CN114034721A - 一种微剂量探测器的组织等效修正方法 - Google Patents

一种微剂量探测器的组织等效修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微剂量探测器的组织等效修正方法，属于辐射测量与辐射防护技术领域，方法包括获取某一设定条件下电离辐射在微剂量探测器中沉积能量分布；获取设定条件下进入微剂量探测器的粒子的平均入射能量；计算当前入射能量下生物组织材料和微剂量探测器材料的线性阻止本领比；对沉积能量分布进行归一化处理；根据阻止本领比对归一化分布进行变换处理；计算归一化分布和变换分布的期望值比；根据变换分布和期望值比计算生物组织材料的沉积能量分布。本发明能够将探测器测得的沉积能量分布准确转换为相同条件下生物组织体中的沉积能量分布。

Description

一种微剂量探测器的组织等效修正方法
技术领域
本发明涉及辐射测量与辐射防护技术领域，尤其涉及一种微剂量探测器的组织等效修正方法。
背景技术
放射性粒子或射线穿过生物组织细胞时，会在粒子径迹上沉积能量，电离和激发生物分子。研究电离辐射在生物组织内的沉积能量分布，有助于了解电离辐射与生物组织相互作用机理，在辐射测量与防护领域有着十分重要的意义。然而由于直接测量生物组织微观体积内的沉积能量分布并不可行，常通过建立等效的微观体积探测模型来了解生物组织微观体积内的能量分布，微剂量学探测器正是应这一目的而出现的。
然而，由于微剂量探测器材料与生物组织材料之间存在差异，如物理特性、密度、电离能等，致使放射性粒子或射线在微剂量探测器中的沉积能量分布与生物组织中的沉积能量分布并不一致。因此，为获得生物组织微观体积内的沉积能量分布，需要对微剂量探测器的测量结果进行组织等效修正。综上所述，如何将探测器测得的沉积能量分布准确转换为相同条件下生物组织体中的沉积能量分布是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中无法将探测器测得的沉积能量分布准确转换为相同条件下生物组织体中的沉积能量分布的问题，提供了一种微剂量探测器的组织等效修正方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种微剂量探测器的组织等效修正方法，所述方法包括：
获取某一设定条件下电离辐射在微剂量探测器中沉积能量分布D(x)；
获取所述设定条件下进入微剂量探测器的粒子的平均入射能量E in ；
计算当前入射能量下生物组织材料T和微剂量探测器材料D的线性阻止本领比λ；
对沉积能量分布D(x)进行归一化处理得出归一化分布H(x)；
根据阻止本领比λ对归一化分布H(x)进行变换处理得出变换分布C(x)；
计算归一化分布H(x)和变换分布C(x)的期望值比α；
根据变换分布C(x)和期望值比α计算生物组织材料的沉积能量分布T(x)。
在一示例中，所述粒子平均入射能量E in 根据入射粒子源能量、输运介质、输运距离确定。
在一示例中，所述平均入射能量E in 的计算公式为：
Figure 778073DEST_PATH_IMAGE002
其中，R表示粒子在生物组织中穿过的距离；i表示第i个能量点；n表示能量点数量范围；E i 表示第i个能量点的能量；E n 表示第n个能量点的能量；ΔE表示能量间隔；S(E i )表示能量大小为E i 时，输运介质对入射粒子的线性阻止本领。
在一示例中，所述线性阻止本领比λ的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，S表示输运介质对入射粒子的线性阻止本领；S(E in ,微剂量探测器) 表示入射能量为E in 时，微剂量探测器的线性阻止本领；S(E in ,组织) 表示入射能量为E in 时，组织的线性阻止本领。
在一示例中，所述归一化处理的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中，i表示第i个能量点；h(x i )表示归一化分布H(x)中点x i 的取值；d(x i )表示沉积能量分布D(x)中点x i 的概率值；d(x) max 为沉积能量分布D(x)中最大概率值，此处x表征粒子沉积能量。
在一示例中，所述变换处理的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
其中，x表征粒子沉积能量。
在一示例中，所述期望值比α的计算公式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
其中，x表征粒子沉积能量；E[H(x)]表示归一化分布H(x)的期望值；E[C(x)] 表示变换分布C(x)的期望值；k表示微剂量探测器和生物组织中沉积能量分布的系数比。
在一示例中，所述生物组织材料的沉积能量分布T(x)的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
其中，d(x) max 为沉积能量分布D(x)中最大概率值；x表征粒子沉积能量。
需要进一步说明的是，上述各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
与现有技术相比，本发明有益效果是：
本发明根据沉积能量的变换分布、沉积能量的归一化分布与变换分布的期望值比计算生物组织材料的沉积能量分布，以此将探测器测得的沉积能量分布准确转换为相同条件下生物组织体中的沉积能量分布，实现生物组织沉积能量分布的准确测量，以此有效提高辐射生物效应评估的准确性以及微剂量探测器的探测准确性；进一步地，本发明能够将探测器测得的沉积能量分布准确转换为相同条件下生物组织体中的沉积能量分布，该方法操作简便，适用范围广，能广泛应用于气体、固体微剂量探测器的组织等效修正中。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明一示例中的方法流程图；
图2为50MeV质子在骨骼中的百分深度剂量曲线；
图3为百分深度剂量曲线坪区处金刚石微剂量探测器的组织等效修正结果；
图4为百分深度剂量曲线布拉格峰前端处金刚石微剂量探测器的组织等效修正结果；
图5为百分深度剂量曲线布拉格峰后端处金刚石微剂量探测器的组织等效修正结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例以金刚石微剂量探测器组织等效修正为例，以50MeV质子照射为例，采用金刚石微剂量探测器分别测量骨骼的百分深度剂量曲线坪区、布拉格峰前端、布拉格峰后端的能量沉积分布，并运用本发明提出的方法将测量结果换算为该测量点处骨骼中的沉积能量分布。50MeV质子照射下骨骼的百分深度剂量曲线如图2所示，它表示射线粒子（50MeV质子）在骨骼中某一深度处的吸收剂量与参考深度处吸收剂量之比的百分数，是描述射线中心轴不同深度处相对剂量分布的物理量。本实施例使用金刚石微剂量探测器为边长10μm的立方体。
S1：获取金刚石微剂量探测器在百分深度剂量曲线坪区、布拉格峰前端、布拉格峰后端处的沉积能量分布D1(x)、D2(x)、D3(x)，三个测量点在体膜中的具体深度参数如下表1所示：
表1 三个测量点在体膜中的深度参数
Figure DEST_PATH_IMAGE012
S2：分别获取测量点1、测量点2、测量点3处的入射粒子的平均能量。
S3：计算在测量点1、测量点2、测量点3处入射能量下金刚石微剂量探测器与骨骼之间的线性阻止本领比，λ1、λ2、λ3。
S4：根据测量点1、测量点2、测量点3处测得的数据，将质子在金刚石微剂量探测器在各测量点的沉积能量分布进行最大值归一化，得到归一化分布H1(x)、H2(x)、H3(x)。
S5：根据变换处理的计算公式计算各测量点的变换分布C1(x)、C2(x)、C3(x)。
S6：计算各测量点归一化分布与变换分布之间的期望值比α1、α2、α3。
S7：按照沉积能量分布T(x)的计算公式计算测量点1、测量点2、测量点3处骨骼中的沉积能量分布T1(x)、T2(x)、T3(x)。
为验证本发明方法的组织等效修正效果，进一步获取各测量点处质子在相同大小（边长10μm的立方体）骨骼中的沉积能量分布B1(x)、B2(x)、B3(x)，将运用本发明提出的方法对金刚石微剂量探测器测量结果进行组织等效修正，将修正结果与骨骼中的沉积能量分布进行对比结果如图3-5所示，图3-5中横坐标表示骨骼中沉积的能量，纵坐标f(x)表示沉积能量分布。其中图3为测量点1处金刚石微剂量探测器的组织等效修正后沉积能量分布与骨骼中的沉积能量分布对比示意图；图4为测量点2处金刚石微剂量探测器的组织等效修正后沉积能量分布与骨骼中的沉积能量分布对比示意图；图5为测量点3处金刚石微剂量探测器的组织等效修正后沉积能量分布与骨骼中的沉积能量分布对比示意图，综合上述图3-5可以看出，通过本发明方法对微剂量探测器进行组织等效修正后得到在生物组织材料中的沉积能量分布与相同设定条件下获取的在骨骼中的沉积能量分布高度重合，即本发明方法能将探测器测得的沉积能量分布准确转换为相同条件下生物组织体中的沉积能量分布，可为准确表征生物组织中能量沉积分布提供指导依据。
以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种微剂量探测器的组织等效修正方法，其特征在于：所述方法包括：
获取某一设定条件下电离辐射在微剂量探测器中沉积能量分布D(x)；
获取所述设定条件下进入微剂量探测器的粒子的平均入射能量E in ；
计算当前入射能量下生物组织材料T和微剂量探测器材料D的线性阻止本领比λ；
对沉积能量分布D(x)进行归一化处理得出归一化分布H(x)；
根据阻止本领比λ对归一化分布H(x)进行变换处理得出变换分布C(x)；
计算归一化分布H(x)和变换分布C(x)的期望值比α；
根据变换分布C(x)和期望值比α计算生物组织材料的沉积能量分布T(x)。
2.根据权利要求1所述微剂量探测器的组织等效修正方法，其特征在于：所述粒子平均入射能量E in 根据入射粒子源能量、输运介质、输运距离确定。
3.根据权利要求2所述微剂量探测器的组织等效修正方法，其特征在于：所述平均入射能量E in 的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，R表示粒子在生物组织中穿过的距离；i表示第i个能量点；n表示能量点数量范围；E i 表示第i个能量点的能量；E n 表示第n个能量点的能量；ΔE表示能量间隔；S(E i )表示能量大小为E i 时，输运介质对入射粒子的线性阻止本领。
4.根据权利要求1所述微剂量探测器的组织等效修正方法，其特征在于：所述线性阻止本领比λ的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，S表示输运介质对入射粒子的线性阻止本领；S(E in ,微剂量探测器) 表示入射能量为E in 时，微剂量探测器的线性阻止本领；S(E in ,组织) 表示入射能量为E in 时，组织的线性阻止本领。
5.根据权利要求1所述微剂量探测器的组织等效修正方法，其特征在于：所述归一化处理的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
其中，i表示第i个能量点；h(x i )表示归一化分布H(x)中点x i 的取值；d(x i )表示沉积能量分布D(x)中点x i 的概率值；d(x) max 为沉积能量分布D(x)中最大概率值，此处x表征粒子沉积能量。
6.根据权利要求1所述微剂量探测器的组织等效修正方法，其特征在于：所述变换处理的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中，x表征粒子沉积能量。
7.根据权利要求1所述微剂量探测器的组织等效修正方法，其特征在于：所述期望值比α的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
其中，x表征粒子沉积能量；E[H(x)]表示归一化分布H(x)的期望值；E[C(x)] 表示变换分布C(x)的期望值；k表示微剂量探测器和生物组织中沉积能量分布的系数比。
8.根据权利要求1所述微剂量探测器的组织等效修正方法，其特征在于：所述生物组织材料的沉积能量分布T(x)的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
其中，d(x) max 为沉积能量分布D(x)中最大概率值；x表征粒子沉积能量。
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