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1、(10)申请公布号 CN 103913760 A (43)申请公布日 2014.07.09 CN 103913760 A (21)申请号 201310753360.4 (22)申请日 2013.12.30 G01T 1/161(2006.01) (71)申请人 中国人民解放军 63653 部队 地址 841700 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 21 信箱 150 分箱 (72)发明人 不公告发明人 (74)专利代理机构 乌鲁木齐新科联知识产权代 理有限公司 65107 代理人 欧咏 (54) 发明名称 一种测量等效胸壁厚度的峰谷比方法 (57) 摘要 本发明提供一种测量等效胸壁厚度的峰谷比 方法。
2、， 使用肺部计数器对含有已知活度等效肺模 源的人体躯干模型进行体外直接测量， 通过改变 躯干模型胸壁的等效厚度， 得到不同等效胸壁厚 度下的测量谱， 对测量谱进行解谱分析得到对应 的峰区和谷区净计数n和C， 算出峰谷比R=n/C， 作 R MEQCWT曲线图并拟合得到关系函数， 将此函数 作为峰谷比法测量等效胸壁厚度的根本依据， 在 MEQCWT未知的情况下， 即可利用测量得到的峰谷比 R直接推算出实际的等效胸壁厚度 ； 本方法精准 简便， 一举两得。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求。
3、书1页 说明书6页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103913760 A CN 103913760 A 1/1 页 2 1. 一种测量等效胸壁厚度的峰谷比方法， 其特征在于 ： 分步骤实施 ： 1） 峰谷比法测量 MEQCWT函数形式确定 根据射线衰减规律推导理想条件下峰谷比法测量 MEQCWT的理论公式， 并用蒙卡模拟进 行了检验， 得到峰谷比法测量 MEQCWT的基本函数形式 ： 1R=kMEQCWT （2） 式中 ： R峰谷比 ； 肌肉对关注能量射线的线衰减系数 ； 几何修正因子， 与测量几何条件有关 ； k谷区散射因子， 表示 光子与物质发生一次相互作用时， 发生前向散射并到谷区。
4、 的概率， 与射线能量、 作用物质成分、 谷区的选择有关， 在测量射线能量及几何条件确定的 情况下， 峰谷比的倒数“谷峰比” 1/R 与 MEQCWT呈线性关系 ； 式 （2） 中的 k 因子的计算公式经理论推导得到 ； 式中 ： mi作用物质中各组成核素的质量衰减系数， cm2/g ； Wi作用物质中各组成核素的质量分数 ； ki作用物质中各组成核素的 k 因子， 单一核素的 k 因子， 用下面的推导公式表示 ： 式中 ： E、 E min、 Emax关注射线的初始能量、 谷区能量的下边界和上边界 ； Z、 A核素的原子序数、 质量数 ； m核素对关注能量射线的质量衰减系数 ； NA阿伏伽德。
5、罗常数， 6.0221023； hv/m0r02， r0为经典电子半径 ； 2） 峰谷比法测量 MEQCWT实验 利 用 肺 部 计 数 器 和 人 体 躯 干 模 型 进 行 MEQCWT的 峰 谷 比 法 测 量 实 验， 实 验 对 241Am59.54keV 射线的分辨率 FWHM 为 1keV， 铅屏蔽层厚度 10cm， 通风条件下 59.54keV 射线峰区平均本底为 0.0147cps ； 测量时， 调节 4 个探测器的相对位置， 使探测器前端面尽 量靠近胸壁表面并与之平行， 距离为 2-10mm， 整个测量过程中保持胸壁表面与探头的相对 位置不变 ； 3） 解谱分析与数据处理 。
6、为了得到不同胸壁厚度下的峰谷比， 所用肺模源为 241Am， 由肺部计数器测得的谱形图 ； 解谱获得峰区和谷区净计数后， 即可得到不同 MEQCWT下的峰谷比 R， 作 R MEQCWT曲线图并 拟合得到关系函数 ； 通过解谱分析与数值计算直接得到 MEQCWT， 不过在实际测量时， 应保持 探测器与胸壁的相对位置与实验测量时一致， 因为 （2） 式中的 值与测量几何条件密切相 关。 权 利 要 求 书 CN 103913760 A 2 1/6 页 3 一种测量等效胸壁厚度的峰谷比方法 技术领域 0001 本发明涉及辐射防护领域人体肺部沉积超铀核素的内照射剂量评估， 在测量肺部 放射性核素存量。
7、工作中有所应用， 具体涉及测量人体等效胸壁厚度的峰谷比方法。 背景技术 0002 对于从事放射性工作的人员， 在某些特定的工作环境下， 放射性气溶胶的吸入不 可避免,吸入的气溶胶被肺部吸收， 参与人体内循环， 随排泄物逐量被排出体外,但是部分 核素尤其是超铀核素如 Pu、 Am 等在肺部沉积时间很长， 参与人体内部循环的份额少， 将对 人体产生长期内照射危害 , 为对此类沉积核素进行内照射剂量评价， 需要对核素在肺部的 现有含量进行准确测定。 0003 目前采用较多的方法是采用肺部计数器对准胸部进行体外直接测量， 根据测量结 果和射线衰减规律计算肺部核素含量 , 在此过程中， 肺表面覆盖胸壁的。
8、厚度、 脂肪和肌肉 的相对含量等对计算结果影响显著， 通常用肌肉等效胸壁厚度 （Muscle Equivalent chest wall thickness， MEQCWT， 下文统一简称等效胸壁厚度） 这一物理量对这些参数进行统一标 定， 其计算公式如下 ： 0004 0005 式中 ： MEQCWT等效胸壁厚度 ； 0006 CWT几何胸壁厚度 ； 0007 AMF胸壁中脂肪的质量百分比 ； 0008 msc、 adp肌肉和脂肪对所测射线的线衰减系数。 0009 MEQCWT的引入使胸壁对射线的衰减能够按纯肌肉进行等效计算， 统一了变量， 简化 了计算程序， 在肺部沉积放射性测量中得到普遍。
9、应用。 （1） 式中 msc和 adp可由查表计算 得到， 在所测 射线能量确定的情况下为定值 ； CWT 和 AMF 的值受个体差异影响， 需进行具 体测量。AMF 通常用皮脂钳即可测量 ； CWT 是胸壁的实际厚度， 目前普遍采用的测量方法是 利用医学成像设备 （主要包括 CT、 B 超、 MRI 等） 对人体胸部进行断层扫描， 通过三维重建形 成立体影像并进行影像分割， 然后利用电子尺或者人工方法对分割出来的胸壁直接测量得 到胸壁厚度 CWT。 0010 上述方法测量 MEQCWT精度较高， 但同时存在两方面的缺点 ： 1） 需要借助额外的医 疗器械， 增加了测量程序， 测量成本升高 ；。
10、 2） 不能直接得到MEQCWT的值,针对这些问题， 利用 峰谷比法直接测量 MEQCWT是一种行之有效的解决方法。 0011 测量等效胸壁厚度的峰谷比法是根据射线穿过介质后被探测器吸收所形成的谱 中， 峰区和谷区计数的比值， 即 “峰谷比” 直接反应介质等效厚度的信息这一原理， 使用肺部 计数器对 MEQCWT进行直接测量的。峰区是指所测 射线的全能峰 ； 谷区一般选取康普顿 边缘到全能峰左侧之间的一小段区域， 在没有阻挡介质时， 谷区计数很低， 但当有介质阻挡 时， 射线的前向散射作用增加， 使得谷区计数增加， 同时由于介质对全能射线的衰减， 峰区 说 明 书 CN 103913760 A。
11、 3 2/6 页 4 计数随之减少， 两种相反的变化使得当等效胸壁厚度增加时， 峰谷比将呈现明显的下降趋 势 , 因此研究峰谷比随等效胸壁厚度的变化规律并得到相应的关系函数， 对于等效胸壁厚 度的峰谷比法直接测量具有重要的现实意义。 0012 文献检索表明， 国内外关于 MEQCWT测量的文献报道多数基于式 （1） ， 先利用医学成 像设备测出 CWT 后再代入 （1） 式进行计算， 而峰谷比法多用于放射性核素深度分布的就地 测量， 关于等效胸壁厚度的峰谷比法直接测量方面的研究尚未见报道。 0013 本发明利用峰谷比法测量等效胸壁厚度， 可以在测量肺部放射性沉积的同时获知 MEQCWT的值， 。
12、克服了传统 MEQCWT测量方法存在的需借助医学设备、 测量程序复杂、 成本高、 不 能直接测量等效胸壁厚度的问题 , 在实验刻度出 R MEQCWT关系函数的基础上， 能够利用 同一套设备测量、 解谱、 快速算出 MEQCWT值， 简单方便， 操作性强， 在肺部内照射剂量评价中 具有很好的实际应用价值。 发明内容 0014 本发明的目在于 ： 提供的测量等效胸壁厚度的峰谷比方法， 在测量肺部放射性沉 积量的同时实现对等效胸壁厚度的峰谷比法直接测量， 解决传统测量方法的两个主要缺 陷。 0015 本发明的目的是这样实现的 ： 一种测量等效胸壁厚度的峰谷比方法， 分步骤实 施 ： 0016 1）。
13、 峰谷比法测量 MEQCWT函数形式确定 0017 根据射线衰减规律推导了理想条件下峰谷比法测量 MEQCWT的理论公式， 并用蒙卡 模拟进行了检验， 得到峰谷比法测量 MEQCWT的基本函数形式 ： 0018 1R=kMEQCWT （2） 0019 式中 ： R峰谷比 ； 0020 肌肉对关注能量射线的线衰减系数 ； 0021 几何修正因子， 与具体的测量几何条件有关 ； 0022 k谷区散射因子， 表示 光子与物质发生一次相互作用时， 发生前向散射并到 谷区的概率， 与射线能量、 作用物质成分、 谷区的选择有关 ； 在测量射线能量及几何条件确 定的情况下， 峰谷比的倒数“谷峰比” 1/R 。
14、与 MEQCWT呈明显的线性关系 ； 0023 式 （2） 中的 k 因子的计算公式经理论推导得到 ； 0024 0025 式中 ： mi作用物质中各组成核素的质量衰减系数， cm 2/g ； 0026 Wi作用物质中各组成核素的质量分数 ； 0027 ki作用物质中各组成核素的 k 因子， 单一核素的 k 因子可以用下面的推导公式 表示 ： 说 明 书 CN 103913760 A 4 3/6 页 5 0028 0029 式中 ： E、 E min、 Emax关注射线的初始能量、 谷区能量的下边界和上边界 ； 0030 Z、 A核素的原子序数、 质量数 ； 0031 m核素对关注能量射线的质。
15、量衰减系数 ； 0032 NA阿伏伽德罗常数， 6.0221023； 0033 hv/m0r02， r0为经典电子半径 ； 0034 2） 峰谷比法测量 MEQCWT实验 0035 利用肺部计数器和人体躯干模型进行 MEQCWT的峰谷比法测量实验， 实验对 241Am59.54keV 射线的分辨率 FWHM 为 1keV， 铅屏蔽层厚度 10cm， 通风条件下 59.54keV 射线峰区平均本底为 0.0147cps ； 测量时， 调节 4 个探测器的相对位置， 使探测器前端面尽 量靠近胸壁表面并与之平行， 距离为 2-10mm， 整个测量过程中要保持胸壁表面与探头的相 对位置不变 ； 003。
16、6 3） 解谱分析与数据处理 0037 为了得到不同胸壁厚度下的峰谷比， 所用肺模源为 241Am， 由肺部计数器测得的谱 形图 ； 解谱获得峰区和谷区净计数后， 即可得到不同MEQCWT下的峰谷比R， 作RMEQCWT曲线 图并拟合得到关系函数 ； 通过解谱分析与数值计算直接得到 MEQCWT， 不过在实际测量时， 应 保持探测器与胸壁的相对位置与实验测量时一致， 因为 （2） 式中的 值与测量几何条件密 切相关。 0038 本发明为等效胸壁厚度的峰谷比测量方法， 使用肺部计数器对含有已知活度等效 肺模源的人体躯干模型进行体外直接测量， 通过改变躯干模型胸壁的等效厚度， 得到不同 等效胸壁厚。
17、度下的测量谱， 对测量谱进行解谱分析得到对应的峰区和谷区净计数 n 和 C， 算 出峰谷比 R=n/C， 作 R MEQCWT曲线图并拟合得到关系函数， 将此函数作为峰谷比法测量等 效胸壁厚度的根本依据， 在 MEQCWT未知的情况下， 即可利用测量得到的峰谷比 R 直接推算出 实际的等效胸壁厚度 ； 本方法精准、 简便， 一举两得， 彰显技术进步。 附图说明 0039 本发明将结合附图作进一步说明。 0040 附图为 241Am 肺模测量谱 ; 0041 如图所示 ： 1- 峰区、 2- 谷区 ； 本底 A ； 射线的非全能吸收贡献 B ； 胸壁的前向散射 贡献 C， 其中 C 部分为所要求。
18、的谷区净计数 ； 本底 A 通过全能峰右侧相同道宽的本底作为等 效， B部分由全能峰净计数乘以非全能吸收因子F获得， F是只与探测器结构相关的参数， 通 过肺模源不加胸壁盖板时，（谷区计数 - 本底计数） 除以全能峰净计数得到 ； 全能峰净计数 利用谱获取软件自带的峰面积计算功能得到。 具体实施方式 0042 本发明将结合实施例作进一步说明。 说 明 书 CN 103913760 A 5 4/6 页 6 0043 实施例 0044 1、 峰谷比法测量 MEQCWT函数形式确定 0045 基于MEQCWT实际测量中胸壁及肺部的形状不规则、 组分不均匀， 无法进行精确的数 学建模以推导测量公式的问。
19、题， 对测量条件予以简化， 将肺及胸壁分别简化为形状规则、 成 分均匀的圆柱体， 它们的成分分别采用 ICRU46 号报告给出的肺部及肌肉的核素成分进行 等效。根据射线衰减规律推导了理想条件下峰谷比法测量 MEQCWT的理论公式， 并用蒙卡模 拟进行了检验， 得到峰谷比法测量 MEQCWT的基本函数形式 ： 0046 1R=kMEQCWT （2） 0047 式中 ： R峰谷比 ； 0048 肌肉对关注能量射线的线衰减系数 ； 0049 几何修正因子， 与具体的测量几何条件有关 ； 0050 k谷区散射因子， 表示光子与物质发生一次相互作用时， 发生前向散射并到 谷区的概率， 与射线能量、 作用。
20、物质成分、 谷区的选择有关 ； 0051 可以看出， 在测量射线能量及几何条件确定的情况下， 峰谷比的倒数“谷峰 比” 1/R 与 MEQCWT呈明显的线性关系 ； 0052 式 （2） 中的 k 因子的计算公式经理论推导得到 ； 0053 0054 式中 ： mi作用物质中各组成核素的质量衰减系数， cm2/g ； 0055 Wi作用物质中各组成核素的质量分数 ； 0056 ki作用物质中各组成核素的 k 因子， 单一核素的 k 因子可以用下面的推导公 式表示 ： 0057 0058 式中 ： E、 E min、 Emax关注射线的初始能量、 谷区能量的下边界和上边界 ； 0059 Z、 A。
21、核素的原子序数、 质量数 ； 0060 m核素对关注能量射线的质量衰减系数 ； 0061 NA阿伏伽德罗常数， 6.0221023； 0062 hv/m0r02， r0为经典电子半径。 0063 2、 峰谷比法测量 MEQCWT实验 0064 利用肺部计数器和人体躯干模型进行 MEQCWT的峰谷比法测量实验。实验所用 肺部计数器由一个铅屏蔽室， 4 个平板型低本底 HPGe 探头、 多道谱仪等组成， 探头型号 EGM3800-20-R， 法国 EUROS 公司生产， 对 241Am59.54keV 射线的分辨率 FWHM 为 1keV ； 铅屏 蔽层厚度 10cm， 通风条件下 59.54ke。
22、V 射线峰区平均本底为 0.0147cps ； 仿真躯干模型按 照实际成年人体型制作而成， 各组织按照等效材料制作， 内部为肺模源， 上面覆盖的胸壁具 有不同厚度的模板， 可拆卸。 说 明 书 CN 103913760 A 6 5/6 页 7 0065 测量时， 调节 4 个探测器的相对位置， 使探测器前端面尽量靠近胸壁表面并与之 平行， 距离宜取 2-10mm， 位置调好后固定探测器阵列， 对覆盖不同厚度胸壁盖板的躯干模型 进行测量， 并对测量得到的谱进行保存， 整个测量过程中要保持胸壁表面与探头的相对位 置不变。 0066 3、 解谱分析与数据处理 0067 为了得到不同胸壁厚度下的峰谷比。
23、， 需要对测量谱进行解谱分析， 本发明所用肺 模源为 241Am， 由肺部计数器测得的谱形如图所示。 0068 通常选取全能峰左侧计数较低的一段作为谷区， 在铅屏蔽室内， 谷区计数一般由 三部分组成 ： 本底 A ； 射线的非全能吸收贡献 B ； 胸壁的前向散射贡献 C， 其中 C 部分为所要 求的谷区净计数。本底通过全能峰右侧相同道宽的本底作为等效， B 部分可由全能峰净计 数乘以非全能吸收因子 F 获得， F 是只与探测器结构相关的参数， 可以通过肺模源不加胸壁 盖板时，（谷区计数 - 本底计数） 除以全能峰净计数得到。全能峰净计数可以利用谱获取软 件自带的峰面积计算功能得到。 0069 。
24、解谱获得峰区和谷区净计数后， 即可得到不同MEQCWT下的峰谷比R， 作RMEQCWT曲 线图并拟合得到关系函数， 该函数即可用于实际的等效胸壁厚度测量， 达到在测量肺部放 射物质存量的同时， 通过解谱分析与数值计算直接得到 MEQCWT的目的。不过在实际测量时， 应保持探测器与胸壁的相对位置与实验测量时一致， 因为 （2） 式中的 值与测量几何条件 密切相关。 0070 4、 技术效果验证 0071 利用上面所述的实验装置及数据处理方法进行了峰谷比法测量等效胸壁厚度实 验验证。 0072 阵列探测器表面距离胸壁表面5mm， 躯干模型包括一个胸壁基板及14cm四种不 同厚度的胸壁盖板， 分别使。
25、用胸壁基板以及基板加盖不同厚度的胸壁盖板进行等效胸壁厚 度测量实验， 谷区能量为 56 58keV。对测量谱进行解谱并将四个探测器的结果进行加和 处理， 得到不同胸壁厚度对应的谷峰比 1/R。对 MEQCWT及 1/R 进行函数拟合， 得 ： 0073 1R=0.046MEQCWT+0.011 （5） 0074 相关系数 R2=0.997。 0075 可见谷峰比 1/R 与 MEQCWT呈明显的线性关系， 与 （2） 式给出的函数形式是吻合的。 对于肌肉而言， 在射线能量为 59.54keV， 谷区为 56 58keV 时， 通过式 （3） 计算得到相应的 k=0.161， 查表得 =0.21。
26、4， 所以实验条件下的几何修正因子为 =0.046/k=1.34。测量 条件不变则 不变， 在实际测量时， 应保证探测器与人体胸壁的相对位置和距离等与实验 测量时一样， 这时 便可看做一个定值， 直接利用实验刻度的 1/R MEQCWT关系函数即可 测得等效胸壁厚度值。 0076 利用实验得到的谷峰比和拟合得到的 （5） 式进行 MEQCWT的计算， 计算结果及其与 实际值的比较见下表。 0077 表 等效胸壁厚度计算结果 0078 说 明 书 CN 103913760 A 7 6/6 页 8 0079 0080 由上表数据得知 ： 利用拟合公式计算出来的MEQCWT值与实际值相对偏差在3%以 内。说明拟合公式准确可信的， 利用峰谷比法测量等效胸壁厚度是可行的。 说 明 书 CN 103913760 A 8 1/1 页 9 说 明 书 附 图 CN 103913760 A 9 。