CN104597472B - 伤口放射性污染深度、核素种类及活度的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及辐射测量领域，具体涉及伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法。该方法通过两种途径来实现伤口测量，若伤口中存在可同时发射两种或两种以上特征X、γ射线的核素，则选取能量比值法来确定伤口污染情况；若伤口中的放射性物质只能发射一种能量的射线，则选取方向比值法来确定伤口污染情况。本发明具有快速、准确、简单、易行等特点，能有效解决伤口污染信息不易准确获得的难题。该方法可应用于内照射的应急和常规监测，为患者的医疗救治和辐射防护提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及辐射测量领域，具体涉及伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法。
背景技术
工作人员在从事与核相关的各项实践活动过程中，都有可能发生各种创伤(刺伤、割伤、爆炸伤及酸碱烧伤等)并且伤口被放射性物质污染。根据美国辐射防护委员会NCRP156号报告，截至2001年，国外已报道了2100多例伤口放射性核素污染事故，我国也发生过多起镅、钚、铀等超铀核素的伤口污染事件。不少动物实验和事故受照人员调查资料都表明，由伤口进入到体内的放射性物质会向淋巴结、血液、肝、骨等转移，不仅会对伤口局部和身体各器官造成内照射，某些核素的严重污染甚至还可能引起组织的癌变。为减少放射性物质对伤者的危害，对伤口污染或怀疑伤口污染的人员，应尽快进行污染检查。当对伤口初步清洁清洗之后，若沾污量仍然很大时，就需要进行手术切除污染组织。若伤口组织切除的过少，容易造成放射性物质的残留；而切除的过多，又会影响伤者术后的生活质量，故在手术前，需对伤口进行精细测量，准确确定污染深度、核素种类及活度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可根据核辐射探测器的测量结果有选择性的进行伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度测定的方法。
本发明的技术方案如下：伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，若伤口中存在可同时发射两种或两种以上特征X、γ射线的核素，则选取能量比值法来确定伤口污染情况；若伤口中的放射性物质只能发射一种能量的射线，则选取方向比值法来确定伤口污染情况；其中，所述的能量比值法包括如下步骤：
(1)将探测器中心对准伤口区域并尽量靠近伤口，从同一方向对伤口进行测量，确定污染核素；
(2)计算污染核素不同能量射线的探测效率随深度变化的曲线及任意两种不同能量射线探测效率比值随深度变化的曲线；
(3)测量并确定同一核素不同能量射线探测效率比值；
(4)确定伤口污染深度、核素活度及辐射剂量；
所述的方向比值法包括如下步骤：
(a)将探测器中心对准伤口区域并尽量靠近伤口，从不同两个方向对伤口进行测量，确定污染核素；
(b)计算污染核素特征射线的全能峰效率随深度变化的曲线及不同方向上射线探测效率比值随深度变化的曲线；
(c)测量并确定同一能量射线不同测量方向下的探测效率比值；
(d)确定伤口污染深度、核素活度及辐射剂量。
进一步，如上所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其中，能量比值法中步骤(2)的具体方法如下：基于蒙特卡罗方法，首先计算不同深度d下不同能量射线E1、E2的全能峰效率ε1.Cal、ε2.Cal，以深度d为横坐标，全能峰效率为纵坐标，分别拟合并绘出E1、E2的探测效率随深度变化的曲线ε1.Cal—d、ε2.Cal—d；然后将同一深度d下E1、E2的全能峰效率相比，以深度d为横坐标，拟合绘出探测效率比值随深度变化的曲线(ε1/ε2)Cal—d。
进一步，如上所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其中，能量比值法中步骤(3)的具体方法如下：通过分析测量谱中同一放射性核素不同能量射线E1、E2的全能峰净计数率C1、C2，根据探测器的全能峰效率计算公式即可求得射线E1、E2全能峰效率的比值
进一步，如上所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其中，能量比值法中步骤(4)的具体方法如下：将实际测量的效率比值(ε1/ε2)Mea带入到模拟计算出的探测效率比值随深度变化的曲线(ε1/ε2)Cal—d中，确定伤口污染的深度；在此基础上结合已有的探测效率随深度变化的曲线εCal—d得到射线的全能峰效率，即可计算出污染核素的活度；伤口组织局部剂量和待积剂量通过参考相关生物动力学模式和剂量系数求得。
进一步，如上所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其中，方向比值法的步骤(a)中，从伤口两个不同方向对伤口进行测量。
进一步，如上所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其中，方向比值法中步骤(b)的具体方法如下：基于蒙特卡罗方法，首先计算不同深度d下射线E的全能峰效率εCal，以深度d为横坐标，全能峰效率为纵坐标，绘出E的全能峰效率随深度变化的曲线εCal—d；然后将同一深度下不同方向的全能峰效率相比，以深度为横坐标，拟合绘出探测效率比值随深度变化的曲线(ε1/ε2)Cal—d。
进一步，如上所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其中，方向比值法中步骤(c)的具体方法如下：通过分析测量谱,即可得到同一射线不同测量方向上的全能峰净计数率C1，C2，根据探测器的全能峰效率计算公式可求得射线在不同方向下的全能峰效率比值
进一步，如上所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其中，方向比值法中步骤(d)的具体方法如下：将实际测量的效率比值(ε1/ε2)Mea代入到模拟计算出的效率比值深度曲线(ε1/ε2)Cal—d中，确定伤口污染的深度；在此基础上结合已有的效率深度曲线εCal—d得到射线的全能峰效率，即可计算出污染核素的活度；伤口组织局部剂量和待积剂量通过参考相关生物动力学模式和剂量系数求得。
本发明的有益效果如下：本发明所提供的确定伤口放射性物质污染深度、核素种类及活度的方法主要通过两种途径来实现伤口测量，具有快速、准确、简单、易行等特点，能有效解决伤口污染信息不易准确获得的难题。该方法可应用于内照射的应急和常规监测，为患者的医疗救治和辐射防护提供技术支持。
附图说明
图1为利用能量比值法测量伤口的流程示意图；
图2为利用方向比值法测量伤口的流程示意图；
图3为全能峰效率深度变化曲线图；
图4为能量59.5keV和17.5keV射线探测效率计算值的比值(自然对数值)随深度变化的曲线图；
图5为能量59.5keV射线正反两方向探测效率计算值的比值(自然对数值)随深度变化的曲线图。
具体实施方式
下面结合实验与模拟计算来验证两种伤口测量方法，并详细说明伤口污染测量方法的具体实施方式。
实验采用中国辐射防护研究院研制的人体软组织等效材料薄板代替实际人体组织，241Am点源模拟伤口污染。人体软组织等效材料是根据国际辐射防护委员会ICRP推荐的软组织组成元素及比例制成，其密度及线减弱系数与推荐值相差较小，对射线的辐射、散射和吸收等特性与真实人体相似或相当。
本发明根据核辐射探测器(如高纯锗探测器)的测量结果，主要通过两种途径——能量比值法(Energy Ratio,ER法)和方向比值法(Direction Ratio,DR法)来实现伤口测量，两者之间可互为补充校验。
1.利用能量比值法实现伤口测量，流程如图1所示。
(1)测量并确定污染核素：将高纯锗探测器对准测量位置并尽量紧贴测量区域，从同一方向进行测量。通过分析测量谱中特征峰的能量，并结合实验资料，可确定核素为241Am。
(2)241Am可发射17.5keV、21.0keV、26.3keV及59.5keV的γ射线，本实施例选择计算能量为17.5keV和59.5keV射线的探测效率随源深度变化的曲线及两个不同能量射线探测效率的比值随深度变化的曲线：基于蒙特卡罗方法，首先计算不同深度d(0至30mm)17.5keV和59.5keV射线的全能峰效率(ε17.5)Cal、(ε59.5)Cal，以深度d为横坐标，全能峰效率为纵坐标，分别拟合并绘出17.5keV和59.5keV射线的效率深度曲线(ε17.5)Cal＝0.044e-0.1194d、(ε59.5)Cal＝0.352e-0.0526d，R2均大于0.999；然后将同一深度d两能量射线的全能峰效率相比，计算出效率比值并取自然对数，拟合出探测效率比值随源深度变化的关系为(ε59.5/ε17.5)Cal＝0.0672d+2.079，R2>0.999。如图3、图4所示。
(3)测量17.5keV和59.5keV射线的全能峰净计数率，并求出二者的探测效率比值：测得17.5keV和59.5keV射线的全能峰净计数率分别为C17.5＝0.59cps和C2＝37.02cps(cps为每秒钟计数)。根据探测器的全能峰效率计算公式求得两射线探测效率的比值(241Am 59.5keV射线的产额为0.359，17.5keV射线的产额为0.161)，取自然对数后为3.34。
(4)确定伤口污染深度和活度：将实际测量的效率比值3.34与模拟计算出的效率比值深度曲线(ε59.5/ε17.5)Cal＝0.0672d+2.079比较，可确定伤口污染的深度为18.76mm。在此基础上结合59.5keV射线的效率深度曲线(ε59.5)Cal＝0.352e-0.0526d，得到在18.76mm深处59.5keV射线的全能峰效率为1.312E-01，从而计算出241Am的活度为参考NCRP156号报告，对于241Am，伤口局部当量剂量率系数hT＝1.2×102mSv h-1kBq-1,故当活度A＝786Bq时，伤口局部组织的当量剂量率为H’T＝120×0.786＝94.32mSv h-1。
表1测量结果与实际情况比较
注：绝对偏差＝测量结果-实际情况；相对偏差＝[(测量结果-实际情况)/实际情况]×100％
从表1看出，测量结果与实际结果的各项相对偏差都小于15％，深度偏差1.47mm，达到mm量级水平。从而说明利用能量比值法确定伤口污染情况是可行准确的。
2.利用方向比值法实现伤口测量，流程如图2所示。
(a)测量并确定污染核素：将高纯锗探测器对准测量位置并尽量紧贴测量区域，从正反两个方向进行测量。通过分析测量谱中特征峰的能量，并结合实验资料，可确定核素为241Am。
不同方向1、2，如伤口正反两个方向对伤口进行测量。
(b)计算能量为59.5keV射线的探测效率随深度变化的曲线及射线正反方向上探测效率的比值随深度变化的曲线：基于蒙特卡罗方法，首先计算不同深度d(0至30mm)下59.5keV射线的全能峰效率(ε59.5)Cal，以深度d为横坐标，全能峰效率为纵坐标，绘出59.5keV射线的效率深度曲线(ε59.5)Cal＝0.352e-0.0526d，R2>0.999，如图4所示；然后将同一深度下正反两方向的全能峰效率相比，计算出效率比值并取自然对数，拟合出探测效率比值随源深度变化的关系为(ε正/ε反)Cal＝1.553-0.1038d，R2>0.999。如图5所示。
(c)测量正反两方向下59.5keV射线的全能峰净计数率，并求出二者的探测效率比值：从正反两个方向测得59.5keV射线的全能峰净计数率分别为C正＝49.28cps和C反＝48.99cps(cps为每秒钟计数)。根据探测器的全能峰效率计算公式求得射线正反两方向探测效率的比值(241Am 59.5keV射线的产额为0.359)，取自然对数后为0.006。
(d)确定伤口污染深度和活度：将实际测量的效率比值0.006与模拟计算出的效率比值深度曲线(ε正/ε反)Cal＝1.553-0.1038d比较，可确定伤口污染的深度为14.90mm。在此基础上结合59.5keV射线的效率深度曲线(ε59.5)Cal＝0.352e-0.0526d，得到在14.90mm深处59.5keV射线的全能峰效率为1.608E-01，计算出241Am的活度为参考NCRP156号报告，对于241Am，伤口局部当量剂量率系数hT＝1.2×102mSv h-1kBq-1,故当活度A＝854Bq时，伤口局部组织的当量剂量率为H’T＝120×0.854＝102.48mSv h-1。
表2测量结果与实际情况比较
注：绝对偏差＝测量结果-实际情况；相对偏差＝[(测量结果-实际情况)/实际情况]×100％
从表2看出，测量结果与实际结果的各项相对偏差都小于10％，深度偏差0.28mm，达到mm量级水平。从而说明利用方向比值法确定伤口污染情况是可行准确的。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其特征在于：若伤口中存在可同时发射两种或两种以上特征X、γ射线的核素，则选取能量比值法来确定伤口污染情况；若伤口中的放射性物质只能发射一种能量的射线，则选取方向比值法来确定伤口污染情况；其中，所述的能量比值法包括如下步骤：
(1)将探测器中心对准伤口区域并尽量靠近伤口，从同一方向对伤口进行测量，确定污染核素；
(2)计算污染核素不同能量射线的探测效率随深度变化的曲线及任意两种不同能量射线探测效率比值随深度变化的曲线，具体方法如下：
基于蒙特卡罗方法，首先计算不同深度d下不同能量射线E1、E2的全能峰效率ε1.Cal、ε2.Cal，以深度d为横坐标，全能峰效率为纵坐标，分别拟合并绘出E1、E2的探测效率随深度变化的曲线ε1.Cal—d、ε2.Cal—d；然后将同一深度d下E1、E2的全能峰效率相比，以深度d为横坐标，拟合绘出探测效率比值随深度变化的曲线(ε1/ε2)Cal—d；
(3)测量并确定同一核素不同能量射线探测效率比值；
(4)确定伤口污染深度、核素活度及辐射剂量；
所述的方向比值法包括如下步骤：
(a)将探测器中心对准伤口区域并尽量靠近伤口，从不同两个方向对伤口进行测量，确定污染核素；
(b)计算污染核素特征射线的全能峰效率随深度变化的曲线及不同方向上射线探测效率比值随深度变化的曲线；
(c)测量并确定同一能量射线不同测量方向下的探测效率比值；
(d)确定伤口污染深度、核素活度及辐射剂量。
2.如权利要求1所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其特征在于：能量比值法中步骤(3)的具体方法如下：通过分析测量谱中同一放射性核素不同能量射线E1、E2的全能峰净计数率C1、C2，根据探测器的全能峰效率计算公式即可求得射线E1、E2全能峰效率的比值
3.如权利要求2所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其特征在于：能量比值法中步骤(4)的具体方法如下：将实际测量的效率比值(ε1/ε2)Mea带入到模拟计算出的探测效率比值随深度变化的曲线(ε1/ε2)Cal—d中，确定伤口污染的深度；在此基础上结合已有的探测效率随深度变化的曲线εCal—d得到射线的全能峰效率，即可计算出污染核素的活度；伤口组织局部剂量和待积剂量通过参考相关生物动力学模式和剂量系数求得。
4.如权利要求1所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其特征在于：方向比值法中步骤(b)的具体方法如下：基于蒙特卡罗方法，首先计算不同深度d下射线E的全能峰效率εCal，以深度d为横坐标，全能峰效率为纵坐标，绘出E的全能峰效率随深度变化的曲线εCal—d；然后将同一深度下不同方向的全能峰效率相比，以深度为横坐标，拟合绘出探测效率比值随深度变化的曲线(ε1/ε2)Cal—d。
5.如权利要求4所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其特征在于：方向比值法中步骤(c)的具体方法如下：通过分析测量谱,即可得到同一射线不同测量方向上的全能峰净计数率C1，C2，根据探测器的全能峰效率计算公式可求得射线在不同方向下的全能峰效率比值
6.如权利要求5所述的伤口放射性核素污染深度、核素种类及活度的测定方法，其特征在于：方向比值法中步骤(d)的具体方法如下：将实际测量的效率比值(ε1/ε2)Mea代入到模拟计算出的效率比值深度曲线(ε1/ε2)Cal—d中，确定伤口污染的深度；在此基础上结合已有的效率深度曲线εCal—d得到射线的全能峰效率，即可计算出污染核素的活度；伤口组织局部剂量和待积剂量通过参考相关生物动力学模式和剂量系数求得。
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