CN106646579B - 一种用于全身计数器刻度的简化体模及刻度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核与辐射探测领域，提供一种用于全身计数器刻度的简化体模及刻度方法。本发明简化体模包括体模本体，以及与所述体模本体中心纵轴垂直的四条平行孔洞；所述孔洞或所述孔洞的延长线与所述体模本体的中心纵轴相交；所述孔洞从上至下依次为第一孔洞，第二孔洞，第三孔洞和第四孔洞，分别对应人体的甲状腺、肺部、全身和胃肠道部位。将放射源置于所述简化体模的不同孔洞中，调整所述放射源在所述孔洞中的深度，将所述简化体模放入全身计数器内部进行刻度，分别测量探测器对不同位置处放射源的探测效率。本发明的刻度体模结构更加简单，又可以较好的对全身计数器进行刻度，包括甲状腺、肺部、全身、胃肠道等部位，具有较好的应用性。
Description
技术领域
本发明涉及核与辐射探测领域，尤其涉及一种简化体模。
背景技术
目前全身计数器刻度用体模有多种，根据刻度位置及源项不同有不同的标准。BOMAB体模为身高170cm，70kg的男性(如图1a所示)，腔室厚度0.5cm，腔室尺寸如表1所示。
表1 BOMAB体模的腔室尺寸
甲状腺标准模型参照ANSI/HPS N13.44-2014(见图1b)，各参数按照相关标准给出。
针对肺部沉积放射性测量研究的体模，常用的有美国劳伦斯利佛莫尔国家实验室(The Lawrence Livermore National Naboratory)的LLNL模型，参考人为身高177cm，体重76kg，男性(见图2)。和日本原子能研究院(Japan Atomic Energy Research Institute)的JAERI模型，参考人为身高168cm，体重63.5kg，男性(见图3)。
中国辐射防护研究院与苏州大学教学模具厂共同研发的中国人体仿真体模(如图4所示)，型号为CIRP-RPT-1。该体模参照《中国参考人解剖生理和代谢数据》，选择身高为172cm，体重为71kg的中国男性作为制作躯干模型的尺寸依据。
目前国内外全身计数器刻度体模都比较复杂。且不管如何精心设计制作人体躯干等效模型，对性别、体型不同的测量对象采用同一效率刻度系数是不合适的。Kramer等人就LLNL和JAERI两种躯干体模对同一肺部计数器刻度进行比较研究，在相同的测量几何条件下，不同躯干模型对低能光子的校准系数差异可达30％甚至更高，这主要是由制作不同体模的参考人体型的差异、目标器官的体积的差异以及选用的组织等效材料之间的差异造成的。
1cm左右的胸壁厚度或组织成分的变化都可能引起探测效率数量级的改变，对测量低能γ、X射线影响更为严重。因此必须针对单一被测量个体的胸壁厚度进行探测效率的修正。多数物理体模在制作过程中，会另外制作材料相同而厚度不同的附加盖板，附加盖板可放置在体模胸部外层以模拟人体不同的胸壁厚度。
发明内容
本发明的目的在于为全身计数器提供一种更简便的刻度体模和刻度方法，从而为全身计数器的使用提供很好的技术支持。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种用于全身计数器刻度的简化体模，包括体模本体，以及与所述体模本体中心纵轴垂直的四条平行孔洞；所述孔洞或所述孔洞的延长线与所述体模本体的中心纵轴相交；所述孔洞从上至下依次为第一孔洞，第二孔洞，第三孔洞和第四孔洞，分别对应人体的甲状腺、肺部、全身和胃肠道部位。
本发明对体模本体的形状没有特殊的限定，在本发明实施例中，体模本体优选为圆柱体、圆体或方体。
其中，作为一种优选的实施方式，所述圆柱体的直径是20cm，高30cm。
作为一种优选的实施方式，所述圆体的最大水平横截面直径是20cm，最大垂直横截面直径是30cm。
作为一种优选的实施方式，所述方体的最小边长为20cm，高为30cm。
本发明对所述孔洞的具体位置没有特殊的限定，可以根据实际情况进行调整。在本发明实施例中，优选所述第一孔洞，第二孔洞，第三孔洞和第四孔洞距离所述体模本体顶端的距离分别为2±1cm，9±1cm，15±1cm和23±1cm。
本发明对所述孔洞的深度没有特殊的限定。在本发明实施例中，优选所述第一孔洞，第二孔洞，第三孔洞和第四孔洞的深度分别为18±0.5cm，15±0.5cm，17±0.5cm和14.5±0.5cm。在孔内一定深度处放置放射源进行相关位置的刻度。
本发明对所述孔洞的孔径大小没有特殊的限定，可以根据放射源的大小进行孔径的设定，以能将放射源放入所述孔洞为准。
本领域技术人员可以根据实际情况进行简化体模的调整，如调节孔洞的位置、大小及深度，使放射源置于孔洞内的不同位置以及深度来调节探测器的计数，使得探测器计数与标准体模的计数相接近。通过模拟计算可以对简化体模的孔洞位置、大小和深度进行不同的设计。
本发明中，所述体模本体为聚甲基丙烯酸甲酯材料，即有机玻璃。其分子式为(C5H8O2)n，密度为1.18g/cm3。
本发明还提供一种应用上述简化体模的刻度方法，包括以下步骤：将放射源置于所述简化体模的不同孔洞中，调整所述放射源在所述孔洞中的深度，将所述简化体模放入全身计数器内部进行刻度，分别测量探测器对不同位置处放射源的探测效率。
相对于现有技术中的刻度体模，本发明的刻度体模结构更加简单，又可以较好的对全身计数器进行刻度，包括甲状腺、肺部、全身、胃肠道等部位。本发明通过模拟计算设计的简化体模，探测器对简化体模中源的探测效率与对标准体模中源的探测效率在一定的误差范围内一致；通过模拟计数与实验计数的比较，证明本发明的简化体模有较好的准确性。可见本发明的简化体模具有很好的应用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a是BOMAB体模的示意图
图1b是和BOMAB体模的甲状腺模型图；
图2是肺部计数器LLNL模型刻度体模；
图3是肺部计数器JAERI模型刻度体模；
图4是中国参考人物理体模CIRP-RPT-1；
图5是实施例1中简化体模的立体图(a)和透视图(b)；
图6是实施例2中简化体模的侧视图(a)和透视图(b)；
图7是实施例3中简化体模的立体图(a)和透视图(b)；
图8是本发明简化体模模拟过程位置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
圆柱体简化体模
如图5所示，一种用于全身计数器刻度的简化体模，简化体模本体1为直径是20cm，高30cm的有机玻璃柱体。沿体模本体1的水平直径方向开四个平行的孔洞，孔洞从上至下依次为第一孔洞11，第二孔洞12，第三孔洞13和第四孔洞14，分别对应人体的甲状腺、肺部、全身和胃肠道部位。孔洞的孔径主要为能放下目前现有的放射源，本实施例中孔洞孔径为3.24cm。第一孔洞11中心距体模本体1顶端为2cm，孔洞深18cm；第二孔洞12中心距体模本体1顶端为9cm，洞深15cm；第三孔洞13中心距体模本体1顶端为15cm，洞深17cm；第四个洞孔洞14中心距体模本体1顶端为23cm，洞深14.5cm。
使用前或需要刻度的时候，将放射源置于所述简化体模的不同孔洞中，调整所述放射源在所述孔洞中的深度，将本发明的简化体模放入美国ORTEC公司经典型号Standfast全身计数器内部进行刻度，分别测量探测器对不同位置处放射源的探测效率。这样可以通过探测器显示的数据来确定探测器的效率及性能。
实施例2：
圆体简化体模
如图6所示，一种用于全身计数器刻度的简化体模，简化体模本体1为有机玻璃的圆体，圆体的最大水平横截面直径是20cm，最大垂直横截面直径是30cm。沿体模本体1的水平直径方向开四个平行的孔洞，孔洞从上至下依次为第一孔洞11，第二孔洞12，第三孔洞13和第四孔洞14，分别对应人体的甲状腺、肺部、全身和胃肠道部位。孔洞的孔径主要为能放下目前现有的放射源，本实施例中孔洞孔径为3.12cm。第一孔洞11中心距体模本体1顶端为3cm，孔洞深17.5cm；第二孔洞12中心距体模本体1顶端为10cm，洞深15.5cm；第三孔洞13中心距体模本体1顶端为16cm，洞深17.5cm；第四个洞孔洞14中心距体模本体1顶端为23cm，洞深15cm。
使用前或需要刻度的时候，将放射源置于所述简化体模的不同孔洞中，调整所述放射源在所述孔洞中的深度，将本发明的简化体模放入Canberra公司的经典型号ACCUSAN全身计数器内部进行刻度，分别测量探测器对不同位置处放射源的探测效率。这样可以通过探测器显示的数据来确定探测器的效率及性能。
实施例3：
方体简化体模
如图6所示，一种用于全身计数器刻度的简化体模，简化体模本体1为有机玻璃的长方体，长方体的边长是20cm，高为30cm。沿体模本体1的中心纵轴垂直的方向开四个平行的孔洞，且孔洞或孔洞的延长线与体模本体1的中心纵轴相交。孔洞从上至下依次为第一孔洞11，第二孔洞12，第三孔洞13和第四孔洞14，分别对应人体的甲状腺、肺部、全身和胃肠道部位。孔洞的孔径主要为能放下目前现有的放射源，本实施例中孔洞孔径为3.21cm。第一孔洞11中心距体模本体1顶端为2.25cm，孔洞深18.43cm；第二孔洞12中心距体模本体1顶端为9.45cm，洞深15.05cm；第三孔洞13中心距体模本体1顶端为15.34cm，洞深17.32cm；第四个洞孔洞14中心距体模本体1顶端为23.12cm，洞深14.38cm。
使用前或需要刻度的时候，将放射源置于所述简化体模的不同孔洞中，调整所述放射源在所述孔洞中的深度，将本发明的简化体模放入美国ORTEC公司经典型号Standfast全身计数器内部进行刻度，分别测量探测器对不同位置处放射源的探测效率。这样可以通过探测器显示的数据来确定探测器的效率及性能。
实施例4：
简化体模对全身计数器模拟刻度对比试验
1、BOMAB体模的模拟方案
模拟用的BOMAB体模采用标准尺寸。BOMAB体模腔室制作材料为：聚乙烯(CH2)n，密度0.95g/cm3；腔室中的填充材料为水。建模后的示意结构图如图8所示。
根据BOMAB体模分别建立甲状腺、肺、胃和全身的蒙卡模拟模型，并通过模拟计算得到NaI探测器对不同器官中的不同能量的单能γ射线的探测效率。(其中计算甲状腺时，甲状腺的模型为ANSI 13.44-2014模型)。
2、简化体模的模拟方案
建立简化体模模拟模型，调整体模的材料厚度以及源的摆放位置，计算不同能量γ射线穿过体模后探测器的探测效率，通过调整相应的参数，使得简化体模计算效率与BOMAB体模计算效率在一定误差范围内一致。
3、NaI探测器
2个10cm×10cm×40cm的NaI晶体外包一层1mm后的铝。探测器晶体的上端与体模的肩膀平齐。探测器离人体前端的距离为10cm。
4、能量范围
模拟的能量范围为：0.1～3MeV。
0.1～2MeV之间的能量间隔为25keV，2～3MeV之间能量间隔为50keV，共100个能量点。
通过MC模拟的模拟结果如表2所示，表中数据为100个能量点的平均值。
表2简化体模与BOMAB体模的模拟数据比值
| 全身 | 甲状腺 | 肺 | 胃肠道 |
| 1.05435527 | 1.00622458 | 1.04004693 | 1.01946253 |
由表2表明本发明的简化体模数据与BOMAB体体模的模拟数据误差控制在±10％以内。
实施例5：
进一步验证模拟的准确性
实验过程示意图如图9所示。探测器放置在左边，右边为本发明简化体模。将放射源放于不同的位置，如图中的黑点位置，分别测量了探测器对不同位置处放射源的探测效率，与模拟数据进行比较，得到一定误差范围内的一致性。试验结果如表3所示。
表3模拟计数与实验计数的结果
本发明设计、建立的简化刻度体模，通过实施例4的模拟计算，验证了该体模与其它标准体模刻度的一致性。同时通过实施例5实验，进一步验证了模拟的准确性。从而证明本发明简化体模的可应用性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于全身计数器刻度的简化体模，其特征在于，包括体模本体，以及与所述体模本体中心纵轴垂直的四条平行孔洞；所述孔洞或所述孔洞的延长线与所述体模本体的中心纵轴相交；所述孔洞从上至下依次为第一孔洞，第二孔洞，第三孔洞和第四孔洞，分别对应人体的甲状腺、肺部、全身和胃肠道部位；
其中,所述孔洞用于放置放射源且所述放射源在所述孔洞中的深度是可调整的；
所述体模本体为圆柱体、圆体或方体；
所述第一孔洞、所述第二孔洞、所述第三孔洞和所述第四孔洞都为盲孔，且所述第一孔洞、所述第二孔洞、所述第三孔洞和所述第四孔洞的底端朝向全身计数器。
2.根据权利要求1所述的简化体模，其特征在于，所述圆柱体的直径是20cm，高30cm。
3.根据权利要求1所述的简化体模，其特征在于，所述圆体的最大水平横截面直径是20cm，最大垂直横截面直径是30cm。
4.根据权利要求1所述的简化体模，其特征在于，所述方体的最小边长为20cm，高为30cm。
5.根据权利要求1所述的简化体模，其特征在于，所述第一孔洞，第二孔洞，第三孔洞和第四孔洞距离所述体模本体顶端的距离分别为2±1 cm，9±1 cm，15±1 cm和23±1 cm。
6.根据权利要求1所述的简化体模，其特征在于，所述第一孔洞，第二孔洞，第三孔洞和第四孔洞的深度分别为18±0.5cm，15±0.5 cm，17±0.5 cm和14.5±0.5cm。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的简化体模，其特征在于，所述体模本体为聚甲基丙烯酸甲酯材料。
8.应用权利要求1~7任意一项所述的简化体模的刻度方法，其特征在于，包括以下步骤：将放射源置于所述简化体模的不同孔洞中，调整所述放射源在所述孔洞中的深度，将所述简化体模放入全身计数器内部进行刻度，分别测量探测器对不同位置处放射源的探测效率。
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