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一种人体 辐射组织等效材料及剂量测量模型

阅读：390发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种人体辐射组织等效材料及剂量测量模型专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种人体辐射组织等效材料及剂量测量模型，所述人体辐射组织等效材料是基于ICRU元素比例推荐值组成的材料的能损率确定；所述组成的材料对电离辐射能损率和所述人体辐射组织等效材料对电离辐射能损率的差值小于5％，所述剂量测量模型包括：辐射剂量测量球模型或辐射剂量测量平板模型；模型的材料均为所述的人体辐射组织等效材料，模型内设置有用于放置辐射探测器的测量槽，在设定辐射条件下，所述辐射探测器用于测量待测位置的辐射剂量。本发明为人体器官剂量的监测提供了合理的人体辐射组织等效材料及剂量测量模型。，下面是一种人体辐射组织等效材料及剂量测量模型专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种人体辐射组织等效材料，其特征在于，所述人体辐射组织等效材料是基于ICRU元素比例推荐值组成的材料的能损率确定；
所述组成的材料对电离辐射能损率和所述人体辐射组织等效材料对电离辐射能损率的差值小于5％。
2.根据权利要求1所述的人体辐射组织等效材料，其特征在于，所述人体辐射组织等效材料的密度为1g/cm3。
3.一种剂量测量模型，其特征在于，所述剂量测量模型包括：辐射剂量测量球模型或辐射剂量测量平板模型；所述辐射剂量测量球模型和所述辐射剂量测量平板模型的材料均为如权利要求1-2任意一项所述的人体辐射组织等效材料；
所述辐射剂量测量球模型包括多个球壳层或多个第一平面层，各所述球壳层具有同一个球心，各所述第一平面层所在的平面平行；
所述辐射剂量测量平板模型包括多个第二平面层，各所述第二平面层所在的平面平行；
各层设置有用于放置辐射探测器的测量槽；
在设定辐射条件下，所述辐射探测器用于测量待测位置的辐射剂量。
4.根据权利要求3所述的剂量测量模型，其特征在于，各所述球壳层设置有多个测量槽，各所述测量槽以所述球壳层的球心为中心均匀分布在所述球壳层上。
5.根据权利要求3所述的剂量测量模型，其特征在于，所述第一平面层和所述第二平面层均设置有多个测量槽，各所述测量槽以所述平面层的中心为中心均匀分布在所述平面层上。
6.根据权利要求3所述的剂量测量模型，其特征在于，各所述球壳层的厚度相等。
7.根据权利要求3所述的剂量测量模型，其特征在于，各所述第一平面层的厚度相等。
8.根据权利要求3所述的剂量测量模型，其特征在于，各所述第二平面层的厚度相等。
9.根据权利要求3所述的剂量测量模型，其特征在于，所述辐射剂量测量球模型的直径为30cm。
10.根据权利要求3所述的剂量测量模型，其特征在于，所述辐射剂量测量平板模型的尺寸为30cm×30cm×15cm。

说明书全文

一种人体辐射组织等效材料及剂量测量模型

技术领域

[0001] 本发明涉及人体组织等效材料及剂量测量技术领域，特别是涉及一种人体辐射组织等效材料及剂量测量模型。

背景技术

[0002] 现代核技术的发展、战略新武器装备试验、战略领地的海空天环境拓展，特别是在载人航天、航空极地飞行、核潜艇及陆基核武器试验、核电站安全、大型加速器实验、放射治疗、质子治疗和重离子治疗等方面，电离辐射(包括高能粒子辐射)类型日趋多样，辐射人体安全问题也得到日益重视。为保护电离辐射环境下人员健康和武器装备的正常运行，剂量监测是最核心的一个测量指标，国际电离辐射防护委员会ICRP 103号报告及我国国家标准GB 18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》要求用基于人体器官监测为基础有效剂量作为评价指标，而作为人体器官剂量监测的基础支撑体系，即电离辐射的人体器官剂量计量标准、方法、规范等，目前我国尚未建立，亟待开展这一领域的研究。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种人体辐射组织等效材料及剂量测量模型。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0005] 一种人体辐射组织等效材料，所述人体辐射组织等效材料是基于ICRU元素比例推荐值组成的材料的能损率确定；

[0006] 所述组成的材料对电离辐射能损率和所述人体辐射组织等效材料对电离辐射能损率的差值小于5％。

[0007] 可选的，所述人体辐射组织等效材料的密度为1g/cm3。

[0008] 一种剂量测量模型，所述剂量测量模型包括：辐射剂量测量球模型或辐射剂量测量平板模型；所述辐射剂量测量球模型和所述辐射剂量测量平板模型的材料均为所述的人体辐射组织等效材料；

[0009] 所述辐射剂量测量球模型包括多个球壳层或多个第一平面层，各所述球壳层具有同一个球心，各所述第一平面层所在的平面平行；

[0010] 所述辐射剂量测量平板模型包括多个第二平面层，各所述第二平面层所在的平面平行；

[0011] 各层设置有用于放置辐射探测器的测量槽；

[0012] 在设定辐射条件下，所述辐射探测器用于测量待测位置的辐射剂量。

[0013] 可选的，各所述球壳层设置有多个测量槽，各所述测量槽以所述球壳层的球心为中心均匀分布在所述球壳层上。

[0014] 可选的，所述第一平面层和所述第二平面层均设置有多个测量槽，各所述测量槽以所述平面层的中心为中心均匀分布在所述平面层上。

[0015] 可选的，各所述球壳层的厚度相等。

[0016] 可选的，各所述第一平面层的厚度相等。

[0017] 可选的，各所述第二平面层的厚度相等。

[0018] 可选的，所述辐射剂量测量球模型的直径为30cm。

[0019] 可选的，所述辐射剂量测量平板模型的尺寸为30cm×30cm×15cm。

[0020] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

[0021] 本发明提供一种人体辐射组织等效材料及剂量测量模型，所述人体辐射组织等效材料是基于ICRU元素比例推荐值组成的材料的能损率确定；所述组成的材料对电离辐射能损率和所述人体辐射组织等效材料对电离辐射能损率的差值小于5％，所述剂量测量模型包括：辐射剂量测量球模型或辐射剂量测量平板模型；模型的材料均为所述的人体辐射组织等效材料，模型内设置有用于放置辐射探测器的测量槽，在设定辐射条件下，所述辐射探测器用于测量待测位置的辐射剂量。本发明为人体器官剂量的监测提供了合理的人体辐射组织等效材料及剂量测量模型。附图说明

[0022] 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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0023] 图1为本发明实施例辐射剂量测量球模型一的结构示意图；

[0024] 图2为本发明实施例辐射剂量测量球模型二的结构示意图；

[0025] 图3为本发明实施例辐射剂量测量平板模型的结构示意图；

[0026] 图4为本发明实施例辐射照射实验示意图。

[0027] 符号说明：

[0028] 1、辐射剂量测量球模型，11、第一平面层，12、测量槽，13、辐射探测器，14、球壳层，2、辐射产生装置，3、辐射剂量测量平板模型，15、第二平面层。

具体实施方式

[0029] 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。

[0030] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0031] 一种人体辐射组织等效材料，所述人体辐射组织等效材料是基于ICRU元素比例推荐值组成的材料的能损率确定；

[0032] 所述组成的材料对电离辐射能损率和所述人体辐射组织等效材料对电离辐射能损率的差值小于5％。

[0033] 具体的，人体辐射组织等效材料由H、C、N、O等元素组成与肌肉组织相当，根据Bethe-Bloch计算人体辐射组织等效材料对γ射线和质子辐射等辐射的能损率，记为第一能损率，根据Bethe-Bloch计算ICRU元素比例推荐值((H)10.1％,(C)11.1％,(N)2.6％,(O)76.2％)组成的材料对γ射线和质子辐射等辐射的能损率，记为第二能损率，所述第一能损率和所述第二能损率作差，得到差值，若差值小于5％，则可以确定为人体辐射组织等效材料，人体辐射组织等效材料对质子响应的能量范围为10MeV～5.5GeV。

[0034] 图1为本发明实施例辐射剂量测量球模型一的结构示意图，图2为本发明实施例辐射剂量测量球模型二的结构示意图，图3为本发明实施例辐射剂量测量平板模型的结构示意图，如图1-图3所示，一种剂量测量模型，所述剂量测量模型包括：辐射剂量测量球模型1或辐射剂量测量平板模型3；所述辐射剂量测量球模型1和所述辐射剂量测量平板模型3的材料均为如上述所述的人体辐射组织等效材料。

[0035] 所述辐射剂量测量球模型1包括多个球壳层14或多个第一平面层11，各所述球壳层14具有同一个球心，各所述第一平面层11所在的平面平行。

[0036] 所述辐射剂量测量平板模型3包括多个第二平面层15，各所述第二平面层15所在的平面平行。

[0037] 各层设置有用于放置辐射探测器13的测量槽12，在设定辐射条件下，所述辐射探测器13用于测量待测位置的辐射剂量。

[0038] 具体的，所述辐射探测器13内放置有待测生物样品，在设定辐射条件下，所述辐射探测器13用于测量所述待测生物样品所在位置的辐射剂量。

[0039] 作为本发明一种实施方式，本发明各所述球壳层14设置有多个测量槽12，各所述测量槽12以所述球壳层14的球心为中心均匀分布或根据测量需要分布在所述球壳层14上，如图2所示为球壳层的截面示意图。

[0040] 作为本发明一种实施方式，本发明各所述第一平面层11设置有多个测量槽12，各所述测量槽12以所述第一平面层11的中心为中心均匀分布或根据测量需要分布在所述第一平面层11上。

[0041] 作为本发明一种实施方式，本发明所述第二平面层15设置有多个测量槽12，各所述测量槽12以所述第二平面层15的中心为中心均匀分布在所述第二平面层15上，如图3所示。

[0042] 作为本发明一种实施方式，本发明各所述球壳层14的厚度相等。

[0043] 作为本发明一种实施方式，本发明各所述第一平面层11的厚度相等。

[0044] 作为本发明一种实施方式，本发明各所述第二平面层15的厚度相等。

[0045] 作为本发明一种实施方式，本发明所述辐射剂量测量球模型1的直径为30cm。

[0046] 作为本发明一种实施方式，本发明所述辐射剂量测量平板模型3的尺寸为30cm×30cm×15cm。

[0047] 具体的，运用研制的模具对人体辐射组织等效材料进行塑型固化稳定，制作一个直径30cm的标准球即辐射组织等效球模型1，对标准球进行切割成平面层片状，然后在第一平面层11内开槽用于安装主动、被动探测器(辐射探测器)或受照生物组织样品。

[0048] 具体的，运用研制的模具对人体辐射组织等效材料进行塑型固化稳定，制作一个直径30cm的标准球即辐射组织等效球模型1，对标准球进行球壳层14切割设计，然后在球壳层14内开槽用于安装主动、被动探测器(辐射探测器)或受照生物组织样品。

[0049] 具体的，运用研制的模具对人体辐射组织等效材料进行塑型固化稳定，制作一个尺寸为30cm×30cm×15cm的立方体即辐射剂量测量平板模型3，对立方体切割成平面层片状，然后在第二平面层14内开槽用于安装主动、被动探测器(辐射探测器)或受照生物组织样品。

[0050] 图4为本发明实施例辐射照射实验示意图，如图4所示，辐射产生装置2产生X射线、γ射线、中子辐射、电子辐射、质子辐射和重离子辐射等电离辐射，在电离辐射的照射下，根据人体辐射组织等效材料的质能吸收系数和所处深度的不同，进行辐射剂量的测量及分析，得出不同深度吸收剂量的规律，同时进行数值模拟计算，将实验与计算仿真进行结合修正，得到不同深度位置所代表的器官剂量的确定方法。

[0051] 剂量测量模型设计包括以下几部分：

[0052] (1)模具设计

[0053] 根据辐射剂量测量球模型直径30cm的外形尺寸要求电脑设计外形，根据电脑外形尺寸图设计模具，第一平面层或球壳层根据层的厚度进行描线，用于切割。各层结构应用电脑设计每一层直径厚度，分别进行外形模具设计。

[0054] 根据辐射剂量测量平板模型30cm×30cm×15cm的外形尺寸要求电脑设计外形，根据电脑外形尺寸图设计模具，第二平面层根据层的厚度进行描线，用于切割。各层结构应用电脑设计每一层直径厚度，分别进行外形模具设计。

[0055] (2)探测器测量槽设计

[0056] 根据探测器的预埋的位置以及探测器尺寸设计探测器测量槽。

[0057] (3)剂量测量模型支架设计

[0058] 支撑板体，便于安装在实验平台上，开展辐射测试实验。

[0059] 剂量测量模型指标设计：

[0060] (1)几何尺寸

[0061] 设计制作完成后，对辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型进行尺寸测量，整体尺寸精度控制在1％以内，切割加工精度控制在1mm以内。

[0062] (2)密度

[0063] 对辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型材料进行密度测试，密度指标为1±0.01g/cm3。

[0064] (3)材料性能

[0065] a.元素组成

[0066] 人体辐射组织等效材料的H、C、N、O等元素组成百分数。

[0067] b.辐射响应等效性仿真测试

[0068] 根据人体辐射组织等效材料的密度和元素组成比例，对γ射线和质子辐射的能损率进行数值仿真计算，对质子响应的能量范围为10MeV～5.5GeV，辐射能损率响应等效性误差小于5％。

[0069] 辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型模型加工

[0070] (1)根据电脑设计图制作板模模具，合成材料后用浇注工艺成型辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型外形，应用数控机床加工模型外缘，然后根据板模分段先用专用工装固定板模，根据板模切割方案切割模型成断面，根据传感器的预埋位置以及传感器的尺寸打测试孔。

[0071] (2)辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型支架用低损耗介质材料制作，支架下端和与辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型下端外缘相吻合，便于辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型安装在实验平台上测试使用固定稳固，如图4所示。

[0072] 辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型加工：

[0073] (1)通过反应釜合成材料后，通过浇注孔注入模具，合成材料胶凝后，取出进行产品表面打磨抛光。

[0074] (2)为使方便安装探测器，辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型需要进行切割分层。采用专用工装固定模型，用专用锯床切割，因材料特殊性需要冷却切割，以保证切割的平整性和完整性，切开后的断面用固定销固定，切开断面用数控钻床在需要位置根据探测器尺寸进行打孔即打测量槽。

[0075] 辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型指标检测：

[0076] 辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型加工制作完成后，对辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型的指标进行测试，辐射组织等效球模型或辐射剂量测量平板模型体格几何参数相对于参考值的整体误差≤1％。

[0077] 本发明剂量测量模型主要应用于载人航天领域航天员辐射安全评价，适用于军事核设施人员剂量计量分析，适用于加速器设备、地面核电站及辐射医疗(放射治疗、质子治疗、重离子治疗)等场合的剂量控制与安全防护。

[0078] 本发明瞄准电离辐射人体器官剂量计量的方向，重点解决电离辐射人体安全评价体系中的基础缺项，即剂量测量模型。对器官剂量监测领域的计量基础进行立项研究，为完善电离辐射有效剂量的评价体系打下基础，为电离辐射专业的人体安全实现关键技术突破，为将来空间计量的辐射天地一体化的战略发展建立核心的技术平台。

[0079] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0080] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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