CN108398714A - 一种内照射全身计数器校准模型及其参数获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内照射全身计数器校准模型及其参数获取方法，校准模型是将人体简化成10个组成部分，各组成部分均由空心圆柱或椭圆柱塑料容器组成，在容器内灌装不同种类、不同浓度的放射性溶液，用以对内照射全身计数器的校准、性能检测及比对。本发明还公开了上述校准模型参数获取方法，该方法是根据模型的结构特点和相关标准，通过对体素模型数据统计分析，结合国家标准、普查数据及国外类似模型数据的参考，最终得出一套满足国家标准、符合人类体型特征的内照射全身计数器校准模型设计参数。根据该参数开发的校准模型，适用于所有类型的全身计数器校准，实现了国内内照射全身计数器校准标准化，提高了全身计数器测量数据的准确性、一致性和可比性。

Description

一种内照射全身计数器校准模型及其参数获取方法

技术领域

本发明属于电离辐射防护领域，具体涉及一种内照射全身计数器校准模型及其参数获取方法。

背景技术

放射性核素可以经由吸入、食入或通过完好的皮肤、伤口进入人体内，从而造成放射性核素的体内污染。人体内污染的活体测量技术(直接测量)是当前内照射监测的重要手段。全身计数器是内照射活体测量的手段之一。活体测量存在不确定度大、探测下限高等问题，尤其对于低能X、γ射线的测量。良好的设备校准是准确进行活体测量的前提。针对不同的测量对象和测量要求，建立并使用合适的活体测量校准物理模型，有助于内照射活体测量的准确度，确保测量质量。

全身计数器设备种类繁多，包括立式、椅式、卧式等。每种类型的全身计数器，又可能使用不同类型的探测器(如高纯锗HPGe、碘化钠NaI等)、这些探测器的尺寸、探测效率、使用数量、分布方式等也可能各不相同，不同类型的全身计数器的专用校准模型可能是各不相同的。建立统一的适用于所有类型的全身计数器的通用校准模型，有利于提高测量数据准确性、一致性和可比性。

另外，在进行设备校准时，要求校准模型在组织等效性、组织器官形状大小、核素在体内的分布等方面都要尽可能与被测对象相当。目前国内相关模型在组织等效性、模型体格参数、模型成型焊接工艺(可靠性)等方面均难以满足应用需求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种内照射全身计数器校准模型及其参数获取方法，适用于所有类型的全身计数器的通用校准，提高全身计数器测量数据准确性、一致性和可比性。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种内照射全身计数器校准模型，其包括头部、颈部、胸部、手臂、腹部、大腿及小腿，模型的各部分均由空心圆柱或椭圆柱塑料容器组成，在塑料容器内灌装不同种类、不同浓度的放射性溶液，用以对内照射全身计数器的校准、性能检测及比对。

进一步，所述塑料容器由侧壁、顶盖和底盖围合而成。

进一步，所述顶盖中心位置设有注水口，该注水口通过注水口塞密封。

进一步，所述塑料容器采用高密度聚乙烯材料制成。

本发明还提供一种内照射全身计数器校准模型参数获取方法，包括如下步骤：

1)模型身高、体重参数的获取；

2)模型各部分长度份额、质量份额及各部分长短轴比参数的获取；

3)模型各部分的质量、长度及半径/长轴与短轴参数的获取。

进一步，在步骤1)中，模型身高和体重参数的获取，是直接采用我国现行国家标准中的数据，亚洲人的数据作为辅助补充。

进一步，在步骤2)中，模型各部分长度份额、质量份额及长短轴比参数的获取，是参考美国和加拿大同类模型中的数据，通过对同类模型中的数据统计分析，确定模型各部分长度份额、质量份额及各部分长短轴比。

进一步，在步骤3)中，模型各部分的长度参数的获取，是优先从国家标准中选取，如果国家标准中没有或者不能自洽，则参考CRAM测量数值；模型各部分的质量参数的获取，均来自CRAM的计算。

进一步，在步骤3)中，如果容器采用圆柱容器，则圆柱容器半径参数的获取，是通过已知的质量和长度，根据质量m、长度l和半径r之间的关系，m＝ρV＝ρπr²l，计算出圆柱容器半径r；其中，ρ为等效组织材料密度。

进一步，在步骤3)中，如果容器采用椭圆柱容器，则椭圆柱容器长轴与短轴参数的获取，是通过已知的质量m和长度l，根据质量m、长度l与长轴a、短轴b之间的关系，m＝ρV＝ρπabl，计算出长轴a与短轴b；其中，ρ为等效组织材料密度。

本发明的有益技术效果在于：

本发明通过对体素模型数据进行分割、统计、分析和调整，结合国家标准、普查数据及国外类似模型的参数，最终得出一套满足国家标准、符合人类体型特征的内照射全身计数器校准模型设计参数。根据该参数开发的校准模型，适用于所有类型的全身计数器校准，实现了国内内照射全身计数器校准标准化，提高了全身计数器测量数据的准确性、一致性和可比性。

附图说明

图1是本发明校准模型整体结构示意图；

图2是图1中各部分的结构示意图；

图3是模型参数确定的流程图。

图中：

1-头部 2-颈部 3-胸部 4-手臂 5-腹部 6-大腿 7-小腿 8-侧壁 9-顶盖 10-底盖 11-注水口塞 12-O型密封圈

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

本发明为解决国内内照射全身计数器校准标准化的问题，开发了一种全身计数器校准用中国成年男性参考人物理模型，并提出了一套完整的模型参数获取方法。

如图1所示，是本发明提供的内照射全身计数器校准模型，其包括头部1、颈部2、胸部3、手臂4、腹部5、大腿6及小腿7。其中，手臂4分为左臂和右臂，大腿6分为左大腿和右大腿，小腿7分为左小腿和右小腿。由此，模型由10个不同尺寸的空心圆柱或椭圆柱塑料容器组成。对模型进行不同的摆放，可以适用于立式、卧式、直椅式、躺椅式等不同类型全身计数器设备。在容器内灌装不同种类、不同浓度的放射性溶液，可以满足设备校准、性能检测及比对等不同的应用需求。不同尺寸是指将人体简化的10个塑料容器的尺寸参数，即包括长半径、短半径、长、壁厚、容积、总重量以及模型的总高、总重、坐高。

为了控制放射性溶液在模型内壁吸附，提高模型内放射性溶液的均匀性，塑料容器优选高密度聚乙烯(HDPE)材料。

如图2所示，模型各部分的塑料容器均由侧壁8、顶盖9和底盖10围合而成。顶盖9的中心位置设有注水口，该注水口通过注水口塞11密封。为了保证注水口与注水口塞11之间的密封，在注水口与注水口塞11之间设有O型密封圈12。最后还要使用专用焊条将注水口塞与顶盖焊死，避免注水口塞松动造成的密封性丧失。

另外，本发明优先采用注塑方式进行模型外壳成型，可有效减少了焊缝长度，提高结构强度和密封性，降低模型中放射性溶液渗漏风险，为模型的长途运输和异地使用打下了坚实的基础。

为了验证本发明中所加工的模型外壳的强度、密封性等能满足长途运输和异地使用的要求，确保模型中的放射性溶液不会再储运和使用过程中发生渗漏，本发明中提出了一套完整的模型性能检测和筛选方案。包括模型尺寸检测、模型强度测试(分为耐压测试和跌落测试两个部分)、气密性测试(分为气泡法粗测和氦质谱仪精测两步)、和冷样实验(分冷样静置和冷样模拟运输两步)等四个步骤。

本发明基于使用液体放射源模拟放射性物质全身均匀分布的物理模型，提出了一种符合参考人体格特征的内照射全身计数器校准模型体格参数的获取方法，如图3所示，包括如下步骤：

1)整个模型身高、体重参数的获取：

整个模型身高和体重直接采用我国现行国家标准中的数据，IAEA-TECDOC-1005亚洲参考人项目等相关成果作为辅助补充。

2)模型各部分长度份额、质量份额以及各部分长短轴比a/b参数的获取：

参考美国和加拿大类似BOMBA模型中的数据，通过对同类模型数据的统计分析，确定模型各部分长度份额、质量份额以及各部位长短轴比a/b的大致范围。这一步主要用于控制模型的体型，确保模型体型不会明显失真。

3)确定各个部位的质量m、长度l和半径r(或长轴a与短轴b)：

CRAM(Chinese Reference Adult Male)为中国成年男性参考人体素模型，在本发明中作为各类中国人数字体模(也称作中国参考人体素模型)的代表进行阐述。下文中以CRAM来代表各类中国人数字体模。

由于在IAEA亚洲参考人项目及我国相关标准中，所给出的数据除身高、体重外，大多为器官的质量、大小、密度等参数，且其中体型参数的定义、测量方法和所得的数据并不完全适用于本申请中所述的物理模型。因此，需参照有关标准及解剖学的定义，按不同的方案，对中国人数字体素模型进行切割、测量和分析，统计各个部位的质量m和长度l，同时参照国外BOMAB模型各部位的长度份额、质量份额以及长短轴比，计算出各部位的半径r或长短轴。

①长度l

优先从国家标准中选取，如果国家标准中没有或者不能自洽，则参考其他文献或CRAM测量数值；

②质量m

由于缺少中国人身体各部位质量的数据，本模型质量数据均来自对CRAM的计算。考虑到人体左右手臂质量并不完全一样，分别计算了左右手臂的质量，取二者平均值作为手臂质量。对大腿和小腿也采取同样的方法进行处理。

③圆柱容器半径r或者椭圆柱容器的长轴a、短轴b

先通过测量CRAM获得人体头、颈、胸部、腹部、大腿、小腿和手臂等部位的质量m和长度l，然后根据质量、长度和半径之间的关系，计算出圆柱半径或者椭圆柱的长短轴。

对于圆柱(模型中颈、手臂、大腿、小腿等部位)，有以下公式：

m＝ρV＝ρπr²l

(1)

将已经得到的每部位质量m、长度l和等效组织材料密度ρ(这里取水密度1g/cm³)代入(1)式，即可求出相应半径r。

对于椭圆柱(模型中胸、臀和头等部位)，有以下公式：

m＝ρV＝ρπabl

(2)

与圆柱类似，将已经得到的每部位质量m、长度l和等效组织材料密度ρ代入(2)式，即可求出长轴a和短轴b。在确保各自长度无太大变化的情况下，通过第二步中得到的长度比、质量比、以及宽厚比等拟合出各部位的长轴、短轴和长度的最优值。

但在具体操作中，按照图1中所示模型各个组成部分的特点，结合我国现行国家标准中对人体结构划分的定义，使用Matlab或其他专用软件，将CRAM中的人体进行分割成10个部分，并统计各部分中所有组织器官的总重量m、测量其长度l。在对中国人数字体模的切割和测量时，参照国家标准中人体测量的有关定义及测量方法，一般以人体骨骼相应的节点或界面为各个部位的分界面的划分标准。当采用标准中的定义与测量方法所得出的结果明显不适用于本发明中所述模型时，则根据实际情况对测量方法进行适当的调整，使所得的长度份额与质量份额更加符合人体比例。在统计手臂和小腿的质量时，手掌(脚掌)的质量需要分别计入对应的手臂(小腿)中。

4)对参数进行身高和体重的修正

国家标准中对参考人身高、体重的可能滞后于国民体质的提升。为了体现国民身高、体重的变化，使所制定的模型体格参数更符合当前国民特征，可以根据最新的人口普查数据、国民体质监测公报以及其他相关的研究成果，对所得到的BOMAB模型体格参数进行修正，适当调整模型各部分的尺寸，使最终结果能满足以下特性：

①模型各个部位尺寸比、质量比与其他BOMAB模型的相应参数相当；

②身高、坐高、体重等应与我国有关国家标准或官方统计的数据相当。

由此，本发明的方法根据模型的结构特点和相关标准，最终得出一套满足设计要求的体格参数，使用这一参数定值方法，对于不同的需求，选用合适的数据源，能方便地推广到不同人群的参考人模型体格参数的计算，如成年女性、儿童、婴儿等。也能根据人口普查数据的变化，对模型参数进行及时更新。另外，本发明的方法还适用于各种基于断层扫描、解剖照片和数据建立的体素模型。

本发明的内照射全身计数器校准模型及其参数获取方法并不限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (10)

1.一种内照射全身计数器校准模型，其包括头部(1)、颈部(2)、胸部(3)、手臂(4)、腹部(5)、大腿(6)及小腿(7)，其特征是：模型的各部分均由空心圆柱或椭圆柱塑料容器组成，在塑料容器内灌装不同种类、不同浓度的放射性溶液，用以对内照射全身计数器的校准、性能检测及比对。

2.如权利要求1所述的一种内照射全身计数器校准模型，其特征是：所述塑料容器由侧壁(8)、顶盖(9)和底盖(10)围合而成。

3.如权利要求2所述的一种内照射全身计数器校准模型，其特征是：所述顶盖(9)中心位置设有注水口，该注水口通过注水口塞(11)密封。

4.如权利要求3所述的一种内照射全身计数器校准模型，其特征是：所述塑料容器采用高密度聚乙烯材料制成。

5.如权利要求1-4任一项所述的内照射全身计数器校准模型参数获取方法，包括如下步骤：

1)模型身高、体重参数的获取；

2)模型各部分长度份额、质量份额及各部分长短轴比参数的获取；

3)模型各部分的质量(m)、长度(l)及半径(r)/长轴(a)与短轴(b)参数的获取。

6.如权利要求5所述的内照射全身计数器校准模型参数获取方法，其特征是：在步骤1)中，模型身高和体重参数的获取，是直接采用我国现行国家标准中的数据，亚洲人的数据作为辅助补充。

7.如权利要求5所述的内照射全身计数器校准模型参数获取方法，其特征是：在步骤2)中，模型各部分长度份额、质量份额及长短轴比参数的获取，是参考美国和加拿大同类模型中的数据，通过对同类模型中的数据统计分析，确定模型各部分长度份额、质量份额及各部分长短轴比。

8.如权利要求5所述的内照射全身计数器校准模型参数获取方法，其特征是：在步骤3)中，模型各部分的长度(l)参数的获取，是优先从国家标准中选取，如果国家标准中没有或者不能自洽，则参考CRAM测量数值；模型各部分的质量(m)参数的获取，均来自CRAM的计算。

9.如权利要求5所述的内照射全身计数器校准模型参数获取方法，其特征是：在步骤3)中，如果容器采用圆柱容器，则圆柱容器半径(r)参数的获取，是通过已知的质量(m)和长度(l)，根据质量、长度和半径之间的关系，m＝ρV＝ρπr²l，计算出圆柱容器半径(r)；其中，ρ为等效组织材料密度。

10.如权利要求5所述的内照射全身计数器校准模型参数获取方法，其特征是：在步骤3)中，如果容器采用椭圆柱容器，则椭圆柱容器长轴(a)与短轴(b)参数的获取，是通过已知的质量(m)和长度(l)，根据质量、长度与长轴(a)、短轴(b)之间的关系，m＝ρV＝ρπabl，计算出长轴(a)与短轴(b)，其中，ρ为等效组织材料密度。