA 2.
2.2.4 Czysto±¢ izotopowa
Czysto±¢ izotopowa okre±la stosunek liczby j¡der znacznika do jego izotopów stabilnych, wyst¦puj¡cych w tej samej postaci chemicznej. Mo»e dotyczy¢ zarówno izotopów stabilnych, jak i promieniotwórczych. Znacznik
w radiofarmaceutyku powinien by¢ wolny od swoich izotopów stabilnych
(tzw. bezno±nikowy). Stabilne izotopy rozcie«czaj¡ znacznik i konkuruj¡
z nim o miejsca wychwytu tkankowego.
2.2.5 Aktywno±¢ caªkowita
Aktywno±¢ jest to parametr okre±laj¡cy ilo±¢ rozpadów j¡drowych na
jednostk¦ czasu. W ukªadzie SI jednostk¡ aktywno±ci jest bekerel (Bq) oznaczaj¡cy jeden rozpad na sekund¦. Starsz¡, ale nadal powszechnie u»ywan¡
10
jednostk¡ jest kiur (Ci) równy 3, 7×10 Bq. W przypadku radiofarmaceutyków protokoªy diagnostyczne okre±laj¡ jak¡ aktywno±¢ caªkowit¡ powinna
mie¢ dana próbka, by zapewni¢ bezpiecze«stwo pacjenta i uzyska¢ obraz
tomograczny. Aktywno±¢ próbki radiofarmaceutyku jest kalibrowana na
okre±lony dzie« i godzin¦.
2.2.6 Czysto±¢ radionuklidowa
Czysto±¢ radionuklidowa jest to stosunek aktywno±ci danego znacznika
do aktywno±ci wszystkich nuklidów promieniotwórczych w preparacie. Idealna czysto±¢ radionuklidowa wynosi 100%. Wyst¦powanie dodatkowych nuklidów promieniotwórczych zwi¦ksza obci¡»enie radiacyjne pacjenta oraz
personelu, jak równie» mo»e wpªywa¢ negatywnie na otrzymywany obraz
tomograczny. Utrzymywanie wysokiej czysto±ci radionuklidowej zazwyczaj
jest wynikiem procesu wytwarzania radiofarmaceutyku, gªównie poprzez zapewnienie czysto±ci substancji tarczowych, ale mo»liwe jest równie» oczyszczenie radiofarmaceutyku ju» w fazie ko«cowej. Czysto±¢ radionuklidowa
sprawdzana jest zazwyczaj metodami spektroskopii gamma.
2.2.7 St¦»enie promieniotwórcze
Przez st¦»enie promieniotwórcze rozumie si¦ aktywno±¢ danego znacznika odniesion¡ do obj¦to±ci caªego preparatu. Tak samo jak aktywno±¢,
st¦»enie promieniotwórcze kalibrowane jest na dany dzie« i godzin¦. Jest
to istotny parametr, gdy» cz¦sto straty aktywno±ci wynikaj¡ce z wpªywu
czasu pomi¦dzy wyprodukowaniem radiofarmaceutyku a badaniem mog¡
by¢ kompensowane przez zwi¦kszenie obj¦to±ci podawanego preparatu.
6
2.3.
SPEKTROMETRIA GAMMA
2.2.8 Warto±¢ pH
Dla leków parenatalnych (czyli wi¦kszo±ci znaczników pozytonowych)
odczyn powinien by¢ oboj¦tny lub lekko kwa±ny, czyli warto±¢ pH powinna
mie±ci¢ si¦ mi¦dzy 5.5 a 7.5 jednostek.
2.3 Spektrometria gamma
W przypadku bada« kontrolnych zwi¡zanych z radioaktywnymi izotopami radiofarmaceutyku, najwa»niejszym wykonywanym pomiarem jest identykacja wszystkich radionuklidów oraz dokªadne okre±lenie ich aktywno±ci w próbce. Takie mo»liwo±ci ma metoda spektrometrii gamma, która
polega na analizie widma promieniowania. W przypadku krótko»yciowych
izotopów, do której to kategorii mo»emy zaliczy¢ radionuklidy wchodz¡ce
w skªad radiofarmaceutyków, istotna jest wydajno±¢ stosowanego detektora:
czas pomiaru powinien by¢ jak najkrótszy. Detektorami o du»ej wydajno±ci
umo»liwiaj¡cymi uzyskanie widma promieniowania s¡ liczniki scyntylacyjne.
2.3.1 Licznik scyntylacyjny
Licznik scyntylacyjny jest to detektor promieniowania jonizuj¡cego.
Zbudowany jest z krysztaªu scyntylacyjnego, fotokatody, fotopowielacza oraz
przedwzmacniacza.
Rysunek 2.1: Schemat budowy licznika scyntylacyjnego zbudowanego z komory
scyntylacyjnej i fotopowielacza. ródªo: [4].
Podstaw¡ dziaªania licznika scyntylacyjnego jest zjawisko scyntylacji,
które zachodzi na skutek bombardowania cz¡stkami pewnych typów dielektryków (scyntylatorów): na skutek zaabsorbowanej energii atomy scyntyla-
7
ROZDZIA 2.
tora przechodz¡ w stan wzbudzenia, a powracaj¡c do stanu podstawowego
emituj¡ energi¦ w postaci ±wiatªa widzialnego.
Emitowane fotony s¡ absorbowane przez fotokatod¦. Wybijaj¡ z niej
elektrony, które nast¦pnie traaj¡ do fotopowielacza. Tam s¡ przyspieszane
w kierunku szeregu elektrod (dynod). Przyªo»one do fotopowielacza napi¦cie powoduje powstanie pola elektrycznego przyspieszaj¡cego fotoelektrony
od dynody do dynody. Ukªad dynod ma na celu lawinowe powielenie ilo±ci
elektronów. Powielone elektrony zbierane s¡ na anodzie, daj¡c impulsy pr¡dowe, które nast¦pnie zamieniane s¡ na impulsy napi¦ciowe.
Impulsy te s¡ wzmacniane, po czym przekazywane s¡ do wielokanaªowego
analizatora amplitudy. Wielokanaªowy analizator amplitudy przetwarza impulsy wej±ciowe na znormalizowane impulsy pomocnicze. Danemu przedziaªowi amplitud wej±ciowych przyporz¡dkowywane zostaj¡ staªe liczby znormalizowanych impulsów oraz numer kanaªu. Na skutek tego procesu mo»liwe
jest posegregowanie impulsów w zale»no±ci od amplitudy poprzez zliczenie
ich w odpowiednich kanaªach. Zawarto±¢ kanaªów mo»e by¢ nast¦pnie odwzorowana w postaci widma energii.
2.3.2 Widmo promieniowania gamma
Promieniowanie gamma to promieniowanie elektromagnetyczne o wysokiej energii (o energii kwantu wi¦kszej od 10 keV). J¡dro atomowe, b¦d¡ce
w stanie wzbudzonym, przy przej±ciu do stanu podstawowego emituje kwant
gamma o energii równej ró»nicy mi¦dzy tymi poziomami energetycznymi.
Widmem nazywamy rozkªad nat¦»enia promieniowania w zale»no±ci od
jego energii. W przypadku promieniowania gamma emitowanego przez radionuklidy widmo ma charakter dyskretny, tj. obserwuje si¦ oddzielne linie widmowe. Energia tych linii jest charakterystyczna dla danego izotopu,
któr¡ to wªa±ciwo±¢ wykorzystujemy do jego identykacji.
Uzyskiwany na skutek u»ywania detektorów scyntylacyjnych ksztaªt widma
zale»y oddziaªywania promieniowania gamma z materi¡. Do najwa»niejszych rodzajów oddziaªywa« nale»¡ efekt fotoelektryczny, rozpraszanie Comptona, oraz zjawisko kreacji par elektron-pozyton.
1. Efekt fotoelektryczny.
Padaj¡cy na powierzchni¦ substancji kwant promieniowania gamma
8
2.3.
SPEKTROMETRIA GAMMA
przekazuje caª¡ swoj¡ energi¦ elektronom tej substancji. Je±li energia
ta b¦dzie wi¦ksza od pewnej staªej, charakteryzuj¡cej dany materiaª,
zwanej prac¡ wyj±cia, to nast¦puje emisja elektronu. Pozostaªa energia
unoszona jest przez emitowany elektron, zgodnie ze wzorem:
hν = W + Ek
h
- Staªa Plancka
ν
- cz¦stotliwo±¢ padaj¡cego kwantu
W
- praca wyj±cia
Ek
- maksymalna energia kinetyczna emitowanych elektronów
(2.1)
Rysunek 2.2: Efekt fotoelektryczny zewn¦trzny. ródªo: [4].
Wyja±nienie tego zjawiska zaproponowane przez Alberta Einsteina
staªo si¦, obok efektu Comptona, kluczowym dowodem na kwantow¡
natur¦ ±wiatªa.
2. Rozpraszanie Comptona
Zjawisko rozpraszania wysokoenergetycznego promieniowania elektromagnetycznego na swobodnych lub sªabo zwi¡zanych elektronach,
w wyniku którego nast¦puje zwi¦kszenie dªugo±ci fali promieniowania.
E(θ) = (hν0 )2
m0
c2
1 − cosθ
+ hν0 (1 − cosθ)
hν0 - energia fotonu padaj¡cego
m0 c2 - energia spoczynkowa elektronu
9
(0,51MeV)
(2.2)
ROZDZIA 2.
Rysunek 2.3: Rozpraszanie Comptona.
3. Kreacja pary elektron - pozyton
Kreacja par jest to proces powstania pary cz¡stka-antycz¡stka z energii fotonu. Zjawisko to mo»e mie¢ miejsce, je»eli energia kwantu gamma
jest wi¦ksza od sumy energii spoczynkowych elektronu i pozytonu
(1,022 MeV). Nadmiar energii kwantu gamma jest przekazywany powstaªej parze i jest równy sumie ich energii kinetycznych T.
Warunkiem koniecznym kreacji par elektron-pozyton jest obecno±¢
Rysunek 2.4: Kreacja pary elektron - pozyton.
innej cz¡stki (elektronu lub j¡dra), która odbieraj¡c pewn¡ cz¦±¢ p¦du
fotonu zapewnia speªnienie zasad zachowania p¦du i energii.
Ró»ne typy oddziaªywa« promieniowania gamma z materi¡ powoduj¡
powstawanie widma energii o zªo»onym ksztaªcie. W dalszej analizie b¦d¡
nas interesowa¢ przede wszystkim linie widmowe pochodz¡ce z efektu fotoelektrycznego (tzw. fotopiki lub piki absorpcji caªkowitej).
10
2.4.
WALIDACJA
Rysunek 2.5: Widmo promieniowania gamma uzyskane przy pomocy licznika scyntylacyjnego. Zªo»ony ksztaªt widma jest efektem ró»nych typów oddziaªywa« promieniowania gamma z materi¡.
2.3.3 Kontrola jako±ci radiofarmaceutyków metod¡ spektrometrii
gamma
Spektrometria gamma z u»yciem licznika scyntylacyjnego speªnia wszystkie wymagania stawiane szukanej metodzie kontroli jako±ci: zaawansowane
programy komputerowe wraz z zaª¡czon¡ bibliotek¡ nuklidów s¡ w stanie
zidentykowa¢ izotopy na podstawie znalezionych w widmie linii, a kalibracja wydajno±ciowa pozwala na wyznaczenie aktywno±ci bezwzgl¦dnej ka»dego z nich. Co wi¦cej, liczniki scyntylacyjne maj¡ bardzo du»¡ wydajno±¢
(w przypadku u»ywanego w tej pracy detektora ponad 85%), co pozwala
na wykonanie pomiaru w stosunkowo krótkim czasie. Ta cecha odró»nia je
od detektorów póªprzewodnikowych, których u»ywanie co prawda pozwala
na zwi¦kszenie uzyskiwanej rozdzielczo±ci, lecz kosztem wydªu»enia czasu
pomiaru.
2.4 Walidacja
Zgodnie z norm¡ [ISO 8402:1994] walidacja jest to:
11
ROZDZIA 2.
Potwierdzenie przez zbadanie i przedstawienie obiektywnego dowodu, »e zostaªy speªnione szczególne wymagania dotycz¡ce okre±lonego zastosowania.
Walidacja metody to proces ustalania charakterystyki sprawno±ci dziaªania
i ogranicze« metody oraz identykacji czynników, które mog¡ zmieni¢ t¦
charakterystyk¦, oraz zakres tych zmian: jakie parametry mo»na oznacza¢
t¡ metod¡ i w jakich warunkach, w obecno±ci jakich czynników zakªócaj¡cych; jaki poziom precyzji i dokªadno±ci mo»na osi¡gn¡¢ w tych warunkach.
Równocze±nie mo»e to by¢ proces sprawdzania, czy metoda jest przydatna
do okre±lonych celów, tj. czy mo»na ja zastosowa¢ do rozwi¡zania okre±lonego problemu.
2.4.1 Dokªadno±¢
Dokªadno±¢ wyra»a blisko±¢ wyniku w porównaniu do warto±ci prawdziwej: jest to stopie« zgodno±ci mi¦dzy wynikiem badania a przyj¦t¡ warto±ci¡
odniesienia (ISO 3534-1). Walidacja metody poszukuje ilo±ciowego okre±lenia dokªadno±ci wyników za pomoc¡ oszacowania bª¦dów systematycznych,
jak i przypadkowych czynników wpªywaj¡cych na wyniki. Dokªadno±¢ wi¦c
obejmuje zazwyczaj dwa skªadniki: poprawno±¢ (bª¡d systematyczny) oraz
precyzj¦ (odchylenie standardowe serii pomiarów).
Dokªadno±¢
= poprawno±¢ + precyzja
(2.3)
2.4.2 Poprawno±¢
Poprawno±¢ metody wyra»a jak blisko warto±ci prawdziwej znajduje si¦
±rednia warto±¢ szeregu wyników, otrzymanych w rezultacie stosowania tej
metody. Warto±¢ prawdziwa, która jest warto±ci¡ odniesienia dla wykonywanego pomiaru musi by¢ idealnie spójna pomiarowo z mi¦dzynarodowymi
wzorcami. Powszechnie przyjmuje si¦, »e takimi warto±ciami s¡ certykowane materiaªy odniesienia. Poprawno±¢ wyra»a si¦ najcz¦±ciej poprzez bª¡d
systematyczny. Poprawno±¢ szacujemy wi¦c wzgl¦dem warto±ci odniesienia.
2.4.3 Precyzja
Precyzja jest miar¡ blisko±ci wyników wzgl¦dem siebie i zazwyczaj jest
okre±lana przez odchylenie standardowe, które okre±la rozrzut wyników.
Jednak precyzj¦ mo»emy oznacza¢ w specycznych warunkach, które w praktyce mog¡ si¦ od siebie ró»ni¢. Przy walidacji metody wyró»niamy wi¦c ró»ne
12
2.4.
WALIDACJA
rodzaje analizy, dla których wyznaczamy odchylenie standardowe: powtarzalno±¢, odtwarzalno±¢ i precyzj¦ po±redni¡.

Powtarzalno±¢
W przypadku powtarzalno±ci odchylenie standardowe wyznaczamy na podstawie serii pomiarów wykonanych przez tego samego analityka, w tym samym laboratorium, w krótkim czasie.

Odtwarzalno±¢
Wykonuj¡c pomiar odtwarzalno±ci wyznaczamy odchylenie standardowe na
podstawie serii pomiarów wykonanych przez ró»nych analityków, z ró»nym
wyposa»eniem, w ró»nych laboratoriach na przestrzeni dªugiego czasu. Wykonywanie pomiaru przez kilka laboratoriów w celu porównania czasem
przysparza problemów. Gdy dane laboratorium jako pierwsze wdra»a now¡
metod¦ porównanie takie jest niemo»liwe. Wspóªcze±nie wi¦c cz¦sto stosuje
si¦ na jej miejsce trzeci typ precyzji, czyli tzw. precyzj¦ po±redni¡.

Precyzja po±rednia
Jest to odchylenie standardowe wyliczane na podstawie serii pomiarów wykonywanych przez ró»nych analityków, na przestrzeni dªugiego czasu oraz,
je±li to mo»liwe, na ró»nym wyposa»eniu, natomiast w tym samym laboratorium.
2.4.4 Liniowo±¢
Liniowo±¢ metody analitycznej to zdolno±¢ do uzyskiwania wyników badan, które s¡ bezpo±rednio, albo dzi¦ki dobrze zdeniowanym przeksztaªceniom matematycznym, proporcjonalne do st¦»e« analitów w próbce w
danym zakresie. Liniowo±¢ przedstawia si¦ gracznie jako funkcje sygnaªu
wzgl¦dem st¦»enia analitu.
∑N
a=
y - sygnaª,
x - st¦»enie,
a, b - wspóªczynniki
y = ax + b
i−1 (xi − x)(yi −
∑N
2
1 (xi − x)
prostej.
13
y)
(2.4)
, b = y − ax
(2.5)
ROZDZIA 2.
Z liniowo±ci¡ wi¡»e si¦ te» bezpo±rednio poj¦cie czuªo±ci. Czuªo±¢ jest to
ró»nica st¦»enia oznaczanego skªadnika odpowiadaj¡ca najmniejszej ró»nicy
odpowiedzi jaka mo»na wykry¢. Miar¡ czuªo±ci metody jest wspóªczynnik
nachylenia krzywej wzorcowania a.
2.4.5 Granica wykrywalno±ci
Z ang. Limit of Detection (LD, LoD), oznacza najmniejsz¡ mo»liw¡ zawarto±¢, któr¡ mo»na zmierzy¢ z rozs¡dn¡ pewno±ci¡ statystyczn¡ - najni»sze st¦»enie analitu w próbce, które mo»na wykry¢, ale niekoniecznie okre±li¢
ilo±ciowo, w ustalonych warunkach badania.
2.4.6 Granica oznaczalno±ci
Zwana równie» granic¡ oznaczenia ilo±ciowego, z ang. Limit of Quantitation (LQ, LoQ). Jest to najmniejsze st¦»enie analitu, które mo»na oznaczy¢ z dokªadno±ci¡ w ustalonych warunkach badania.
14
Rozdziaª 3
Metodyka pomiaru
We wszystkich wykonywanych analizach do obróbki danych u»ywano
oprogramowania Genie 2000 Gamma Analysis Software. Jest to zestaw narz¦dzi sªu»¡cych do analizy widm promieniowania gamma pochodz¡cych z
dowolnego rodzaju detektora.
Rysunek 3.1: Okno programu.
15
ROZDZIA 3.
METODYKA POMIARU
3.1 Pomiary kalibracyjne
Aby wykona¢ rzetelny pomiar kalibracyjny niezb¦dne jest certykowane
¹ródªo promieniowania o okre±lonej geometrii wraz z odpowiednimi danymi.
Parametry ¹ródªa certykowanego (rozmiary geometryczne, g¦sto±¢ materiaªu, skªad chemiczny materiaªu, sumaryczna aktywno±¢) powinny by¢ zbli»one do parametrów mierzonej próbki. Na podstawie informacji zawartych
w certykacie ¹ródªa tworzymy plik certykowany, b¦d¡cy podstaw¡ procesu kalibracji energetycznej i wydajno±ciowej. Wyniki kalibracji mo»emy
zapisa¢ w pliku kalibracyjnym.
3.1.1 Pliki certykowane
Proces kalibracji zarówno energetycznej jak i wydajno±ciowej wymaga
uprzedniego przygotowania pliku certykowanego. Pliki takie tworzy si¦
za pomoc¡ programu
Certicate File Editor,
zazwyczaj opieraj¡c si¦ na
dostarczonej z oprogramowaniem peªnej bazie radionuklidów wraz z ich charakterystyk¡. Plik certykowany zawiera podstawowe informacje o danym
¹ródle: rodzaj nuklidu promieniotwórczego (wraz z liniami widmowymi oraz
prawdopodobie«stwem ich wyst¡pienia), czas poªowicznego rozpadu tego
nuklidu, jego aktywno±¢ wraz z niepewno±ci¡ pomiaru, oraz dat¦ wykonania pomiaru tej aktywno±ci.
3.1.2 Kalibracja energetyczna
Kalibracja energetyczna polega na przypisaniu poszczególnym kanaªom
odpowiednich warto±ci energii, co umo»liwia analiz¦ jako±ciow¡ poprzez zlokalizowanie pików na skali energetycznej. Zwykle jest to zale»no±¢ liniowa
(czasem mo»e by¢ krzyw¡ drugiego stopnia) w postaci:
E[keV ] = a · canal + b
(3.1)
a, b staªe kalibracji,
canal numer kanaªu
Kalibracj¦ energetyczn¡ mo»na przeprowadzi¢ na wiele sposobów: przez
wybranie z bazy konkretnych radionuklidów obecnych w preparacie (
By
nuclide list ), na podstawie pliku certykowanego By certicate le ) lub te»
wskazuj¡c konkretne kanaªy oraz przyporz¡dkowuj¡c im wybran¡ energi¦
(
By Entry...).
Rekomendowane jest u»ycie plików certykowanych. Sama
16
3.1.
POMIARY KALIBRACYJNE
kalibracja polega na wskazaniu (r¦cznie, lub rzadziej: automatycznie, wykorzystuj¡c funkcje programu) konkretnych kanaªów, gdzie wyst¦puj¡ maksima wybranych pików i dopasowaniu ich do listy dost¦pnych pików energetycznych. Ka»de przyporz¡dkowanie dodaje jeden punkt do wykresu kalibracyjnego.
3.1.3 Kalibracja wydajno±ciowa
Kalibracja wydajno±ciowa podaje zale»no±¢ wydajno±ci detektora od energii, czyli numeru kanaªu (co umo»liwia analiz¦ ilo±ciow¡ okre±lenie aktywno±ci danego izotopu w próbce). Wydajno±¢ danego izotopu detektora
mo»na wi¦c obliczy¢ wedªug równania:
ϵ(E) =
S
T ·P ·A
(3.2)
S liczba zlicze« dla danej energii E,
T czas pomiaru,
P wydajno±¢ emisji promieniowania o danej energii przypadaj¡ca na jeden
rozpad (warto±¢ tabelaryczna),
A aktywno±¢ ¹ródªa.
Informacje na temat wydajno±ci emisji, jak i aktywno±ci ¹ródªa znajduj¡
si¦ w plikach certykowanych, dlatego te» u»ycie tych plików jest tym razem niezb¦dne. Program na podstawie danych zawartych w pliku wylicza
aktywno±¢ badanego ¹ródªa w dniu pomiaru, a nast¦pnie korzystaj¡c z pozostaªych informacji dla ka»dej linii widmowej dodaje punkt na wykresie
kalibracyjnym.
3.1.4 Plik kalibracyjny
Plik ten mo»e zawiera¢ informacje na temat kalibracji energetycznej, lub
zarówno energetycznej jak i wydajno±ciowej. Do wykresów kalibracyjnych
(na których opiera si¦ kalibracja) mo»emy dodawa¢ punkty pochodz¡ce z
ró»nych pomiarów, a kalibracja wydajno±ciowa i energetyczna mog¡ by¢ od
siebie caªkowicie niezale»ne (na przykªad wykonywane na podstawie ró»nych
¹ródeª certykowanych). Dane zapisane w pliku kalibracyjnym mo»emy nast¦pnie wykorzystywa¢ do skalibrowania dowolnego pomiaru widma.
17
ROZDZIA 3.
METODYKA POMIARU
3.2 Pomiar tªa
Promieniowanie tªa jest to promieniowanie pochodz¡ce z innych ¹ródeª
ni» promieniowanie mierzone. Promieniowanie to mo»e pochodzi¢ z naturalnych nuklidów promieniotwórczych wyst¦puj¡cych w otaczaj¡cym nas ±ro40
dowisku (takich jak
K lub Radon) lub te» z kosmosu (tzw. promieniowanie
kosmiczne).
Promieniowanie tªa zakªóca wykonywane przez nas pomiary mierzonych
¹ródeª. By oddzieli¢ promieniowanie nie zwi¡zane z badanymi ¹ródªami wykonuje tzw. pomiar promieniowania tªa, nazywany w skrócie pomiarem tªa.
Pomiar taki wykonuje si¦ bez umieszczenia próbki we wn¦trzu detektora.
Nast¦pnie, ju» w trakcie analizy ¹ródeª mierzonych, odejmujemy odpowiednio znormalizowane w czasie widmo promieniowania tªa od widma ¹ródeª
mierzonych, eliminuj¡c w ten sposób czynnik pochodz¡cy z zewn¡trz.
W programie pomiar tªa wykonywany jest w ten sam sposób jak ka»dy
inny pomiar widma. Przed zapisaniem pomiaru tªa nale»y u»y¢ algorytmów
oprogramowania do lokalizacji pików oraz okre±lenia ich szeroko±ci. Wyniki
pochodz¡ce z dwudniowego pomiaru widma wykonanego w rodowiskowym
Laboratorium Ci¦»kich Jonów przedstawione s¡ na wykresie 3.2.
Rysunek 3.2: Tªo promieniowania gamma.
18
3.3.
BIBLIOTEKA NUKLIDÓW
3.3 Biblioteka nuklidów
U»ywane w tej pracy oprogramowanie Genie 2000 do identykacji nuklidów potrzebuje uprzednio przygotowanej biblioteki. W pliku biblioteki
znajduj¡ si¦ informacje o nazwie danego nuklidu, okresie poªowicznego rozpadu, energii poszczególnych pików, oraz prawdopodobie«stwie zarejestrowania cz¡stki o danej energii (prawdopodobie«stwie wyst¡pienia poszczególnych linii energetycznych). Przed przyst¡pieniem do identykacji nuklidów nale»y stworzy¢ plik, w którym wyszczególnione zostan¡ izotopy, które
mog¡ znajdowa¢ si¦ w danej próbce. Do tego celu u»ywa si¦ programu
lide Library Editor (rys.
Nuc-
3.3). W trakcie normalnej pracy program b¦dzie
próbowaª dopasowywa¢ do zebranych danych tylko te nuklidy które znajduj¡ si¦ w bibliotece.
Rysunek 3.3: Okno edytora biblioteki nuklidów.
3.4 Analiza widma
Analiza widma promieniowania gamma, po odpowiedniej kalibracji, opiera
si¦ przede wszystkim na wykonaniu sekwencji czynno±ci:
1.
Peak Location
- lokalizacja pików przez wyszukiwanie maksimów na
podstawie algorytmów oprogramowania
2.
Peak Area
- okre±lenie szeroko±ci ka»dego z pików
19
ROZDZIA 3.
3.
Background Subtraction
METODYKA POMIARU
- algorytm sªu»¡cy do odj¦cia uprzednio przy-
gotowanego pomiaru tªa od badanego widma. Dªugo±¢ pomiaru tªa
oraz badanego pomiaru nie musza by¢ takie same, wszystko jest odpowiednio przeliczane.
4.
Nuclide Identication
- algorytm pozwalaj¡cy na identykacje wyst¦-
puj¡cych w próbce nuklidów na podstawie zaªadowanej biblioteki nuklidów.
Po wykonaniu tej sekwencji program generuje raport z informacjami na
temat zarejestrowanych pików oraz zidentykowanych nuklidów, wraz z ich
aktywno±ciami.
3.5 Generowanie raportów
W trakcie identykacji nuklidów w próbce pracy program Genie 2000
generuje raporty zawieraj¡ce szereg informacji:
1.
Nazwa
2.
Poziom ufno±ci, Nuclide Id Condence. Prawdopodobie«stwo, »e dany
zidentykowanego nuklidu.
nuklid zostaª zidentykowany poprawnie.
3.
rednia aktywno±¢
4.
Niepewno±¢ aktywno±ci
wyra»ona w kBq.
5.
Kanaª centralny
niepewno±ci¡
powiadaj¡c¡ im
6.
wyra»ona w kBq.
wraz z
energi¦
zlokalizowanych pików, oraz od-
wyra»on¡ w keV.
Energia i wielko±ci pików niezidentykowanych.
Ponadto na podstawie danych zebranych ze statystyk widma mo»emy
uzyska¢:
7.
Caªkowit¡ liczb¦ zlicze«.
8.
Liczb¦ zlicze«
dla pojedynczych kanaªów lub linii (zakresów kanaªów)
wyst¦puj¡cych w widmie.
9.
Czas martwy
wyra»ony w procentach.
Nuklid jest identykowany w danej próbce gdy wszystkie linie znajduj¡ce
si¦ w danej bibliotece zostan¡ zidentykowane z odpowiedni¡ dokªadno±ci¡.
Zakres tolerancji (zarówno energetycznej, jak i wydajno±ciowej) mo»e zosta¢
ustalony przez u»ytkownika.
20
Rozdziaª 4
Pomiary
4.1 Dane pomiarowe
4.1.1 ródªa
W czasie wykonywania pomiarów dost¦pne byªy trzy ¹ródªa certykowane w zakresie interesuj¡cych nas aktywno±ci. Zestawienie danych dotycz¡cych tych ¹ródeª znajduje si¦ w tab. 4.1.
ródªo
22 Na
137 Cs
152 Eu
Aktywno±¢
obecnie
[kBq]
2,1 ± 0,1
4,0 ± 0,1
11,5 ± 0,1
Aktywno±¢ w dniu
wzorcowania
[kBq]
119,3 ± 5,7
4,2 ± 0,1
35,5 ± 0,2
Data wykonania
wzorcowania
Okres
póªrozpadu
25-07-1994
21-11-2007
15-03-1998
2,6 lat
30,02 lat
13,54 lat
Tablica 4.1: Rodzaje stosowanych ¹ródeª.
ródªem wykorzystywanym do pomiarów najcz¦±ciej byªo ¹ródªo sodu
22
Na, ze wzgl¦du na charakter rozpadu ¹ródªa (beta plus). Dla tego izotopu
obserwowana jest wi¦c linia energetyczna 511 keV charakterystyczna dla
radiofarmaceutyków u»ywanych w tomograi emisyjnej.
4.1.2 Kalibracje
Kalibracja energetyczna
Wszystkie kalibracje energetyczne wykonywano na podstawie siedmiu li152
nii
Eu: 121,8 keV, 244,7 keV, 344,3 keV, 778,9 keV, 964,01 keV, 1085,8
keV, oraz 1408 keV (patrz rys. 4.1).
21
ROZDZIA 4.
POMIARY
Rysunek 4.1: Kalibracja energetyczna.
Je±li nie wyszczególniono inaczej, wykorzystywan¡ kalibracj¡ jest kalibracja otrzymana na podstawie wyników pochodz¡cych z sze±ciogodzinnego
pomiaru z 24 listopada 2009.
Kalibracja wydajno±ciowa
152
Z powodu znacznego czasu martwego przy pomiarach
Eu do kalibracji
22
137
wydajno±ciowej wykorzystano ¹ródªa
Na oraz
Cs. Na podstawie trzech
linii otrzymano trzy punkty do kalibracji (patrz rys. 4.2).
Rysunek 4.2: Kalibracja wydajno±ciowa.
Standardow¡ kalibracj¡ wydajno±ciow¡ wykorzystywan¡ przy wszystkich pomiarach jest kalibracja oparta na podstawie sze±ciogodzinnych po137
22
miarów:
Cs (z dnia 24 listopada 2009) oraz
Na (z dnia 23 listopada
2009).
22
4.2.
WALIDACJA
4.1.3 Biblioteka nuklidów
Standardow¡ bibliotek¡ u»ywan¡ w tej pracy przy wszystkich pomiarach
22
60
137
jest biblioteka zawieraj¡ca dane dotycz¡ce 4 izotopów:
Na,
Co,
Cs
152
oraz
Eu. Zostaªy równie» wykonane pomiary badaj¡ce wpªyw wielko±ci
biblioteki nuklidów na zdolno±ci identykacyjne programu (wyniki w sekcji
4.5).
4.2 Walidacja
4.2.1 Poprawno±¢
Pomiar
By zbada¢ poprawno±¢ metody wykonano po pi¦¢ pomiarów w trzech
niezale»nych seriach dla trzech ró»nych ¹ródeª. Wyniki przedstawiono w
22
137
152
tabelach 4.2 dla
Na, 4.3 dla
Cs oraz 4.4 dla
Eu.
Kalibracja
W przypadku pomiarów
22
Na oraz
137
Cs do wszystkich oblicze« u»ywano
152
kalibracji standardowej z 24-11-2009. Dla pomiarów 2, 3 oraz 4 dla
Eu
u»yto kalibracji jednogodzinnej z tego samego dnia co pomiar, gdy» przy
u»yciu kalibracji standardowej nuklid nie byª rozpoznawany.
Wyniki
Wszystkie izotopy zostaªy zidentykowane poprawnie.
Nr pomiaru
Nr serii
1
2
3
4
5
Seria I
Seria I
Seria II
Seria II
Seria III
Warto±¢ ±rednia
Odchylenie standardowe
Aktywno±¢
[kBq]
2,38 ± 0,03
2,37 ± 0,03
2,31 ± 0,03
2,31 ± 0,03
2,24 ± 0,03
2,32
0,05
Tablica 4.2: Pi¦¢ pomiarów aktywno±ci ¹ródªa 22 Na w trzech niezale»nych seriach
pomiarowych.
23
ROZDZIA 4.
Nr pomiaru
Nr serii
1
2
3
4
5
Seria I
Seria I
Seria II
Seria II
Seria III
Warto±¢ ±rednia
POMIARY
Aktywno±¢
[kBq]
4,07 ± 0,09
4,07 ± 0,09
3,94 ± 0,09
3,96 ± 0,09
4,05 ± 0,09
4,02
0,06
Tablica 4.3: Pi¦¢ pomiarów aktywno±ci ¹ródªa 137 Cs w trzech niezale»nych seriach
pomiarowych.
Nr pomiaru
Nr serii
1
2
3
4
5
Seria I
Seria I
Seria II
Seria III
Seria III
Warto±¢ ±rednia
Aktywno±¢
[kBq]
12,97 ± 0,20
12,56 ± 0,19
13,11 ± 0,21
12,62 ± 0,20
12,99 ± 0,20
12,85
0,24
Tablica 4.4: Pi¦¢ pomiarów aktywno±ci ¹ródªa 152 Eu w trzech niezale»nych seriach
pomiarowych.
Opracowanie wyników
Zgodnie z denicj¡ z punktu 2.4.2, by zbada¢ poprawno±¢ metody wyznaczamy bª¡d systematyczny:
∆A = 2, 32kBq − 2, 05kBq = 0, 27kBq

22

137
Cs:
∆A = 4, 02kBq − 4, 01kBq = 0, 01kBq

152
Eu:
∆A = 12, 85kBq−11, 51kBq = 1, 34kBq
Na:
12% wart. prawdziwej
0,2% wart. prawdziwej
12% wart. prawdziwej
Z powodu braku wyszczególnionych informacji o niepewno±ci wyznaczenia
22
aktywno±ci certykowanego ¹ródªa
Na, parametr ten przyjmiemy jako 5%
warto±ci pocz¡tkowej, w wyniku czego uzyskamy niepewno±¢ 5,67 kBq. ródªo ma ponad 15 lat, wi¦c okres poªowicznego rozpadu zostaª przekroczony
pi¦ciokrotnie. Po takim czasie niepewno±¢ pierwotnego pomiaru mo»e zmieni¢ warto±¢ aktywno±ci o wielko±¢ rz¦du 0,1 kBq.
24
4.2.
WALIDACJA
ródªo
137
Cs jest ¹ródªem najnowszym (2007 rok), a niepewno±¢ wyzna-
czenia aktywno±ci na podstawie certykatu wynosi 0,1 kBq. Wyliczony bª¡d
systematyczny 0,01 kBq mo»e wynika¢ z niepewno±ci wyznaczenia warto±ci
teoretycznej na podstawie informacji o ¹ródle certykowanym. Wynik wi¦c
mie±ci si¦ w dopuszczalnym zakresie.
W przypadku ¹ródªa
152
Eu 5%-owa niepewno±¢ pomiaru wykonywanego
w trakcie wystawiania certykatu wynosi 0,21 kBq. Po dwudziestu dwóch
latach niepewno±¢ ta maleje do 0,07 kBq.
Na podstawie uzyskanych wyników mo»emy stwierdzi¢, »e ró»nica mi¦dzy
warto±ci¡ prawdziw¡ a zmierzon¡ dla badanej metody nie przekracza 12%.
Liniowo±¢
W przypadku pomiaru liniowo±ci bada si¦ zale»no±¢ otrzymywanego sygnaªu (odpowiedzi) w zale»no±ci od st¦»enia (patrz punkt 2.4.4). W naszym
przypadku obie te wielko±ci jest to aktywno±¢ caªkowita wyra»ona w rozpadach na sekund¦ - pierwsza: umownie prawdziwa, reprezentuj¡ca st¦»enie,
oraz druga: uzyskana poprzez zastosowanie badanej metody, reprezentuj¡ca
sygnaª.
Dane przedstawiono na wykresie 4.3.
Rysunek 4.3: Aktywno±¢ zmierzona jako funkcja aktywno±ci umownie prawdziwej.
Spodziewamy si¦, »e wyniki b¦d¡ ukªada¢ si¦ na linii prostej: aktywno±¢
zmierzona jest warto±ci¡ wprost proporcjonaln¡ do aktywno±ci umownie
prawdziwej. Uzyskane wyniki s¡ wi¦c zgodne z przewidywaniami. Czuªo±¢
metody (wspóªczynnik nachylenia prostej) wynosi 1,13±0,05.
25
ROZDZIA 4.
POMIARY
4.2.2 Precyzja
Powtarzalno±¢
Wykonano seri¦ 6 pomiarów aktywno±ci tej samej próbki. Zgodnie z denicj¡ precyzji (patrz punkt 2.4.3) pomiary wykonano przez jednego laboranta (MJ), w jednej serii pomiarowej. Wszystkie izotopy zostaªy zidentykowane poprawnie. Wyniki przedstawiono w tabeli 4.5.
Nr pomiaru
1
2
3
4
5
6
Warto±¢ ±rednia
Tablica 4.5: Pomiar precyzji
22 Na
Aktywno±¢
[kBq]
2,31 ± 0,03
2,33 ± 0,03
2,31 ± 0,03
2,32 ± 0,03
2,32 ± 0,03
2,32 ± 0,03
2,317
0,009
przez laboranta MJ.
Precyzja po±rednia
Wykonano dwie serie po 6 pomiarów, wykonanych jeden po drugim, przez
dwóch ró»nych laborantów (KK, MW). Wyniki zestawiono w tabelach
oraz 4.7.
Nr pomiaru
1
2
3
4
5
6
Warto±¢ ±rednia
26
22 Na
Aktywno±¢
[kBq]
2,24 ± 0,03
2,25 ± 0,03
2,23 ± 0,03
2,24 ± 0,03
2,23 ± 0,03
2,27 ± 0,03
2,244
0,014
przez laboranta KK.
4.6
4.2.
WALIDACJA
Nr pomiaru
1
2
3
4
5
6
Warto±¢ ±rednia
22 Na
Aktywno±¢
[kBq]
2,26 ± 0,03
2,25 ± 0,03
2,25 ± 0,03
2,29 ± 0,03
2,30 ± 0,03
2,30 ± 0,03
2,275
0,023
przez laboranta MW.
Opracowanie wyników
Zgodnie z denicj¡ z punktu 2.4.3, by zbada¢ precyzj¦ wyznaczmy od22
chylenie standardowe: dla pomiaru
Na wykonanego przez laboranta MJ,
σ wynosiªo 0,009 kBq, natomiast wzgl¦dne odchyCV = σx = 0,004. W przypadku laboranta KK wielko±ci
odchylenie standardowe
lenie standardowe
te wynosiªy odpowiednio 0,014 oraz 0,006, oraz dla laboranta MW 0,023
oraz 0,010.

Laborant MJ:
σ = 0, 009kBq ,
CV = 0,4%

Laborant KK:
σ = 0, 014kBq ,
CV = 0,6%

Laborant MW:
σ = 0, 023kBq ,
CV = 1%
Kryterium akceptacji metody: wzgl¦dne odchylenie standardowe skªadnika
CV gªównego nie powinno przekracza¢ 3%. W naszym przypadku CV nie
przekracza 1%.
Powtarzalno±¢ pomiaru
22
Na wyznaczona na podstawie pomiaru wyko-
nanego przez laboranta MJ wynosiªa 0,4%, natomiast precyzja po±rednia
wyznaczona na podstawie wszystkich pomiarów 0,7%.
4.2.3 Granica wykrywalno±ci i oznaczalno±ci
By okre±li¢ granic¦ wykrywalno±ci oraz oznaczalno±ci zostaªo wykonanych dziesi¦¢ pomiarów próbek ±lepych. Pomiary zestawiono w tabeli
4.8.
Dalsza analiza opiera si¦ na sumie liczby zlicze« wszystkich kanaªów wyznaczonej dla ka»dego z pomiarów.
Wykonany pomiar tªa trwaª ponad dwa dni, a ±rednia aktywno±¢ tªa
wynosiªa 8,44 Bq.
27
ROZDZIA 4.
Nr próbki
Aktywno±¢
[Bq]
1
8,35
2
8,52
3
8,45
4
8,51
5
8,51
6
8,51
7
8,42
8
8,66
9
8,64
10
8,69
Warto±¢ ±rednia
POMIARY
Aktywno±¢
po odj¦ciu tªa
[Bq]
0,09
0,08
0,01
0,07
0,06
0,07
0,02
0,21
0,19
0,25
0,11
0,08
Tablica 4.8: Pomiar próbek ±lepych.
Granica wykrywalno±ci
Granic¦ wykrywalno±ci obliczamy ze wzoru 4.1:
DL′ = x + 3σ = 0, 36Bq
(4.1)
Jest to minimalna zarejestrowana aktywno±¢. By obliczy¢ bezwzgl¦dn¡ aktywno±¢ ¹ródªa, nale»y wprowadzi¢ szereg poprawek:
DL′ =
1
Ω
(x + 3σ) ·
4π
η
(4.2)
Ω
- uªamek k¡ta peªnego, zale»¡cy od geometrii detektora (w przypadku
4π
u»ywanego w tej pracy detektora krysztaª ma ksztaªt koªa o promieniu
3 cali, a próbka znajduje si¦ 3 mm nad ±rodkiem krysztaªu:
Ω
wi¦c
= 2, 02).
4π
η
Ω = 6, 23,
- wydajno±¢ detektora (η =85%)
Ostatecznie:
1
= 0, 84Bq
DL = 2, 02 · 0, 36 85%
Granica oznaczalno±ci
Granic¦ oznaczalno±ci obliczamy ze wzoru 4.3
QL′ = x + 10σ = 0, 94Bq
28
(4.3)
4.2.
WALIDACJA
Ostatecznie, po uwzgl¦dnieniu niezb¦dnych poprawek (takich samych jak
dla granicy wykrywalno±ci):
QL =
Ω
1
(x + 10σ) ·
4π
η
QL = 2, 02 · 0, 94 ·
1
85%
(4.4)
= 2, 23Bq
4.2.4 Dokªadno±¢
Dokªadno±¢ danej metody wyznaczamy na podstawie wzoru 2.3:
Dokªadno±¢
= Poprawno±¢ + Precyzja = 12% + 0, 4% = 12, 4%
4.2.5 Geometria pomiaru
Standardowo ¹ródªo punktowe umieszcza si¦ na ±rodku koªa wyznaczonego przez gªówny cylinder detektora, zaledwie trzy milimetry nad samym
krysztaªem. Jest to pozycja oznaczona w dalszych pomiarach jako ±rodek. Przeprowadzone pomiary miaªy na celu sprawdzenie, czy umieszczenie
próbki w innym miejscu (wynikaj¡ce np. z bª¦du laboranta) powoduje zauwa»aln¡ ró»nic¦ w otrzymanych wynikach. Wyniki przedstawiono w tabeli
4.9, kolejne poªo»enia próbek na detektorze pokazano na rys. 4.4.
Rysunek 4.4: Poªo»enie próbek. Z lewej: rzut z góry. Z prawej: rzut z boku.
Zaobserwowano wyra¹ny wpªyw sposobu umieszczenia próbki na uzyskane wyniki, w szczególno±ci zmian¦ zarejestrowanej aktywno±ci ¹ródªa.
Im próbka znajdowaªa si¦ dalej od centrum krysztaªu, tym aktywno±¢ byªa
mniejsza. Mimo niewielkiej odlegªo±ci ¹ródªa od krysztaªu oddalenie próbki
od jego centrum zasadniczo zmieniaªo wyniki pomiarów aktywno±ci. W przypadku umieszczenia próbki we wn¦ce przeznaczonej do badania próbek cie-
29
ROZDZIA 4.
Nr
Poªo»enie
1
2
3
4
5
6
7
8
rodek
W poªowie
Bok 1
Bok 2
Bok 3
Bok 4
Na dole
Na dole 2
Aktywno±¢
[kBq]
2,26 ± 0,03
1,95 ± 0,03
1,80 ± 0,03
1,69 ± 0,02
1,67 ± 0,02
1,52 ± 0,02
1,58 ± 0,02
1,51 ± 0,02
Linia 511 keV
[keV]
512 ± 7
511 ± 8
512 ± 8
512 ± 8
512 ± 8
513 ± 8
506 ± 8
501 ± 9
POMIARY
Linia 1274 keV
[keV]
1260 ± 24
1255 ± 24
1260 ± 24
1260 ± 24
1258 ± 24
1263 ± 25
1243 ± 24
1231 ± 24
Tablica 4.9: Pomiary dla wybranych ustawie« próbki.
kªych zauwa»ono równie» wyra¹ne przesuni¦cie energetyczne obserwowanych pików.
4.3 Identykacja nieznanego ¹ródªa
Skuteczno±¢ identykacji izotopów promieniotwórczych oraz pomiaru ich
aktywno±ci przetestowano na kilku nieznanych ¹ródªach. Ponadto na podstawie uzyskanych wyników sprawdzono wiarygodno±¢ algorytmów oprogramowania w zale»no±ci od ilo±ci nuklidów w przygotowanej bibliotece oraz
od dnia wykonania kalibracji.
U»ywane ¹ródªa
Przy pomiarach maj¡cych na celu sprawdzenie skuteczno±ci identykacji
nuklidu prócz ¹ródeª standardowych (kalibracyjnych) opisanych w sekcji
60
4.1.1 u»ywano równie» niecertykowanych ¹ródeª kobaltu
Co oraz cezu
137
Cs.
Nieznane ¹ródªo 1 -
137
Cs, 60 Co
137
W pierwszej próbce umieszczono punktowe ¹ródªa cezu
Cs oraz ko60
baltu
Co. Do poprawnej identykacji wystarczyªa kalibracja standardowa.
Niezale»nie od u»ywanej biblioteki wyniki identykacji zawsze byªy poprawne oba izotopy. Wyniki przedstawiono w tabeli 4.10
Nieznane ¹ródªo 2 - 60 Co, 22 Na,
137
Cs
60
137
W drugiej próbce umieszczono trzy ¹ródªa: kobaltu
Co, cezu
Cs oraz
22
sodu
Na. U»ycie standardowej kalibracji prowadziªo do identykacji jedy-
30
4.3.
IDENTYFIKACJA NIEZNANEGO RÓDA
Nr pomiaru
Nuklid
1
2
60 Co
137 Cs
Sopie«
ufno±ci
0,960
0,998
Aktywno±¢
[kBq]
0,65
2,01
Niepewno±¢
[kBq]
0,01
0,05
Tablica 4.10: Identykacja nieznanego ¹ródªa 1:
60 Co, 137 Cs.
nie cezu oraz sodu. Cz¦±¢ pików pozostaªo niezidentykowanych. Dopiero
u»ycie kalibracji z tego samego dnia pozwoliªo uzyska¢ po»¡dany wynik,
który zawarto w tabeli 4.11. Niezale»nie od u»ywanej biblioteki uzyskiwano
te same warto±ci.
Nr pomiaru
Nuklid
1
2
3
22 Na
Stopie«
ufno±ci
0,999
0,927
1,000
60 Co
137 Cs
Aktywno±¢
[kBq]
2,33 ± 0,04
0,42 ± 0,01
3,32 ± 0,08
Nieznane ¹ródªo 3 - 22 Na, 60 Co,
137
Cs,
152
60 Co, 137 Cs, 22 Na.
Eu
Podstawowa kalibracja pozwoliªa jedynie na identykacje sodu oraz cezu.
Uzyskanie poprawnych wyników zapewniªo u»ycie kalibracji z tego samego
dnia, co pomiar. Uzyskane z t¡ kalibracj¡ wyniki przedstawiono w tabeli
4.12 Pomimo poprawnej identykacji uzyskane wyniki pomiaru aktywno±ci
Nr pomiaru
Nuklid
1
2
3
4
22 Na
60 Co
137 Cs
152 Eu
Stopie«
ufno±ci
0,999
0,827
0,998
0,571
Aktywno±¢
[kBq]
0,91 ± 0,02
1,44 ± 0,04
7,80 ± 0,18
5,57 ± 0,12
60 Co, 137 Cs, 22 Na, 152 Eu.
s¡ niedokªadne: od warto±ci prawdziwych ró»ni¡ si¦ nawet o 100%.
31
ROZDZIA 4.
Nieznane ¹ródªo 4 - 22 Na,
137
POMIARY
Cs
Do poprawnej kalibracji sodu oraz cezu wystarczyªo u»ycie standardowej
kalibracji sze±ciogodzinnej. Te same wyniki uzyskiwano dla ró»nych bibliotek. Wyniki w tabeli 4.14.
Nr pomiaru
Nuklid
1
2
22 Na
137 Cs
Stopie«
ufno±ci
0,987
0,997
Aktywno±¢
[kBq]
2,16 ± 0,03
3,30 ± 0,07
Nieznane ¹ródªo 4 - 22 Na,
137
137 Cs, 22 Na.
Cs
Do poprawnej kalibracji sodu oraz cezu wystarczyªo u»ycie standardowej
kalibracji sze±ciogodzinnej. Te same wyniki uzyskiwano dla ró»nych bibliotek. Wyniki w tabeli 4.14.
Nr pomiaru
Nuklid
1
2
137 Cs
22 Na
Stopie«
ufno±ci
0,987
0,997
Aktywno±¢
[kBq]
2,16 ± 0,03
3,30 ± 0,07
137 Cs, 22 Na.
Wnioski
Testy na sprawno±¢ algorytmów identykacji wypadªy pomy±le: wszystkie nuklidy zostaªy zidentykowane poprawnie.
W przypadku pomiarów aktywno±ci zaobserwowano, »e zwi¦kszenie ilo±ci
izotopów w próbce wpªywa negatywnie na poprawno±¢ wyników. W szcze152
gólno±ci izotopy o wielu liniach energetycznych (
Eu) zaburzaj¡ dokªadno±¢ pomiaru.
4.4 Wpªyw u»ywanej kalibracji
Powszechn¡ praktyk¡ w laboratoriach jest wykonywanie pomiarów kalibracyjnych nie cz¦±ciej, ni» raz na kilka dni. Na podstawie zebranych wyników mo»na stwierdzi¢, »e uzyskiwane wyniki ró»ni¡ si¦ w zale»no±ci od dnia
32
4.5.
WPYW WIELKOCI BIBLIOTEKI NUKLIDÓW
wykonania kalibracji. Nawet bardzo dokªadna kalibracja (na podstawie dªugiego pomiaru widma) wykonywana raz w tygodniu nie daje zadowalaj¡cych
rezultatów. Przykªadowe wyniki zestawiono w tabelach 4.15 oraz 4.16.
Kalibracja
Z tego samego dnia
Standardowa
Zidentykowany
nuklid
137 Cs
137 Cs
Stopie«
ufno±ci
1,000
0,997
Aktywno±¢
[kBq]
3,96 ± 0,09
3,95 ± 0,09
Energia linii 661 keV
[keV]
661 ± 6
655 ± 6
Tablica 4.15: Porównanie kalibracji standardowej oraz kalibracji z tego samego
dnia co pomiar dla 137 Cs.
Kalibracja
Z tego samego dnia
Standardowa
Zidentykowany
nuklid
22 Na
22 Na
Stopie«
ufno±ci
0,998
0,985
Aktywno±¢
[kBq]
2,28 ± 0,03
2,23 ± 0,03
Linia 511 keV
[keV]
513 ± 5
506 ± 5
Tablica 4.16: Porównanie kalibracji standardowej oraz kalibracji z tego samego
dnia co pomiar dla 22 Na.
Ponadto zaobserwowano, »e kalibracja energetyczna wpªywa na wyniki
zmierzonej aktywno±ci ¹ródªa. Aktywno±¢ danego ¹ródªa obliczana jest na
podstawie krzywej wydajno±ciowej dla konkretnych zakresów energii. W przypadku zmiany kalibracji energetycznej energia przyporz¡dkowywana wybranym liniom jest zmieniana, co poci¡ga za sob¡ równie» zmian¦ zmierzonej
aktywno±ci.
4.5 Wpªyw wielko±ci biblioteki nuklidów
Do identykacji nieznanych ¹ródeª zastosowano ró»ne biblioteki nuklidów. Badano, czy zwi¦kszanie ilo±ci zaª¡czonych do biblioteki izotopów
wpªywa na poprawno±¢ identykacji. Stwierdzano, »e dodanie 15 nuklidów
do biblioteki na ogóª nie zmieniaªo wyników pomiaru. Problemy pojawiaªy
si¦, gdy kilka nuklidów miaªo linie widmowe o podobnej energii. W przypadku zaª¡czenia 20 lub wi¦cej nuklidów problemy wyst¦powaªy przy ka»dej
identykacji.
Ponadto w przypadku umieszczenia w bibliotece naturalnych izotopów
40
promieniotwórczych takich jak
K algorytmy odnajdywaªy je niezale»nie
od wielko±ci biblioteki, równocze±nie zaburzaj¡c wyniki mierzonej aktyw-
33
Linia 1274 keV
[keV]
1261± 15
1246± 16
ROZDZIA 4.
POMIARY
no±ci. Zaleca si¦ wi¦c, je±li te izotopy nie s¡ przedmiotem naszego badania,
nie uwzgl¦dnia¢ ich przy tworzeniu biblioteki.
4.6 Czas pomiaru
Wykonano szereg pomiarów o ró»nym czasie trwania. Pomiary te miaªy
na celu okre±lenie wpªywu czasu pomiaru na jego dokªadno±¢. Pomiary prze22
prowadzono dla sodu
Na, w jednej serii, ze wspóln¡ kalibracj¡ wydajno±ciow¡ oraz energetyczn¡. Badano zarówno otrzymywan¡ aktywno±¢ próbki,
22
jak i energi¦ zidentykowanych fotopików
Na. Wyniki przedstawiono z tabeli 4.17 oraz na wykresach 4.5, 4.6 4.7.
Czas
[min]
1
2
5
9
10
15
18
20
25
30
45
60
Linia 511 keV
[keV]
514 ± 13
513 ± 11
513 ± 9
514 ± 8
512 ± 7
513 ± 7
513 ± 6
512 ± 6
513 ± 6
512 ± 6
512 ± 5
512 ± 5
Linia 1274 keV
[keV]
1266 ± 43
1261 ± 36
1262 ± 28
1266 ± 25
1261 ± 24
1262 ± 22
1262 ± 21
1261 ± 20
1262 ± 19
1261 ± 18
1261 ± 16
1261 ± 15
Aktywno±¢
[kBq]
2,11 ± 0,04
2,02 ± 0,03
2,24 ± 0,03
2,35 ± 0,03
2,28 ± 0,03
2,28 ± 0,03
2,26 ± 0,03
2,26 ± 0,03
2,27 ± 0,03
2,29 ± 0,03
2,28 ± 0,03
2,28 ± 0,03
Tablica 4.17: Pomiary dla ró»nych czasów rejestracji widma.
Analizuj¡c wyniki mo»emy stwierdzi¢, »e optymalnym czasem pomiaru
jest 30 minut. Dalsze zwi¦kszanie dªugo±ci czasu pomiaru nie poprawia
w istotny sposób dokªadno±ci pomiaru.
4.7 Temperatura
Zbadano równie» wpªyw temperatury pomieszczenia na otrzymywane
wyniki pomiarów. Pomiary wykonano dla dwóch warto±ci temperatury (ozna◦
czonych jako Ciepªo oraz Zimno) ró»ni¡cych si¦ o okoªo 7 C.
22
Do badania wykorzystano ¹ródªo sodowe ( Na). Ka»dy z pomiarów wykonywano przez 1 godzin¦. Pomiary wykonywano jeden po drugim, z prze-
34
4.7.
TEMPERATURA
Rysunek 4.5: Wyznaczona aktywno±¢ w zale»no±ci od czasu pomiaru.
Rysunek 4.6: Zmierzona energia fotopiku 511 keV w zale»no±ci od czasu pomiaru.
rw¡ potrzebn¡ na zmian¦ temperatury pomieszczenia. Do kalibracji ener152
getycznej u»ywano godzinnego pomiaru
Eu z tego samego dnia. Wyniki
pomiarów zawarto w tabeli 4.18. W tabeli umieszczono równie» dane do22
tycz¡ce energii fotopików zlokalizowanych przez oprogramowanie (dla
Na
energia tych linii widmowych powinna wynosi¢ 511 keV oraz 1274 keV).
Temperatura
Ciepªo
Zimno
Linia 511 keV
[keV]
513 ± 5
513 ± 5
Linia 1274 keV
[keV]
1263 ± 15
1262 ± 15
Aktywno±¢
[Bq]
2,33 ± 0,03
2,33 ± 0,03
Tablica 4.18: Pomiary dla ró»nych temperatur pomieszczenia
Na podstawie uzyskanych danych mo»emy stwierdzi¢, »e panuj¡ca w pomieszczeniu (zewn¦trzna) temperatura nie ma istotnego wpªywu na wyniki
35
ROZDZIA 4.
POMIARY
Rysunek 4.7: Zmierzona energia piku 1275 keV w zale»no±ci od czasu pomiaru.
pomiarów.
Z informacji uzyskanych od producenta detektora wynika, »e uktuacje
temperatury wpªywaj¡ na zmian¦ wyników pomiarów w stopniu zaniedbywalnie maªym w porównaniu ze zmianami wynikaj¡cymi z samoistnych
zmian parametrów urz¡dzenia.
4.8 Wpªyw tªa
Zbadano wpªyw dªugo±ci pomiaru tªa wykorzystywanego w analizie na
22
uzyskiwane wyniki. Wykorzystano pojedynczy pomiar jednogodzinny
Na,
oraz cztery pomiary tªa ró»ni¡ce si¦ czasem trwania pomiaru. Pozostaªe parametry (kalibracj¦, bibliotek¦ nuklidów) pozostawiono bez zmian. Warto±ci
zestawiono w tabeli 4.19
Czas pomiaru
72 h
1h
10 min
1 min
Aktywno±¢
[kBq]
2,37 ± 0,03
2,37 ± 0,03
2,37 ± 0,03
2,37 ± 0,03
Tablica 4.19: Aktywno±¢ 22 Na w zale»no±ci od czasu pomiaru tªa.
Widzimy, »e dla próbki o aktywno±ci rz¦du 2 kBq pomiar tªa nie wpªywa
w sposób znacz¡cy na wynik pomiaru aktywno±ci. Ró»nice pojawiaj¡ si¦
dopiero na czwartym miejscu po przecinku, czyli s¡ dwa rz¦dy wielko±ci
mniejsze ni» niepewno±¢ pomiaru.
36
4.9.
NIEPEWNO POMIARU
4.9 Niepewno±¢ pomiaru
Niepewno±¢ wyznaczenia aktywno±ci byªa podawana przez program.
Niepewno±¢ wyznaczenia energii fotopiku obliczano na podstawie niepewno±ci wyznaczenia kanaªu centralnego danego fotopiku oraz kalibracji
energetycznej danego pomiaru.
∆E = a · ∆canal
(4.5)
a - wspóªczynnik prostej kalibracji,
∆canal - niepewno±¢ zlokalizowanego przez program centralnego kanaªu fotopiku.
Niepewno±¢ identykacji izotopu podawana byªa przez program w postaci stopnia ufno±ci. Badany izotop identykowany byª wi¦c poprawnie
z prawdopodobie«stwem równym danemu stopniowi ufno±ci.
37
Rozdziaª 5
Zako«czenie
5.1 Wyniki walidacji
Parametry metody badawczej
Zostaªy zbadane nast¦puj¡ce parametry metody:
1. Dokªadno±¢: 12,4%

Poprawno±¢: 12%

Precyzja: 0,4%
2. Precyzja po±rednia: 0,7%
3. Granica wykrywalno±ci: 0,84 Bq
4. Granica oznaczalno±ci: 2,23 Bq
5.2 Odporno±¢ metody na dziaªanie czynników wewn¦trznych i zewn¦trznych
Geometria pomiaru
Istotne jest, by ¹ródªo kalibracyjne oraz badana próbka umieszczane byªy
za ka»dym razem dokªadnie w tym samym miejscu krysztaªu detektora.
Zmiana poªo»enia ¹ródªa w sposób znaczny wpªywa na wynik pomiaru jego
aktywno±ci.
39
ROZDZIA 5.
ZAKOCZENIE
Wpªyw kalibracji
Bardzo istotnym parametrem u»ywanej metody jest kalibracja (energetyczna oraz wydajno±ciowa). By uzyska¢ wiarygodne wyniki nale»y wykonywa¢ pomiar kalibracyjny tego samego dnia, którego badana jest dana
próbka. Dopiero wtedy raporty zwracane przez program mog¡ by¢ uznane
za rzetelne i godne zaufania.
Wpªyw biblioteki nuklidów
Ilo±¢ oraz wybór izotopów wchodz¡cych w skªad biblioteki nuklidów jest
istotnym czynnikiem wpªywaj¡cym na wynik pomiaru. Zazwyczaj bezpiecznie mo»emy doª¡czy¢ do kilkunastu nuklidów, aczkolwiek ich wybór zawsze
powinien by¢ przemy±lany. Je±li naturalne izotopy promieniotwórcze nie s¡
przedmiotem wykonywanego badania odradza si¦ te» doª¡czanie ich do biblioteki.
Wpªyw temperatury
Nie stwierdzono wpªywu temperatury panuj¡cej w pomieszczeniu na wynik pomiaru.
Wpªyw dªugo±ci pomiaru tªa
Ju» dla próbek o aktywno±ci rz¦du 1 kBq dokªadno±¢ pomiaru tªa nie
wpªywa na wyniki pomiarów.
5.3 Dokumentacja
Opracowano Standardow¡ Procedur¦ Operacyjn¡ (SOP) maj¡cej na celu
ustanowienie jednolitej procedury pomiaru caªkowitej aktywno±ci zadanej
próbki oraz identykacji wyst¦puj¡cych w niej radionuklidów przy u»yciu
spektrometru gamma rmy Canberra Industries. Stworzona procedura jasno
okre±la instrukcje dziaªania personelu wykonuj¡cego pomiar, zapewniaj¡c
powtarzalno±¢ wyników oraz ograniczaj¡c zakres przypadkowych zmian.
5.4 Podsumowanie
Opracowano metod¦ identykacji ¹ródeª promieniowania w oparciu o kalibracje energetyczn¡.
Próbowano rozszerzy¢ zastosowania detektora do oznaczania aktywno±ci radiofarmaceutyku i na podstawie zebranych danych stwierdzono, »e
40
5.4.
PODSUMOWANIE
dokªadno±¢ pomiaru, dla wysokich aktywno±ci próbki, przy u»yciu spektrometru Canberra Industries, nie jest zadowalaj¡ca. Aktywno±¢ caªkowita
jest bardzo wa»nym parametrem radiofarmaceutyku, zale»y od niej bezpiecze«stwo pacjenta, musi by¢ wi¦c wyznaczana mo»liwe jak najdokªadniej.
W trakcie procesu produkcyjnego aktywno±¢ radiofarmaceutyku jest zazwyczaj mierzona przez wbudowane kalibratory dawki.
Przeprowadzone badania pozwoliªy wskaza¢ inne mo»liwe zastosowanie
detektora. Wysoka skuteczno±¢ w identykacji nieznanych radionuklidów,
jak i zdolno±¢ do szybkiego oznaczania maªych dawek sugeruj¡ wykorzystanie tej metody do pomiarów pomocniczych zwi¡zanych z ocen¡ poprawno±ci
procesu, w szczególno±ci bada« dotycz¡cych krótko»yciowych promieniotwórczych zanieczyszcze« radiofarmaceutyków.
Wykazano, »e czynniki zewn¦trzne zakªócaj¡ce pomiary mog¡ zosta¢ wyeliminowane poprzez prawidªowe stosowanie metody.
Wykonane badania pozwoliªy na opracowanie szczegóªowej dokumentacji
zawieraj¡cej instrukcje dotycz¡ce prawidªowego wykonania pomiaru.
41
Bibliograa
[1]
Klub Polskich Laboratoriów Badawczych POLLAB,
tod analitycznych do okre±lonych celów,
Przydatno±¢ me-
Przewodnik walidacji metod
w laboratorium i zagadnienia zwi¡zane, 2000.
[2]
Najwa»niejsze znaczniki pozytonowe, ich otrzymywanie i kontrola jako±ci, prezentacja oraz tekst wykªadu wygªoszonego na
Barbara Petelenz,
Krakowskim Seminarium Tomograi Pozytonowej PET-1, Kraków,
2003.
[3]
Ewa Kmiecik,
Walidacja metod badawczych,
materiaªy szkoleniowe,
2004.
[4]
www.wikipedia.org
[5]
Miles N. Wernick, John N. Aarsvold,
damentals of PET and SPECT, 2004.
[6]
Emission Tomography. The fun-
European Pharmacopoeia 5.0, pp. 578-584, 2005.
43
Dodatek A
Standardowa Procedura
Operacyjna
45