一种人体核素分析测量装置及方法与流程

1.本发明涉及放射性探测医疗设备技术领域，尤其涉及一种人体核素分析测量装置及方法。

背景技术：

2.随着医学的发展，医用放射性同位素在放射诊疗领域的需求量逐年增大，对经放射性后的肿瘤患者及其家属、志愿者、同学/同事及可能有接触的公众成员的辐射安全问题也愈加被重视。
3.目前，比较常用的方法是患者服用完医生给出的处方剂量的药物后，引导患者用普通剂量率仪测出离患者一定距离远处的剂量率，得出患者服用药物活度与剂量率的比例关系；在患者出院前重复一次测量操作，得出此时患者体内的残余放射性活度，并与国家标准规定的患者出院控制限值比较，以判断患者是否可以出院。采用普通剂量率仪简易测量的方案存在的问题主要是在患者服药后及出院前需至少两次测量的问题，如何保障两次测量条件尽量相同，不致测量结果存在较大误差成为考验上述简易测量方案可靠性的关键。由于患者个体差异及放射性核素衰变会导致较大的测量误差，为尽量消除影响，患者服药后需及时测量其周围辐射水平，以获取针对患者个人的药物活度与剂量率的比例关系，要求测量系统与给药窗口距离不能太远；为尽量消除与出院测量的环境几何误差，测量系统离核医学科出口也不能太远，这对核医学科整体布局提出较大挑战，这种出入口相隔较近的平面设计，对核医学科防污染扩散较不利。而如果采用两套测量系统，分设于出入口两端，则需对测量系统进行同步校准，消除系统误差，给辐射探测工作带来诸多不便。

技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种人体核素分析测量装置及方法，解决了现有技术需要测量两次，测量精度差，使用不便的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种人体核素分析测量装置，包括，屏蔽支架，呈门形结构，其包括底板和顶板，在底板的两端分别竖向设有背板和电气柜，所述顶板的两端分别与背板和电气柜的上端相连，底板、背板、电气柜和顶板围合成一测量腔室；在所述电气柜靠近背板的一侧设有测量窗；升降机系统，安装于电气柜中；辐射探测系统，包括硬件单元，所述硬件单元包括gm计数器和nai能谱仪，用于采集患者体内放射性核素衰变释放出的光子在gm计数器和nai能谱仪中产生的吸收剂量率数据；所述gm计数器和nai能谱仪安装在升降机系统上，并所述gm计数器和nai能谱仪的测量端均正对测量窗，所述gm计数器和nai能谱仪在升降机系统的带动下，其测量端能够沿竖直方向上下移动；所述辐射探测系统还包括软件单元，所述软件单元采用蒙特卡罗仿真，在无放射性核素时进行无源效率刻度，模拟放射性核素衰变释放出的光子经人体后被探测到的
计数效率，用于真实测量过程中，计算患者体内残留放射性核素的活度；信息化辅助系统，包括身体质量指数测量单元，所述身体质量指数测量单元用于对蒙特卡罗仿真结果的修正，通过测量获取待测患者的身体质量指数，与仿真模型比对，以修正不同体型患者的测量结果；健康管理系统，与辐射探测系统相连，包括辐射防护评估单元，用于判断所述人体内残留放射性核素的活度是否符合预设的出院管理限值条件，并在符合条件时为患者提出个性化的辐射防护建议；电源系统，用于为各系统提供电源。
6.作为优化，所述身体质量指数测量单元包括身高测量装置和体重测量装置，分别用于获取待测患者的身高和体重，并获取待测患者的身体质量指数。
7.作为优化，所述身高测量装置采用设置在顶板上的红外线探测装置，所述体重测量装置采用设置在底板上的电子秤。
8.作为优化，在所述健康管理系统还包括出入口管理单元，所述出入口管理单元包括设置在测量腔室出口和/或入口处的阻挡机构，所述阻挡机构采用道闸式或平开门式或推拉门式结构；所述辐射防护评估单元还包括打印单元，所述打印单元用于为满足预设条件的待测患者出具辐射防护建议。
9.作为优化，所述升降机系统预设有多种可选模式，并能够根据选择的模式带动所述gm计数器和nai能谱仪的测量端沿测量窗移动至预设位置。
10.作为优化，所述升降机系统与所述身体质量指数测量单元连接，并能够根据身体质量指数对所述预设位置进行修正。
11.作为优化，所述信息化辅助系统还包括语音视频交互系统，用于与待测患者进行语音或视频交互。
12.基于上述人体核素分析测量装置，本发明还提供了一种人体核素分析测量方法，采用所述的人体核素分析测量装置，包括以下步骤，s1、待测患者进入屏蔽支架的测量腔室内，并将待测部位正对测量窗站立；s2、身体质量指数测量单元的身体测量装置和体重测量装置分别对待测患者的身高和体重进行测量，并获取待测患者的身体质量指数；s3、升降机系统带动辐射探测系统的gm计数器和nai能谱仪移动至预设位置，并对待测患者进行辐射测量；首先用gm计数器测量，判断是否在nai能谱仪测量范围內，若是，则启用nai能谱仪进行测量，并上传nai能谱仪数据至软件单元；否则上传gm计数器数据至软件单元；s4、软件单元根据蒙特卡罗仿真结果，并通过身体质量指数修正，计算获取人体内残留放射性核素的活度，并将最终结果上传至健康管理系统；s5、健康管理系统将最终结果与预设的出院管理限值比较，判断是否准予患者出院；并在符合条件时为患者提出个性化的辐射防护建议。
13.作为优化，步骤s5中，若人体内残留放射性核素的活度满足出院条件，则通过打印单元向待测患者出具辐射防护建议，否则，提醒待测患者继续留观。
14.作为优化，步骤s2中，通过语音交互系统指导待测患者将待测部位正对测量窗站立。
15.本技术与现有技术相比具有以下有益效果：本发明摒弃了过去间接测量的手段，通过门式结构搭建一处小型测量平台，屏蔽测量室内天然本底放射性的干扰，采用nai能谱仪与gm计数器双探测模式，提升的患者体内放射性测量的精度，并采用蒙特卡罗方法进行仿真，消除测量几何误差，同时，搭载身体质量指数评估系统，实时修正因患者体形变化引起的测量误差。还搭载有语音交互系统，设计上兼顾人体工程学原理，使患者有更好的使用体验。在提高测量精度的同时，也为患者及患者周边公众的辐射安全提供了保障。本发明相比过去的相对通用的简易测量方案，使患者有更好的使用体验，对提升医院形象有着重要的意义；同时，也为推动医用同位素高质量发展和健康中国建设有积极的促进作用。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的工作示意图；图3为本发明的工作流程图；图4为本发明的蒙特卡罗仿真模拟的人体模型示意图；图5为本发明的人体质量减弱系数曲线；图6为本发明的的nai能谱仪无源效率刻度示意图（以甲状腺和膀胱为例）；图中，1底板，2顶板，3背板，4电控柜，5测量腔室，6测量窗，7升降机系统，8 gm计数器，9 nai能谱仪。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
18.如图1-6所示，具体实施时：一种人体核素分析测量装置，可实现体外剂量率和体内残余放射性活度测量，涵盖核素包括但不限于铟(
111
in)、碘(
131
i)、钐(
153
sm)、铼(
186
re)、铼(
188
re)、金(
198
au)、铊(
201
tl)。具体包括，如图1所示，屏蔽支架，呈门形结构，其包括底板1和顶板2，在底板1的两端分别竖向设有背板3和电气柜4，所述顶板2的两端分别与背板3和电气柜4的上端相连，底板1、背板3、电气柜4和顶板2围合成一测量腔室5；在所述电气柜4靠近背板3的一侧设有测量窗6；所述电气柜4、背板3、顶板2和底板1一体制成，并采用屏蔽材料，能够很好地屏蔽外部辐射干扰，同时也能够对内屏蔽，减小辐射探测对外部环境的影响。
19.升降机系统7，安装于电气柜4中，采用较为常见的升降机，包括竖向设置的导轨，在导轨上滑动配合安装有支座，所述支座与一驱动电机连接，所述驱动电机能够驱动支座沿导轨滑动。所述升降机系统7可以预设有多种可选的测量模式，并能够根据选择的测量模式带动gm计数器8和nai能谱仪9移动至预设位置，从而便于根据需要精准的对患者的特定部位进行辐射探测，提高了几何测量精度。同时，升降机系统7还可以与所述身体质量指数测量单元连接，并能够根据身体质量指数对预设位置进行修正。具体的，升降机系统7与身高测量装置和体重测量装置的测量结果耦合，从而对升降的位置进行修正，从而满足对不同体型的患者的特定部位进行定点探测。测量时，将辐射探测系统升降至患者病灶/显影组
织实际高度，获得高的几何探测效率，提高测量精度，并减少测量时间。
20.辐射探测系统，具体包括硬件单元和软件单元，所述硬件单元包括gm计数器8和nai能谱仪9，用于采集人体核素衰变释放出的光子在gm计数器8和nai能谱仪9中产生的吸收剂量率数据；所述gm计数器8和nai能谱仪9与升降机系统7连接，并所述gm计数器8和nai能谱仪9的测量端均正对测量窗6，所述gm计数器8和nai能谱仪9在升降机系统7的带动下，其测量端能够沿测量窗6上下移动。所述软件单元采用蒙特卡罗仿真技术，在无放射性核素时进行无源效率刻度，模拟放射性核素衰变释放出的光子经人体后被探测到的计数效率，用于真实测量过程中，计算患者体内残留放射性核素的活度。本发明适用能谱仪升级，包括但不限于csi（tl）碘化铯伽玛能谱仪、labr3(ce) 溴化镧伽玛能谱仪、cdznte碲锌化镉伽玛能谱仪、高纯锗(hpge) 伽玛能谱仪等。
21.信息化辅助系统，包括身体质量指数测量单元，所述身体质量指数测量单元用于对蒙特卡罗仿真结果的修正，通过测量获取待测患者的身体质量指数，与仿真模型比对，以修正不同体型患者的测量结果；所述身体质量指数测量单元包括身高测量装置和体重测量装置，分别用于获取待测患者的身高和体重，并计算待测患者的身体质量指数。所述身高测量装置采用设置在顶板2上的红外测距装置，所述体重测量装置采用设置在底板1上的电子秤。另外，所述信息化辅助系统还包括语音视频交互系统，用于与待测患者进行语音或视频交互，可通过人体感应装置完成与患者的初级交流，指挥患者检查前就位；同时医技人员也可通过设备视频功能观察患者实时情况，并通过语音交互系统对患者实现高级指导，使用方便。
22.健康管理系统，与辐射探测系统相连，包括辐射防护评估单元，用于判断所述人体内残留放射性核素的活度是否符合预设的出院管理限值条件，并在符合条件时为患者提出个性化的辐射防护建议。在所述健康管理系统还包括出入口管理单元，所述出入口管理单元包括设置在测量腔室5出口和/或入口处的阻挡机构，所述阻挡机构采用道闸式或平开门式或推拉门式结构；所述辐射防护评估单元还包括打印单元，所述打印单元用于为满足预设条件的待测患者出具辐射防护建议。
23.还包括客户关系管理系统，与健康管理系统连接，用于读取和下载患者资料或档案。
24.电源系统，用于为各系统提供电源。
25.本发明是一款人体核素分析测量仪，通过nai能谱仪和gm计数器8组成的双辐射探测系统，辅以升降机实现近距离高几何探测效率和bmi指数人体组织减弱修正，获得更高的体内残余放射性测量精度；采用无源效率刻度(蒙特卡罗仿真)设计，实现无准直测量，减少运动部件重量，达到节能降耗和降低故障率的目的；结合测量分析结果，并为患者提供定制的个性化术后居家、办公辐射安全建议。本发明广泛适用于各大综合医院核医学科放射诊疗出院测量，各职业病防治医院、疾控中心等卫生职能部门对放射性相关疾病、事故的检查、评价数据获取，及其他存在内照射风险的核技术利用单位。
26.基于上述测量装置，本发明还提供了一种人体核素分析测量方法，采用所述的人体核素分析测量装置，包括以下步骤，如图3所示，首先，在设备设计阶段，在软件单元中，采用蒙特卡罗仿真技术根据标准人体模型建立模型，模拟人体内的放射性核素衰变产生的光子经人体后被探测的计数效率，并对应
建立该计数效率与人体内残留核素活度的关系。具体的，通过蒙特卡罗仿真，建立人体模型，模拟如碘-131在胃、甲状腺、胸腺、膀胱的沉积，得到外照射周围剂量当量率与体内残留放射性碘活度的关系，这个过程就是无源效率刻度，如图6所示。
27.使用时，s1、如图2所示，待测患者进入屏蔽支架的测量腔室5内，并将待测部位正对测量窗6站立。医技人员可通过语音交互系统指导待测患者将待测部位正对测量窗6站立，测量时，待测患者背靠背板3，面向电气柜4的方向，并将待测部位正对测量窗6的位置。
28.s2、身体质量指数测量单元的身体测量装置和体重测量装置分别对待测患者的身高和体重进行测量，并计算待测患者的身体质量指数。
29.s3、升降机系统带动辐射探测系统的gm计数器和nai能谱仪移动至预设位置，并对待测患者进行辐射测量；首先用gm计数器测量，判断是否在nai能谱仪测量范围內，若是，则启用nai能谱仪进行测量，并上传nai能谱仪数据至软件单元；否则上传gm计数器数据至软件单元。一般情况下，nai能谱仪9的测量精度较高，大多为盖革计数器，但是其难以对剂量比较高的放射性进行测量，即其测量范围存在一定的缺陷，而gm计数器8具有较大的测量范围，其精度也在可接收的范围内，因此，通过双探测器来进行互补，从而获得较好的测量结果。
30.s4、软件单元根据蒙特卡罗仿真结果，并通过身体质量指数修正，计算获取人体内残留放射性核素的活度，并将最终结果上传至健康管理系统。
31.蒙特卡罗仿真在建立模型时，采用的是一个标准参考人模型，如图4所示，由于每个人体格参数不一样，所以需要修正。修正方法就是通过测量身高、体重，得到身体质量指数bmi，具体的，身体质量指数 bmi=体重(kg)/身高的平方(m2)，为了解决模型与真实人体之间的体格参数差异，通过真实患者的bmi与模型人体bmi的比值，修正蒙特卡罗仿真获得的系数，以得到一个相对真实、可靠的患者体内残留放射性活度。
32.修正原理举例如下，如图5所示，如在
¹³¹
i能量范围内，身体组织器官的质量减弱系数基本是重合的(人类是碳基生命体，主要元素都是碳、氢、氧、氮)，并且和水的质量减弱系数符合很好，方差小于5.35
×
10-6
。
33.质量减弱系数μ/ρ因此可以看作一个常数。然后这个因子乘以组织器官密度，就得到线性减弱系数μ。射线衰减规律是e-μd
，d就是射线穿过组织器官的厚度，这个值可以认为和身高呈现一个固定的比例关系。
34.这样就导出了真实人体和我们参考人模型之间的修正因子与密度、身高相关，密度单位g/cm
³
，身高单位cm，耦合相乘的结果就是g/cm
²
，这个相当于就是与身体质量指数相关，可以认为这个修正因子ξ和身体质量指数bmi正比相关，即ξ=k
·
bmi，这个修正因子以自然对数为底，就是e
ξ
，作为最终的修正因子，参与对参考人模型结果的修正。
35.s5、健康管理系统将最终结果与预设的出院管理限值比较，判断是否准予患者出院；并在符合条件时为患者提出个性化的辐射防护建议。
36.健康管理系统判断人体内残留放射性核素的活度是否满足出院条件，并在满足出院条件时向待测患者出具辐射防护建议。若测量结果满足出院要求，则通过语音交互系统提醒待测患者并输出预设的出院建议，否则提醒待测患者不满足出院要求并结束探测。具体的，如对于碘-131，只有在测出活度小于标准规定要求（gb18871-2002、gbz120-2020），方
可出院。对于通过检测被准予出院的患者，打印单元根据测量结果给出个性化的辐射防护建议（包括与儿童、孕妇的接触限制、出行旅游、性生活的限制等）。
37.健康管理系统将测量结果更新至医院或用户的客户关系管理系统中的对应患者档案中，以便于后续调阅和统计。
38.本发明摒弃了过去间接测量的手段，通过门式结构搭建一处小型测量平台，屏蔽测量室内天然本底放射性的干扰，采用nai能谱仪与gm计数器双探测模式，提升的患者体内放射性测量的精度，并采用蒙特卡罗方法进行仿真，消除测量几何误差，同时，搭载身体质量指数评估系统，实时修正因患者体形变化引起的测量误差。还搭载有语音交互系统，设计上兼顾人体工程学原理，使患者有更好的使用体验。在提高测量精度的同时，也为患者及患者周边公众的辐射安全提供了保障。本发明相比过去的相对通用的简易测量方案，使患者有更好的使用体验，对提升医院形象有着重要的意义；同时，也为推动医用同位素高质量发展和健康中国建设有积极的促进作用。
39.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以在不脱离本发明的原理和基础的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附加权利要求及其等同物限定，因此本发明的实施例只是针对本发明的说明示例，无论从哪一点来看本发明的实施例都不构成对本发明的限制。

技术特征：

1.一种人体核素分析测量装置，其特征在于，包括，屏蔽支架，呈门形结构，其包括底板和顶板，在底板的两端分别竖向设有背板和电气柜，所述顶板的两端分别与背板和电气柜的上端活接相连，底板、背板、电气柜和顶板围合成一测量腔室；在所述电气柜靠近背板的一侧设有测量窗；升降机系统，安装于电气柜中；辐射探测系统，包括硬件单元，所述硬件单元包括gm计数器和nai能谱仪，用于采集患者体内放射性核素衰变释放出的光子在gm计数器和nai能谱仪中产生的吸收剂量率数据；所述gm计数器和nai能谱仪安装在升降机系统上，并所述gm计数器和nai能谱仪的测量端均正对测量窗，所述gm计数器和nai能谱仪在升降机系统的带动下，其测量端能够沿竖直方向上下移动；所述辐射探测系统还包括软件单元，所述软件单元采用蒙特卡罗仿真，在无放射性核素时进行无源效率刻度，模拟放射性核素衰变释放出的光子经人体后被探测到的计数效率，用于真实测量过程中，计算患者体内残留放射性核素的活度；信息化辅助系统，包括身体质量指数测量单元，所述身体质量指数测量单元用于对蒙特卡罗仿真结果的修正，通过测量获取待测患者的身体质量指数，与仿真模型比对，以修正不同体型患者的测量结果；健康管理系统，与辐射探测系统相连，包括辐射防护评估单元，用于判断所述人体内残留放射性核素的活度是否符合预设的出院管理限值条件，并在符合条件时为患者提出个性化的辐射防护建议；电源系统，用于为各系统提供电源。2.根据权利要求1所述的一种人体核素分析测量装置，其特征在于，所述身体质量指数测量单元包括身高测量装置和体重测量装置，分别用于获取待测患者的身高和体重，并计算患者的身体质量指数。3.根据权利要求2所述的一种人体核素分析测量装置，其特征在于，所述身高测量装置为设置在顶板上的红外测距装置，所述体重测量装置为设置在底板上的电子秤。4.根据权利要求1所述的一种人体核素分析测量装置，其特征在于，在所述健康管理系统还包括出入口管理单元，所述出入口管理单元包括设置在测量腔室出口和/或入口处的阻挡机构，所述阻挡机构采用道闸式或平开门式或推拉门式结构；所述辐射防护评估单元还包括打印单元，所述打印单元用于为满足预设条件的待测患者出具辐射防护建议。5.根据权利要求1所述的一种人体核素分析测量装置，其特征在于，所述升降机系统预设有多种测量模式，并能够根据选定的测量模式带动所述gm计数器和nai能谱仪的测量端沿测量窗移动至预设位置。6.根据权利要求5所述的一种人体核素分析测量装置，其特征在于，所述升降机系统与所述身体质量指数测量单元连接，并能够根据身体质量指数对所述预设位置进行修正。7.根据权利要求1所述的一种人体核素分析测量装置，其特征在于，所述信息化辅助系统还包括语音视频交互系统，用于与待测患者进行语音或视频交互。8.一种人体核素分析测量方法，采用如权利要求1-7任一所述的人体核素分析测量装置，其特征在于，包括以下步骤，s1、待测患者进入屏蔽支架的测量腔室内，并将待测部位正对测量窗站立；s2、身体质量指数测量单元的身体测量装置和体重测量装置分别对待测患者的身高和
体重进行测量，并获取待测患者的身体质量指数；s3、升降机系统带动辐射探测系统的gm计数器和nai能谱仪移动至预设位置，并对待测患者进行辐射测量；首先用gm计数器测量，判断是否在nai能谱仪测量范围內，若是，则启用nai能谱仪进行测量，并上传nai能谱仪数据至软件单元；否则上传gm计数器数据至软件单元；s4、软件单元根据蒙特卡罗仿真结果，并通过身体质量指数修正，计算获取人体内残留放射性核素的活度，并将最终结果上传至健康管理系统；s5、健康管理系统将最终结果与预设的出院管理限值比较，判断是否准予患者出院；并在符合条件时为患者提出个性化的辐射防护建议。9.根据权利要求8所述的一种人体核素分析测量方法，其特征在于，步骤s5中，若人体内残留放射性核素的活度符合出院条件，则通过打印单元向待测患者出具辐射防护建议，否则，提醒待测患者继续留观。10.根据权利要求8所述的一种人体核素分析测量方法，其特征在于，步骤s2中，通过语音交互系统指导待测患者将待测部位正对测量窗站立。

技术总结

本发明公开了一种人体核素分析测量装置及方法，包括，门形屏蔽支架，在支架上设有身高测量装置和体重测量装置；升降机系统，辐射探测系统，与所述升降机系统连接，在升降机系统的作用下，所述辐射探测系统能够上下移动；所述辐射探测系统包括GM计数器和NaI能谱仪，软件单元采用蒙特卡罗仿真，用于模拟放疗后人体内残留放射性核素活度的测量效率，并结合GM计数器和NaI能谱仪采集的放射性数据，完成人体放射性一次性测量。本发明通过门式结构搭建一处小型测量平台，屏蔽测量室内天然本底放射性的干扰，采用双探测器模式提升测量精度，为患者家属、同事及接触范围内的公众辐射安全提供有效保障。有效保障。有效保障。