中子活化技术在人体组份研究中的应用
作者：包尚联 温琛林
单位：北京大学 重离子物理研究所和肿瘤物理治疗技术研究中心, 北京 100871
关键词：人体组份；无创伤方法；活体测量；中子活化
中国医学物理学杂志000221 摘要： 综述了人体组份无创伤测量的新进展。中子诱发的瞬发γ射线、缓发γ射线测量和体内天然 放射性40K测量成功地用于人体内化学元素的含量和人体组份。获得的关 于处于正常 生理状态的人体内分水、蛋白质、骨矿物、脂肪等信息对于研究人体的成长、衰老、骨质疏 松、营养失调以及与人体组份变化有关的疾病非常有价值。讨论了相关的测量技术。
中图分类号：Q684 文献标识码：A 文章编号：1005-202X (2000)02-0114-03
Application of in vivo neutron activation analysis to human body composition studies
, 百拇医药
BAO Shang-lian, WEN Chen-lin
(The Institute of Heavy Ion Physics and The Center for Tumor Imagi ng
Diagnosis and Therapeutics, Peking University, Beijing 100871,China)
Abstact: Recent development of in vivo body comp osition studies has been r eviewed. Neutron induced prompt-gamma ray and delayed gamma ray measurements a nd whole body counting gamma ray emitted from naturally occurring radioisotope in human body are successfully applied to elemental and compartment body compositio n studies. The information on whole body calcium, protein, fat, bone minerals an d water is very useful for research on growth, aging, osteoporosis, malnutrition and diseases in which the progression of the illness is related to changes in b ody compartments such as bone, tissue, fat, muscle and water. Related in vivo me asurement techniques are discussed.
, 百拇医药
Key words: human body composition; non-invasive method; in vivo measurement; neutron activation analysis
1 人体组份模型和无创伤测量
采用无创伤方法测量人体组织的组份始于1940年Behnke等人的研究[1]。他们 利用水中称重 方法根据阿基米德原理定出了人体密度，根据人体密度推算出脂肪占的百分比和脂肪以外的 人体质量(LBM)。LBM是一个非常有用的概念，一直到现在时常使用。
四十年代Keys A. 和Brozek J.提出了四组份模型(水、蛋白质、骨矿物和脂肪)[2] 。直到 八十年代人们能够测量人体全身氮含量以后，这个模型才开始得到应用，当今已成为最常用 的人体组份模型。六十年代，Anderson E C 提出了由水、脂肪和LBM组成的三组份模型 [3]至今也还在广泛应用。
, 百拇医药
六十年代，Miller C. E.等人研制了全身计数器[4 ]成功地测定 了人体全身的钾含量(TBK)。测量全身钾(TBK)和全身水(TBW)是测定LBM的最重要的手段 。
利用同位素稀释技术测定人体全身水的含量是人体组份研究的一项重大进展。水是人体 的重要成分。氚被用来测定人体全身水的总含量和在人体中水的分布。
表1 化学元素和人体组份的关系 元素
测量技术
人体组份
氢
PGNAA(2.2 MeVγ)
水、脂肪
, 百拇医药 氮
PGNAA(10.8 MeVγ)
蛋白质
钙
TBNAA(3.10 MeVγ)
骨骼(矿物灰分)
钾
WBC(1.46 MeVγ)
肌肉
钠
TBNAA(2.75 MeVγ)
细胞内液体
, 百拇医药
氯
TBNAA(2.2 MeVγ)
细胞间液体
磷
TBNAA(1.78 MeVγ)
骨骼、软组织
PGNAA 瞬发γ射线测量
TBNAA 全身中子活化分析
WBC 全身计数(40 K)
中子活化分析使得测量处于正常生理状态的人体元素总含量和人体组份成为可能。它的 第一 个应用是测量人体全身的钙含量(TBCa)。人体中99%的钙存在于骨骼中，测量TBCa可以相 当精确地定出骨骼的总质量。这些数据对和骨骼有关的多方面研究[5]有用。
, 百拇医药
表1为一些化学元素、及其测定方法和与人体组份的关系。
2 元素和人体组份测量和临床的关系
2.1 全身钙含量测量和骨质疏松症的诊断
为了判断缺钙和骨质疏松，需要测量人体的钙含量和它的标准值。测量人体全身钙的总 含量(TBCa)是诊断缺钙的最准确方法。测量TBCa诊断骨质疏松，鉴别50～59岁骨质疏松妇 女的准确度达86.7%[6],脊椎骨密度法(BD5)的准确度为55.6%, 而挠骨密度法(B MC7)仅为31%。
美国BNL实验室测量几百人的全身钙(TBCa)，观察了TBCa和年龄、性别、体型的关系 ，同时也测量了几百名钙代谢紊乱和有其它疾病的病人的TBCa。在这些研究的基础上，可在 微弱临床症状出现以前全身含氮量和人体的蛋白质组份这个发现骨质疏松症，及时处置可以 部分地避免病理性骨折。
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2.2 全身含氮量和人体的蛋白质组份
利用中子活化分析方法可以定出体内氮元素的总量(TBN)，根据TBN可以定出人体内含 有多少蛋白质。现在还没有办法直接测量细胞内有多少蛋白质。Burkinshaw建立了一个数学 模型，用于计算人体内肌肉和非肌肉组份及蛋白质的数量。该模型的计算要求有TBN 和TB K作为进行计算的输入数据。这个模型从几个基本假设出发导出了一系列结论[7]。 后来，这套方法推广到测定内脏质量和内脏蛋白质含量。
Cohn S.H.等人测量了肌肉和非肌肉组份中蛋白质随年龄的变化[8]，发现肌肉 和蛋白质 成分随年龄增长而减少，而非肌肉组份随年龄变化缓慢。作者提出，年龄大的人身体活动能 力降低可能与此有关。为了确定这个结论，还需要对老化人群进行研究。
2.3 人体脂肪及其测量
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脂肪测量对临床是重要的，多种疾病的发病率与肥胖有关，也有一些疾病与缺少脂肪相 关。神经性厌食也已引起人们的关注。有人正在研究缺少脂肪引起的痛经。
至今没有很好的方法直接测量活体人体内的脂肪含量。唯一的直接测量方法是根据同位 素稀释原理利用脂溶性气体，如氪、氩、氙等进行测量。因为气体同脂肪达到平衡的时间长 ，这个方法在临床实践中难以应用。测量全身含碳量(TBC)是有希望的比较直接的测量脂 肪的方法。和不含脂肪的组织比较，脂肪含碳量特别高，占77%。知道碳分别在脂肪、蛋白 质和骨骼矿物中占的份额，可以把全身脂肪的数量计算出来。这个方法研究得还不够充分， 因为它建立在元素的绝对测量基础上，预期比间接测量能达到更高的精度，特别是应用于脂 肪量异常的病人比间接测量有明显的优越性。
根据体重和LBM的差值也可以算出脂肪量。这种方法建立在一系列假定的基础上。一些 假定用动物进行了验证，这不足以证明对人适用，特别是对脂肪代谢失调的人更需要验证。 因此，这种方法的可靠性是有待研究的。
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人体中脂肪、瘦组织、水的比例随年龄、性别、饮食习惯不同而变化，健康人和不正常 肌体亦有差别，研究这些变化，积累相应的数据有助于建立可靠的脂肪测定方法和进行有关 的研究。测量老化人群的脂肪还存一些特殊的问题。每种测量技术都以一定的先决条件为前 提的，如果这些前提对年轻人和正常人是对的，对老化肌体则未必成立。例如，瘦组织水合 作用不变的结论，最初是通过研究年轻的健康动物得出的[9]，对老化人群则不正 确。细胞 内和细胞间水的分布随年龄变化。另外，肥胖的人体内聚集较多的水，其分布亦不同于标准 人。采用水中称重的办法根据密度定出LBM值，对老年人也不完全适用，还因为老年人骨骼 密度与年轻人不同。如果被测试者有引起液体在体内的滞留的疾病，因其身体密度也发生变 化，于是测得的LBM值会偏高，脂肪测量值偏低。
根据TBK可测定LBM,其前提是钾和LBM的比值恒定。不过，现在这个观念发生了变化， 钾与体细胞质量(BCM)间存在一定的关联，LBM可看作由体细胞质量(BCM)和细胞外的水(ECW) 的和[10]。
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综上所述，比较起来，目前活体全身中子活化分析是测定人体脂肪值的最可靠的方法。
脂肪量可通过两种途径算出[11]：TBF1= BWT-(TBN+TBW+AB)或TBF2=B WT-(BCM+ECW+ECS)。这里，TBF-全身脂肪含量，BWT-全身总重量，TBN- 蛋白质总和，TBW-全身水含量，BA-骨骼灰分，BCM-人体细胞总质量，ECW-细胞外的 水分，ECS-细胞外的固体。两种途径得到的脂肪值相当符合。在一定程度上这说明结果 是正确的。对于代谢紊乱的检查对象，第一种方法比第二种方法好，因为结果受代谢影响小 。
3 测量技术
美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的全身计数器(WBC)和活体中子活化装置(IVNA)[12] 代 表对人体组份中子活化分析的最高水平。它包括缓发γ射线系统(DGNA)、瞬发γ射线分析(P GNA)和中子非弹性散射分析系统(INS)，分别用于测量K, Ca, Cl, Na, P(利用DGNA),N/H(利 用PGNA)，C(利用INS)。利用WBC测量体内固有的40K定出全身的钾含量(TBK)。 然后，根据测得的化学元素含量，定出人体不同组份的含量[12]。
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DGNA建于60年代[13]，进行 过两次大规模改进[14，15]。它由全身中子活化装置(TBNAF )和全身探测器(WBC)组成。现在的全身探测器(WBC)有32个矩形NaI(Tl)探测器，16个探测器 在人体上方，16个在人体下方，见图1。每块NaI(Tl)晶体的尺寸为 10.2 cm × 10.2 cm × 45.7 cm, 探测49Ca发射的3.1 MeV γ射线的绝对灵敏度为5%，对37 Bq (1 nCi )放射性活度测量精 度达2.5%。DGNA 的全身中子活化装置(TBNAF)由14个239PuBe中子源组成，每 个中子源的 活度是1.55 TBq (42 居里),2 cm厚的聚乙烯板当作慢化体慢化从中子源中发出的快中子。 患者接受检查时，受中子照射5分钟，随后测量15分钟，皮肤表面受到的剂量<3 mSv。
PGNA系统设计于70年代末[16]，已用于研究几百病例[16，17]，最近又 做了改进[12]。两个15.2 cm×15.2 cm 的NaI(Tl)作为探测器对称放置在人体两侧 ，与人体轴线成60°角，与水平面成30°角。
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图1 全身探测器 (a)轴向视图 (b)俯视图
中子非弹性散射系统(INS)建立于1987年[18]，利用D-T反应产生14 MeV中 子，用1 5.2 cm×15.2 cm 的NaI(Tl)探测中子在碳核上非弹性散射引起的能量为4.43 MeV的γ射线 。利 用1.9 cm × 1.3 cm 的NE102闪烁体监测中子注量。接受检查时，皮肤表面剂量为50毫雷姆 (mRem)。 近年来，许多技术都被应用于人体组份研究，诸如：光子活化分析，光子吸收，X射线 计算机断层成像，生物阻抗测量，全身导电率测量(TOBEC)， X射线摄影，核磁共振成像， 近红外光相互作用，相干康普顿散射，声学体描机等。
双光子吸收测量(DPA)和全身导电率测量是两个最广泛应用的人体组份无创伤测量方法 。利 用双光子吸收能谱测量，计算出骨骼和软组织的密度，由此可以推算出全身骨骼矿物质的总 量。利用全身导电率测量和生物阻抗测量(BIA = biological impedance)估算出的身体导电 率基本上是全身水和其中的电解质(首先是钠和钾)的函数，所以全身导电率测量和BIA应 该可以应用于测定身体中的水、钠和脂肪。这两种方法特别适用于老人和重病患者，这些方 法没有辐射和其他损伤。但是，为了真正能够应用于临床，需要对这些方法进行研究，弄清 测量结果的确切意义，积累正常人体和异常人体的数据，对方法的可靠性进行验证。全身活 体人体组份中子活化分析方法和利用氚稀释方法测全身水，测量方法直接，结果可信度高， 可作为校验上述方法和其他方法的标准。
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4 讨论
脂肪、蛋白质、骨骼矿物等“人体组份”的概念不像人体组织、器官、化学元素那样具 体，但是，对于描述人体的状况一个侧面，无疑是一种非常有益的方法，已经为健康科学带 来丰硕的成果。测定肌肉、水份、脂肪、蛋白质、骨骼矿物组份占的权重，考察它们随生长 、衰老、营养、代谢和疾病的变化对于研究相关的生理过程的意义是明显的。
测量人的活体全身组份在技术上比较困难，任何一种方法测不出所有组份。双光子吸收 测量，生物阻抗测量，全身导电率测量是适于推广的技术。生物体不同于一般电器件，以生 物体做为对象进行电测量具有特殊性，对测量的实质和方法的应用需要研究，首先 是验证其有效性。另外一些其它技术也有可能用于获取人体组份的信息。
核测量技术，特别是中子活化分析技术，直接测量元素含量，测量结果精确，在全身活 人组份研究中占有特殊地位。它们不仅是最重要的研究测试手段，而且可作为校验刻度其他 方法的标准。由于设备价格昂贵，要求使用人员具有较多的技术训练，普及它的应用是不可 能的。大的医疗中心和具备条件的高校或研究所开展合作研究是理想的工作方式。
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基金项目：博士点基金(96000114) 和北京市自然科学基金资助
作者简介：包尚联，男，北京大学教授，北京大 学肿瘤物理诊疗计数研究中心主任，北京大学重离子物理研究所副所长，从事医学物理和核 物理方向的研究工作. 温琛林，男，北京师范大学教授，北京大学兼职教授.
参考文献：
[1] Behnke A. R., Feen B. G. and Welham W. C.[J]. J Am Med. Assoc ,.1942,118: 495-498.
[2] Keys A. And Brozek J[J], Phys. Rev, 1953, 33:245-325.
[3] Anderson E. C., Ann NY Acad[J].Scie,1963,110:189-210.
, 百拇医药
[4] Miller C. E. and Remenchik A. P., Ann NY Acad[J]. Scie, 1961,1 10: 175-188.
[5] Cohn S. H. Non-invasive measurement of bone mass[Z], In Meta bolic Bone Disease (ed L Avoili and S Krane ) ，1986.
[6] Cohn S. H. Aloia J. F. Vaswani A. N. Yuen K. Yasumura S. and Ell is K[J]., Calc Tiss,1986,38:9-15.
[7] Burkinshaw L. Hill G. L. And Morgan D. B. International Symposi um on Nuclear A ctivation Techniques in the Life Sciences Report No. IAEA-SM-227/39 IAEA, Vi enna1978.
, 百拇医药
[8] Cohn S. H., Vartsky D., Yasumura S., Sawitsky A., Zanzi I., Vas wani A. And Ellis K. J[J]. Am J Physiol，1980， 239：E524-530.
[9] Pace N. And Rathburn E. N.[J], J Biol Chem.1945，158：68 5-691.
[10] Cohn S. H., Vartsky D., Yasumura S., Yean K. and Ellis K. J, J Lab Clin[J]. Med.1985， 105：305-310 .
[11] Cohn S. H., Vartsky D., Yasumura S., Yean K. and Ellis K[J ]. Am J Clin Nutr,1984，40：255-259.
, 百拇医药
[12] Ruimei Ma, F. Avraham Dilmanian, Harvey Rarback, Ion E. Stama telatos, Mati Mer on, Yakov Kamen, Seiichi Yasumura, David A. Weber, Leon J. Lidofsky, Richard N. Pierson, Jr. Recent upgrade of the in vivo neutron activation facility at Brook havem National Laboratory. In Human Body Composition[M], editted by K. J. Ell is and J. D. Eastman, Plenum Press, New York,1993，345-350.
[13] Cohn S. H., Dombrowski C. S., Pate H. R. and Robertson J. S. [J], Phys. Med. Biol.,1969，14:645.
, 百拇医药
[14] Cohn S. H., Shukla K. K., Dombrowski C. S. and Fairchild R. G .[J], J. Nucl. Med.1972，13:487.
[15] Dilmanian F. A., Weber D. A., Yasumura S., Kamen Y., Lidofsky L., Heymsfield S . B., Pierson R. N.,Jr., Wang J., Kehayias J. J. And Ellis K. J., Peformance of the delayed-gamma neutron activation system at Brookhaven national Laboratory, in "Advances in In Vivo Body Composition Studies"[M], Plenum Press, New York 1990.
[16] Vartsky D., Ellis K. J.and Cohn S. H.[J]. J. Nucl. Med，1 979， 20: 1158.
[17] Vartsky D., Ellis K. J., Vaswani A. N., Yasumura S. and Cohn S. H.[J]. Phys. Med. Biol，1983， 29: 209.
[18] Kehayias J. J., Ellis K. J., Cohn S. H., and Weinlein J. H.[ J], Nucl. Ins. and M eth.1987， B24/25, 1006:1009.
收稿日期：1998-09-21, 百拇医药
单位：北京大学 重离子物理研究所和肿瘤物理治疗技术研究中心, 北京 100871
关键词：人体组份；无创伤方法；活体测量；中子活化
中国医学物理学杂志000221 摘要： 综述了人体组份无创伤测量的新进展。中子诱发的瞬发γ射线、缓发γ射线测量和体内天然 放射性40K测量成功地用于人体内化学元素的含量和人体组份。获得的关 于处于正常 生理状态的人体内分水、蛋白质、骨矿物、脂肪等信息对于研究人体的成长、衰老、骨质疏 松、营养失调以及与人体组份变化有关的疾病非常有价值。讨论了相关的测量技术。
中图分类号：Q684 文献标识码：A 文章编号：1005-202X (2000)02-0114-03
Application of in vivo neutron activation analysis to human body composition studies
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BAO Shang-lian, WEN Chen-lin
(The Institute of Heavy Ion Physics and The Center for Tumor Imagi ng
Diagnosis and Therapeutics, Peking University, Beijing 100871,China)
Abstact: Recent development of in vivo body comp osition studies has been r eviewed. Neutron induced prompt-gamma ray and delayed gamma ray measurements a nd whole body counting gamma ray emitted from naturally occurring radioisotope in human body are successfully applied to elemental and compartment body compositio n studies. The information on whole body calcium, protein, fat, bone minerals an d water is very useful for research on growth, aging, osteoporosis, malnutrition and diseases in which the progression of the illness is related to changes in b ody compartments such as bone, tissue, fat, muscle and water. Related in vivo me asurement techniques are discussed.
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Key words: human body composition; non-invasive method; in vivo measurement; neutron activation analysis
1 人体组份模型和无创伤测量
采用无创伤方法测量人体组织的组份始于1940年Behnke等人的研究[1]。他们 利用水中称重 方法根据阿基米德原理定出了人体密度，根据人体密度推算出脂肪占的百分比和脂肪以外的 人体质量(LBM)。LBM是一个非常有用的概念，一直到现在时常使用。
四十年代Keys A. 和Brozek J.提出了四组份模型(水、蛋白质、骨矿物和脂肪)[2] 。直到 八十年代人们能够测量人体全身氮含量以后，这个模型才开始得到应用，当今已成为最常用 的人体组份模型。六十年代，Anderson E C 提出了由水、脂肪和LBM组成的三组份模型 [3]至今也还在广泛应用。
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六十年代，Miller C. E.等人研制了全身计数器[4 ]成功地测定 了人体全身的钾含量(TBK)。测量全身钾(TBK)和全身水(TBW)是测定LBM的最重要的手段 。
利用同位素稀释技术测定人体全身水的含量是人体组份研究的一项重大进展。水是人体 的重要成分。氚被用来测定人体全身水的总含量和在人体中水的分布。
表1 化学元素和人体组份的关系 元素
测量技术
人体组份
氢
PGNAA(2.2 MeVγ)
水、脂肪
, 百拇医药 氮
PGNAA(10.8 MeVγ)
蛋白质
钙
TBNAA(3.10 MeVγ)
骨骼(矿物灰分)
钾
WBC(1.46 MeVγ)
肌肉
钠
TBNAA(2.75 MeVγ)
细胞内液体
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氯
TBNAA(2.2 MeVγ)
细胞间液体
磷
TBNAA(1.78 MeVγ)
骨骼、软组织
PGNAA 瞬发γ射线测量
TBNAA 全身中子活化分析
WBC 全身计数(40 K)
中子活化分析使得测量处于正常生理状态的人体元素总含量和人体组份成为可能。它的 第一 个应用是测量人体全身的钙含量(TBCa)。人体中99%的钙存在于骨骼中，测量TBCa可以相 当精确地定出骨骼的总质量。这些数据对和骨骼有关的多方面研究[5]有用。
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表1为一些化学元素、及其测定方法和与人体组份的关系。
2 元素和人体组份测量和临床的关系
2.1 全身钙含量测量和骨质疏松症的诊断
为了判断缺钙和骨质疏松，需要测量人体的钙含量和它的标准值。测量人体全身钙的总 含量(TBCa)是诊断缺钙的最准确方法。测量TBCa诊断骨质疏松，鉴别50～59岁骨质疏松妇 女的准确度达86.7%[6],脊椎骨密度法(BD5)的准确度为55.6%, 而挠骨密度法(B MC7)仅为31%。
美国BNL实验室测量几百人的全身钙(TBCa)，观察了TBCa和年龄、性别、体型的关系 ，同时也测量了几百名钙代谢紊乱和有其它疾病的病人的TBCa。在这些研究的基础上，可在 微弱临床症状出现以前全身含氮量和人体的蛋白质组份这个发现骨质疏松症，及时处置可以 部分地避免病理性骨折。
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2.2 全身含氮量和人体的蛋白质组份
利用中子活化分析方法可以定出体内氮元素的总量(TBN)，根据TBN可以定出人体内含 有多少蛋白质。现在还没有办法直接测量细胞内有多少蛋白质。Burkinshaw建立了一个数学 模型，用于计算人体内肌肉和非肌肉组份及蛋白质的数量。该模型的计算要求有TBN 和TB K作为进行计算的输入数据。这个模型从几个基本假设出发导出了一系列结论[7]。 后来，这套方法推广到测定内脏质量和内脏蛋白质含量。
Cohn S.H.等人测量了肌肉和非肌肉组份中蛋白质随年龄的变化[8]，发现肌肉 和蛋白质 成分随年龄增长而减少，而非肌肉组份随年龄变化缓慢。作者提出，年龄大的人身体活动能 力降低可能与此有关。为了确定这个结论，还需要对老化人群进行研究。
2.3 人体脂肪及其测量
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脂肪测量对临床是重要的，多种疾病的发病率与肥胖有关，也有一些疾病与缺少脂肪相 关。神经性厌食也已引起人们的关注。有人正在研究缺少脂肪引起的痛经。
至今没有很好的方法直接测量活体人体内的脂肪含量。唯一的直接测量方法是根据同位 素稀释原理利用脂溶性气体，如氪、氩、氙等进行测量。因为气体同脂肪达到平衡的时间长 ，这个方法在临床实践中难以应用。测量全身含碳量(TBC)是有希望的比较直接的测量脂 肪的方法。和不含脂肪的组织比较，脂肪含碳量特别高，占77%。知道碳分别在脂肪、蛋白 质和骨骼矿物中占的份额，可以把全身脂肪的数量计算出来。这个方法研究得还不够充分， 因为它建立在元素的绝对测量基础上，预期比间接测量能达到更高的精度，特别是应用于脂 肪量异常的病人比间接测量有明显的优越性。
根据体重和LBM的差值也可以算出脂肪量。这种方法建立在一系列假定的基础上。一些 假定用动物进行了验证，这不足以证明对人适用，特别是对脂肪代谢失调的人更需要验证。 因此，这种方法的可靠性是有待研究的。
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人体中脂肪、瘦组织、水的比例随年龄、性别、饮食习惯不同而变化，健康人和不正常 肌体亦有差别，研究这些变化，积累相应的数据有助于建立可靠的脂肪测定方法和进行有关 的研究。测量老化人群的脂肪还存一些特殊的问题。每种测量技术都以一定的先决条件为前 提的，如果这些前提对年轻人和正常人是对的，对老化肌体则未必成立。例如，瘦组织水合 作用不变的结论，最初是通过研究年轻的健康动物得出的[9]，对老化人群则不正 确。细胞 内和细胞间水的分布随年龄变化。另外，肥胖的人体内聚集较多的水，其分布亦不同于标准 人。采用水中称重的办法根据密度定出LBM值，对老年人也不完全适用，还因为老年人骨骼 密度与年轻人不同。如果被测试者有引起液体在体内的滞留的疾病，因其身体密度也发生变 化，于是测得的LBM值会偏高，脂肪测量值偏低。
根据TBK可测定LBM,其前提是钾和LBM的比值恒定。不过，现在这个观念发生了变化， 钾与体细胞质量(BCM)间存在一定的关联，LBM可看作由体细胞质量(BCM)和细胞外的水(ECW) 的和[10]。
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综上所述，比较起来，目前活体全身中子活化分析是测定人体脂肪值的最可靠的方法。
脂肪量可通过两种途径算出[11]：TBF1= BWT-(TBN+TBW+AB)或TBF2=B WT-(BCM+ECW+ECS)。这里，TBF-全身脂肪含量，BWT-全身总重量，TBN- 蛋白质总和，TBW-全身水含量，BA-骨骼灰分，BCM-人体细胞总质量，ECW-细胞外的 水分，ECS-细胞外的固体。两种途径得到的脂肪值相当符合。在一定程度上这说明结果 是正确的。对于代谢紊乱的检查对象，第一种方法比第二种方法好，因为结果受代谢影响小 。
3 测量技术
美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的全身计数器(WBC)和活体中子活化装置(IVNA)[12] 代 表对人体组份中子活化分析的最高水平。它包括缓发γ射线系统(DGNA)、瞬发γ射线分析(P GNA)和中子非弹性散射分析系统(INS)，分别用于测量K, Ca, Cl, Na, P(利用DGNA),N/H(利 用PGNA)，C(利用INS)。利用WBC测量体内固有的40K定出全身的钾含量(TBK)。 然后，根据测得的化学元素含量，定出人体不同组份的含量[12]。
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DGNA建于60年代[13]，进行 过两次大规模改进[14，15]。它由全身中子活化装置(TBNAF )和全身探测器(WBC)组成。现在的全身探测器(WBC)有32个矩形NaI(Tl)探测器，16个探测器 在人体上方，16个在人体下方，见图1。每块NaI(Tl)晶体的尺寸为 10.2 cm × 10.2 cm × 45.7 cm, 探测49Ca发射的3.1 MeV γ射线的绝对灵敏度为5%，对37 Bq (1 nCi )放射性活度测量精 度达2.5%。DGNA 的全身中子活化装置(TBNAF)由14个239PuBe中子源组成，每 个中子源的 活度是1.55 TBq (42 居里),2 cm厚的聚乙烯板当作慢化体慢化从中子源中发出的快中子。 患者接受检查时，受中子照射5分钟，随后测量15分钟，皮肤表面受到的剂量<3 mSv。
PGNA系统设计于70年代末[16]，已用于研究几百病例[16，17]，最近又 做了改进[12]。两个15.2 cm×15.2 cm 的NaI(Tl)作为探测器对称放置在人体两侧 ，与人体轴线成60°角，与水平面成30°角。
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图1 全身探测器 (a)轴向视图 (b)俯视图
中子非弹性散射系统(INS)建立于1987年[18]，利用D-T反应产生14 MeV中 子，用1 5.2 cm×15.2 cm 的NaI(Tl)探测中子在碳核上非弹性散射引起的能量为4.43 MeV的γ射线 。利 用1.9 cm × 1.3 cm 的NE102闪烁体监测中子注量。接受检查时，皮肤表面剂量为50毫雷姆 (mRem)。 近年来，许多技术都被应用于人体组份研究，诸如：光子活化分析，光子吸收，X射线 计算机断层成像，生物阻抗测量，全身导电率测量(TOBEC)， X射线摄影，核磁共振成像， 近红外光相互作用，相干康普顿散射，声学体描机等。
双光子吸收测量(DPA)和全身导电率测量是两个最广泛应用的人体组份无创伤测量方法 。利 用双光子吸收能谱测量，计算出骨骼和软组织的密度，由此可以推算出全身骨骼矿物质的总 量。利用全身导电率测量和生物阻抗测量(BIA = biological impedance)估算出的身体导电 率基本上是全身水和其中的电解质(首先是钠和钾)的函数，所以全身导电率测量和BIA应 该可以应用于测定身体中的水、钠和脂肪。这两种方法特别适用于老人和重病患者，这些方 法没有辐射和其他损伤。但是，为了真正能够应用于临床，需要对这些方法进行研究，弄清 测量结果的确切意义，积累正常人体和异常人体的数据，对方法的可靠性进行验证。全身活 体人体组份中子活化分析方法和利用氚稀释方法测全身水，测量方法直接，结果可信度高， 可作为校验上述方法和其他方法的标准。
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4 讨论
脂肪、蛋白质、骨骼矿物等“人体组份”的概念不像人体组织、器官、化学元素那样具 体，但是，对于描述人体的状况一个侧面，无疑是一种非常有益的方法，已经为健康科学带 来丰硕的成果。测定肌肉、水份、脂肪、蛋白质、骨骼矿物组份占的权重，考察它们随生长 、衰老、营养、代谢和疾病的变化对于研究相关的生理过程的意义是明显的。
测量人的活体全身组份在技术上比较困难，任何一种方法测不出所有组份。双光子吸收 测量，生物阻抗测量，全身导电率测量是适于推广的技术。生物体不同于一般电器件，以生 物体做为对象进行电测量具有特殊性，对测量的实质和方法的应用需要研究，首先 是验证其有效性。另外一些其它技术也有可能用于获取人体组份的信息。
核测量技术，特别是中子活化分析技术，直接测量元素含量，测量结果精确，在全身活 人组份研究中占有特殊地位。它们不仅是最重要的研究测试手段，而且可作为校验刻度其他 方法的标准。由于设备价格昂贵，要求使用人员具有较多的技术训练，普及它的应用是不可 能的。大的医疗中心和具备条件的高校或研究所开展合作研究是理想的工作方式。
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基金项目：博士点基金(96000114) 和北京市自然科学基金资助
作者简介：包尚联，男，北京大学教授，北京大 学肿瘤物理诊疗计数研究中心主任，北京大学重离子物理研究所副所长，从事医学物理和核 物理方向的研究工作. 温琛林，男，北京师范大学教授，北京大学兼职教授.
参考文献：
[1] Behnke A. R., Feen B. G. and Welham W. C.[J]. J Am Med. Assoc ,.1942,118: 495-498.
[2] Keys A. And Brozek J[J], Phys. Rev, 1953, 33:245-325.
[3] Anderson E. C., Ann NY Acad[J].Scie,1963,110:189-210.
, 百拇医药
[4] Miller C. E. and Remenchik A. P., Ann NY Acad[J]. Scie, 1961,1 10: 175-188.
[5] Cohn S. H. Non-invasive measurement of bone mass[Z], In Meta bolic Bone Disease (ed L Avoili and S Krane ) ，1986.
[6] Cohn S. H. Aloia J. F. Vaswani A. N. Yuen K. Yasumura S. and Ell is K[J]., Calc Tiss,1986,38:9-15.
[7] Burkinshaw L. Hill G. L. And Morgan D. B. International Symposi um on Nuclear A ctivation Techniques in the Life Sciences Report No. IAEA-SM-227/39 IAEA, Vi enna1978.
, 百拇医药
[8] Cohn S. H., Vartsky D., Yasumura S., Sawitsky A., Zanzi I., Vas wani A. And Ellis K. J[J]. Am J Physiol，1980， 239：E524-530.
[9] Pace N. And Rathburn E. N.[J], J Biol Chem.1945，158：68 5-691.
[10] Cohn S. H., Vartsky D., Yasumura S., Yean K. and Ellis K. J, J Lab Clin[J]. Med.1985， 105：305-310 .
[11] Cohn S. H., Vartsky D., Yasumura S., Yean K. and Ellis K[J ]. Am J Clin Nutr,1984，40：255-259.
, 百拇医药
[12] Ruimei Ma, F. Avraham Dilmanian, Harvey Rarback, Ion E. Stama telatos, Mati Mer on, Yakov Kamen, Seiichi Yasumura, David A. Weber, Leon J. Lidofsky, Richard N. Pierson, Jr. Recent upgrade of the in vivo neutron activation facility at Brook havem National Laboratory. In Human Body Composition[M], editted by K. J. Ell is and J. D. Eastman, Plenum Press, New York,1993，345-350.
[13] Cohn S. H., Dombrowski C. S., Pate H. R. and Robertson J. S. [J], Phys. Med. Biol.,1969，14:645.
, 百拇医药
[14] Cohn S. H., Shukla K. K., Dombrowski C. S. and Fairchild R. G .[J], J. Nucl. Med.1972，13:487.
[15] Dilmanian F. A., Weber D. A., Yasumura S., Kamen Y., Lidofsky L., Heymsfield S . B., Pierson R. N.,Jr., Wang J., Kehayias J. J. And Ellis K. J., Peformance of the delayed-gamma neutron activation system at Brookhaven national Laboratory, in "Advances in In Vivo Body Composition Studies"[M], Plenum Press, New York 1990.
[16] Vartsky D., Ellis K. J.and Cohn S. H.[J]. J. Nucl. Med，1 979， 20: 1158.
[17] Vartsky D., Ellis K. J., Vaswani A. N., Yasumura S. and Cohn S. H.[J]. Phys. Med. Biol，1983， 29: 209.
[18] Kehayias J. J., Ellis K. J., Cohn S. H., and Weinlein J. H.[ J], Nucl. Ins. and M eth.1987， B24/25, 1006:1009.
收稿日期：1998-09-21, 百拇医药