核與輻射突發(fā)事件發(fā)生后,對傷員進行快速的劑量評估是臨床診斷和展開救援的關(guān)鍵。電子順磁共振(Electron Paramagnetic Resonance,EPR)可以對牙齒中電離輻射產(chǎn)生的自由基進行特異性檢測以評估輻射劑量。通常牙齒劑量EPR測量方法使用離體牙齒樣品進行測量,離體測量受限于有創(chuàng)的采樣方式,多應(yīng)用于回顧性的劑量評估中。而在體測量方法可以不經(jīng)采樣,直接對人牙齒進行EPR測量來評估受照射劑量,因而被認為是一種較理想的事故現(xiàn)場快速劑量評估方法。本研究團隊前期已經(jīng)實現(xiàn)了用X波段EPR技術(shù)在體測量牙齒中輻射誘發(fā)的順磁性信號,但是受到在體測量條件特殊性的影響,從EPR信號中獲得準確的劑量信息卻面臨著一些因素的制約。主要包括受試者牙齒含水造成的介電損耗(尤其在X波段EPR更強烈)、牙齒體積與形態(tài)的個體差異、人體生理活動的干擾等。本工作主要針對這些在體測量特有的干擾因素開展研究,在詳細研究了各種干擾因素的特性與規(guī)律的基礎(chǔ)上,有針對性地提出了校正和改進方法,并付諸實驗檢驗,使X波段EPR牙齒劑量在體測量技術(shù)向?qū)嵱没M了一步。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1.針對牙齒表面水的影響,分別使用有限元仿真計算方法和不同厚度的水膜實驗,分析了牙齒表面水厚度變化對在體測量的影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨著牙齒表面水的厚度增加,EPR在體測量譜儀的諧振腔探測靈敏度逐漸降低,嚴重影響測量狀態(tài)。通過在諧振腔內(nèi)設(shè)計、制作Mn~(2+)/CaO內(nèi)置標準樣品對測量狀態(tài)進行跟蹤,采用牙齒信號與內(nèi)標信號的相對信號強度對測量結(jié)果進行校正,有效降低了牙齒表面水引起的測量誤差,使牙齒信號強度的相對標準差由30.8%改善到17.9%。在此基礎(chǔ)上,利用牙科橡皮障技術(shù)的物理隔離方法,將被測牙齒與口腔內(nèi)的唾液隔離,防止了測量過程中唾液在測量區(qū)域的持續(xù)累積,有效改善了牙齒表面水介電損耗的影響。2.針對牙齒體積與形態(tài)個體差異的影響,兼顧現(xiàn)場應(yīng)用條件的可行性,提出了一種根據(jù)牙齒幾何形狀和諧振腔探測靈敏度分布進行校正的計算方法。通過牙齒局部印模切片和數(shù)字圖像采集、處理方法,實現(xiàn)了簡捷而準確地重建被測牙齒的體積與空間形態(tài);通過自由基點狀樣品實驗,獲得諧振腔探測靈敏度空間分布規(guī)律;通過體積元加權(quán)計算,建立了在測量有效區(qū)域內(nèi)依據(jù)靈敏度分布的牙齒體積重建和劑量信號校正方法。利用整顆離體牙齒樣品對該方法進行了實驗驗證,相同劑量組信號強度的相對標準偏差可下降54.8%,劑量響應(yīng)線性相關(guān)系數(shù)可由0.731提高到0.986。顯著降低了牙齒體積與形態(tài)個體差異造成的測量誤差。3.針對各種生理活動的干擾因素,設(shè)計制作了專用固定裝置,對諧振腔、調(diào)制線圈和磁場中心位置加以固定,并通過優(yōu)化掃場裝置與受試者的位置和姿態(tài),以提高測量過程的穩(wěn)定性,減少在體測量的中裝置和被測者各種顫動引起的干擾;提出了利用波譜數(shù)據(jù)校正、多次快速掃描自動識別和篩選有效波譜的方法,解決譜線漂移以及因干擾過大而無法獲得正常波譜的問題。4.綜合考慮各影響因素及其校正方案,編制了一套牙齒劑量在體測量專用軟件。該軟件實現(xiàn)了在體測量所需的磁場掃描控制與波譜采集、儲存和識別顯示等基礎(chǔ)功能;在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對各影響因素的分析并根據(jù)其權(quán)重情況對劑量計算實施校正,人體在體測量實驗驗證表明該軟件可有效地將在體測量實驗控制與數(shù)據(jù)校正相結(jié)合,并可以避免人為因素對測量結(jié)果的過多干預。5.通過志愿者實施了牙齒劑量在體測量實驗,初步驗證了本研究結(jié)果的可行性和有效性。相較于離體測量,在體條件下測到的輻射誘發(fā)信號下降約40%,但利用本工作建立的方法,仍能有效維持在體測量過程,目前在體測量可測劑量下限約為2Gy。在體測量方法是目前牙齒EPR劑量重建的新方法,針對X波段EPR在體測量條件下的各種影響因素及其解決方法尚未充分研究。本工作在研究了X波段EPR在體測量的主要影響因素的特點和規(guī)律基礎(chǔ)上,提出并建立了針對性的校正方法和改進措施。初步解決了在體條件下主要影響因素對劑量評估的影響,提高了牙齒劑量EPR在體測量方法的實用性。
【學位單位】：軍事科學院
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：R445.2
【部分圖文】：

即保持磁場不變、掃描微波頻率，或者保持微波頻率不變、掃描磁場。由于掃描微波頻率技術(shù)上比較困難，所以目前主要采用后一種方式，這也是目前常見的EPR譜儀的工作方式。如圖1.1所示，當微波頻率不變，掃描磁場強度使得電子兩個自旋狀態(tài)的能量差 E不斷調(diào)整，直至滿足式（1.2），發(fā)生電子順磁共振造成微波能量的吸收，通過對微波的檢波從而獲得EPR光譜。對于同一種自由基，在測量參數(shù)相同的情況下，被吸收的微波能量大小與樣品中自由基的濃度成正比。對于不同的自由基，由于g因子為物質(zhì)分子自身的特征

直接對受試者的牙齒進行測量，并且測量過程不再需要采樣并且不會對受試者產(chǎn)生創(chuàng)傷。本研究中所采用的牙齒劑量EPR在體測量的實施方式如圖1.2所示，與常規(guī)EPR譜儀相比，該在體測量EPR譜儀擁有較大的磁極間距以容納頭部（至少能容納人的下巴牙床區(qū)域），并且采用在體測量專用的帶有探測口式的諧振腔。測量時，受試者將門牙插入諧振腔探測口中，進行牙齒劑量的EPR在體檢測。圖 1.2 牙齒劑量 EPR 在體測量示意圖對于核事故下劑量分類應(yīng)用來說，EPR在體測量方法具有以下優(yōu)點：（1）牙齒的輻射誘發(fā)信號在受照后即產(chǎn)生，因而可以在事故發(fā)生后立即開展測量，有利于為事故發(fā)生后需要立即進行的劑量分類提供參考。（2）在體測量過程不破壞樣品劑量信息

2.1 EPR在體測量譜儀為了實現(xiàn)牙齒劑量的在體測量，需要對EPR譜儀重新設(shè)計并制定相應(yīng)的在體測量方案。目前本課題組已初步搭建完成X波段牙齒劑量EPR在體測量譜儀，如圖2.1所示。該譜儀由一中間有較大孔隙、可容納受試者頭部的U型雙磁極頭永磁鐵提供靜磁場，測量過程中受試者將門牙咬入特殊設(shè)計的諧振腔的探測口，通過對門牙尖部進行多次掃描測量其輻射誘發(fā)產(chǎn)生的EPR信號，根據(jù)測量得到的EPR信號強度估算其受照劑量。圖 2.1 自主研制的 X 波段 EPR 在體測量譜儀2.1.1 EPR在體測量譜儀主要結(jié)構(gòu)譜儀的主要結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，主要由微波單元、掃描磁場單元、調(diào)制磁場單元、控制與數(shù)據(jù)處理單元組成，另各單元配有電源模塊以供運行。在測量時，微波由微波單元中的微波橋提供和控制，射入加載樣品的諧振腔中；然后掃描磁場單元開始運作，驅(qū)動掃場線圈在靜磁場的基礎(chǔ)上開始對指定磁場區(qū)域進行連續(xù)的掃描；掃描過程中，調(diào)制磁場模塊通過諧振腔兩側(cè)的調(diào)制線圈對在諧振腔探測口位置施加一個小幅度交變磁場以對微波信號進行調(diào)制
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄭榮梁;胡虎平;;“復雜生物系統(tǒng)中的電子順磁共振及有關(guān)研究”——H.M.Swartz教授在蘭州大學講學[J];生物化學與生物物理進展;1987年01期

2 H.M.Батяeв;李紹貴;;測量電子順磁共振的雙軸測角儀[J];國外計量;1987年04期

3 富毓德;長石礦物的電子順磁共振研究與進展[J];地質(zhì)地球化學;1988年03期

4 穆紹林;聚苯胺的電導率、電子順磁共振和磁化率[J];物理化學學報;1988年01期

5 韓世瑩;眭云霞;金通政;徐正;林建華;游效曾;;Cu[(C_6H_(11)O)_2PS_2]_2配合物單晶的電子順磁共振[J];化學學報;1988年12期

6 韓世瑩;單晶電子順磁共振研究中零場分裂張量主軸的確定[J];物理學報;1989年02期

7 周建威,陳德文,徐廣智;高壓液體色譜儀與電子順磁共振儀聯(lián)機分離和鑒定混合體系中的自由基[J];科學通報;1989年10期

8 賀萍,陸君濤,查全性;電子順磁共振現(xiàn)場研究多孔電極表面自由基的電化學行為[J];物理化學學報;1989年03期

9 趙敏光;藍銅蛋白質(zhì)的電子順磁共振研究[J];四川師范大學學報(自然科學版);1996年05期

10 殷春浩;趙強;滕道祥;李富強;神干;朱姍姍;;煤鏡質(zhì)組熱解的電子順磁共振研究[J];波譜學雜志;2011年04期

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 鄒潔芮;牙齒劑量電子順磁共振在體測量方法的實用性研究[D];軍事科學院;2019年

2 陳明;電子順磁共振在生物，化學中的應(yīng)用（從系綜到單分子）[D];中國科學技術(shù)大學;2016年

3 凌盛龍;基于電子順磁共振方法的膜蛋白結(jié)構(gòu)解析以及功能研究[D];中國科學技術(shù)大學;2016年

4 史朝為;針對膜蛋白結(jié)構(gòu)解析的核磁共振方法發(fā)展和應(yīng)用[D];中國科學技術(shù)大學;2013年

5 董國福;用EPR技術(shù)測量蛋白質(zhì)分子內(nèi)選定位點之間的距離[D];中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院;2014年

6 于璐;應(yīng)用位點特異性自旋標記電子順磁共振技術(shù)探究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特征[D];中國科學技術(shù)大學;2014年

7 郭俊旺;輻射劑量在體測量電子順磁共振諧振腔研究[D];中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院;2015年

8 趙子健;有機介質(zhì)與納米自組裝體對次血紅素六肽模擬酶活性影響的研究[D];吉林大學;2017年

9 蔡明;延遲相缺血預處理和缺血后處理對心臟缺血再灌注損傷保護作用的實驗研究[D];華中科技大學;2010年

10 李袁靜;心肌組織氧代謝在小鼠急性心肌缺血再灌注損傷中的作用及相關(guān)機制研究[D];華中科技大學;2010年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 趙徵鑫;指甲電子順磁共振輻射劑量重建研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學院;2018年

2 張騰達;提高指甲—電子順磁共振劑量學方法準確性研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學院;2016年

3 張成偉;干擾素誘導的跨膜蛋白IFITM3的結(jié)構(gòu)和功能的液體核磁共振與電子順磁共振研究[D];中國科學技術(shù)大學;2015年

4 任明偉;寬帶電子順磁共振譜儀的設(shè)計與實現(xiàn)[D];中國科學技術(shù)大學;2018年

5 鄧益斌;磁共振技術(shù)研究絲素蛋白與錳離子的相互作用及Aβ42多肽的合成[D];復旦大學;2009年

6 劉早;低場DNP譜儀的EPR功能擴展研究與實現(xiàn)[D];中國科學院研究生院(武漢物理與數(shù)學研究所);2016年

7 王梓翔;脈沖式電子順磁共振譜儀的集成化設(shè)計[D];中國科學技術(shù)大學;2014年

8 沈艷春;腫瘤靶向電子順磁共振與熒光成像診斷劑的研究[D];武漢工程大學;2015年

9 黃俊浩;兩親性海藻酸鈉衍生物和糖苷表面活性劑的相互作用的研究[D];海南大學;2015年

10 丁軍濤;八面體中3d~8離子的自旋哈密頓參量的理論研究[D];四川師范大學;2011年

本文編號：2867753