本文選題：放射醫(yī)學(xué) + 在體劑量測(cè)量��； 參考：《中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院》2015年博士論文

【摘要】：核與輻射突發(fā)事件發(fā)生后,快速判斷人員受照劑量并對(duì)其進(jìn)行傷情分類是事故救援和臨床診斷的關(guān)鍵,也是目前放射醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域急需解決的關(guān)鍵問題。利用電子順磁共振(Electron Paramagnetic Resonance,EPR)技術(shù),對(duì)人牙齒實(shí)施在體測(cè)量,是目前可實(shí)現(xiàn)在體、快速劑量測(cè)量的理想方法之一,研制可在口腔內(nèi)使用的在體測(cè)量專用EPR探頭是亟待解決的核心問題。常規(guī)電子順磁共振牙齒劑量測(cè)量只能開展回顧性劑量評(píng)估,難以在事故后早期快速給出劑量,且取樣方法有損傷,因此適用性受限。根據(jù)EPR原理,微波諧振腔是實(shí)施在體測(cè)量和提高譜儀探測(cè)靈敏度的核心部件,直接決定了在體測(cè)量的實(shí)施方式和可行性。本工作以特殊結(jié)構(gòu)的開口式諧振腔研究為重點(diǎn),設(shè)計(jì)了人牙齒在體測(cè)量實(shí)施方案及新型開口式X波段微波諧振腔,腔體采用X波段閉合金屬腔結(jié)構(gòu),諧振腔金屬壁上設(shè)置有樣品探測(cè)口。微波磁場(chǎng)分量可以從諧振腔內(nèi)泄漏進(jìn)入探測(cè)口區(qū)域,同時(shí)掃描磁場(chǎng)裝置和調(diào)制磁場(chǎng)發(fā)生裝置在探測(cè)口處產(chǎn)生特定范圍掃描磁場(chǎng)和調(diào)制磁場(chǎng)。實(shí)施在體測(cè)量時(shí),諧振腔作為探頭伸入人口腔中,人前牙尖端咬入諧振腔探測(cè)口,獲得電子順磁共振條件,從而獲得牙齒中輻射誘發(fā)的EPR波譜,進(jìn)行牙齒劑量分析。主要研究工作內(nèi)容和結(jié)果如下:1、設(shè)計(jì)了三種模式X波段在體測(cè)量專用EPR諧振腔。選取了TE101型矩形諧振腔、TE111和TM010型圓柱形諧振腔三種特殊微波場(chǎng)模式和腔體結(jié)構(gòu)。三種微波場(chǎng)模式具有以下特點(diǎn):在諧振腔外周腔壁位置,均存在微波磁場(chǎng)分量集中區(qū)域,同時(shí)此區(qū)域避開微波電場(chǎng)分量集中位置。通過在此區(qū)域設(shè)置樣品探測(cè)口,可使較強(qiáng)的微波磁場(chǎng)分量泄露進(jìn)入樣品探測(cè)口,同時(shí)不造成顯著的微波能量損耗。通過數(shù)值計(jì)算、有限元仿真,形成了具體的設(shè)計(jì)方案。2、試制加工了系列不同結(jié)構(gòu)的諧振腔體。對(duì)影響諧振腔性能的如下因素進(jìn)行了加工工藝比較和優(yōu)化,包括:腔體微波場(chǎng)型、腔體體積、探測(cè)口幾何設(shè)計(jì)、耦合方式、調(diào)制磁場(chǎng)施加方法等。各腔體主要特征為:TE101型矩形諧振腔尺寸為22.8×10.1×21.4 mm,探測(cè)口位于矩形窄邊中心位置;TE111型圓柱形諧振腔直徑為22.0(27.0)mm,長(zhǎng)度為28.2(21.2)mm,探測(cè)口位于腔體圓柱面中心或者位于柱面與底面交接處位置;TM010型圓柱形諧振腔直徑24.0 mm,長(zhǎng)12.0 mm,探測(cè)口貫穿腔體側(cè)面窄邊中心位置。3、開展了不同諧振腔的性能實(shí)驗(yàn)與比較。分別進(jìn)行了物理參數(shù)測(cè)量、DPPH樣品測(cè)量和整體牙齒樣品測(cè)量實(shí)驗(yàn)。物理參數(shù)測(cè)量獲得了諧振腔幾何尺寸、諧振頻率、諧振品質(zhì)因數(shù)、耦合狀態(tài)等特性。通過DPPH樣品測(cè)量,驗(yàn)證了諧振腔的工作頻率,獲得了諧振腔的功率特性和調(diào)制特性。整體牙齒樣品實(shí)驗(yàn)評(píng)估了諧振腔在體測(cè)量的可行性。結(jié)果表明:三類諧振腔諧振頻率范圍為9.50~9.60 GHz,有載諧振品質(zhì)因數(shù)為2500~3500,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。微波功率在0.1~200 m W范圍變化和調(diào)制磁場(chǎng)在0.1~1 m T范圍變化的情況下,諧振腔均能正常工作并獲得較弱的樣品信號(hào),三種腔體綜合性能均適用于在體測(cè)量牙齒。不同種類諧振腔對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),三種諧振腔性能各具特點(diǎn):(1)TE111型圓柱形諧振腔諧振品質(zhì)因數(shù)高,便于口腔內(nèi)牙齒咬入,調(diào)制磁場(chǎng)施加方便,但體積較大,存在同頻率簡(jiǎn)并模式;(2)TM010型圓柱形諧振腔結(jié)構(gòu)新穎,微波電磁場(chǎng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定,但諧振腔機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜且需多次調(diào)整耦合匹配;(3)TE101型矩形諧振腔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積較小,方便伸入口腔,微波電磁場(chǎng)泄露效率高,綜合靈敏度較高,但功率容量相對(duì)較低。4、整體牙齒測(cè)量。利用完整人牙齒樣品,均勻分組后在0~8 Gy范圍照射,將牙齒固定于牙床模型模擬在體測(cè)量,對(duì)測(cè)量的EPR譜線進(jìn)行信噪比分析并對(duì)樣品體積和質(zhì)量做歸一化處理,獲得了輻射誘發(fā)信號(hào)信噪比與照射劑量關(guān)系曲線。劑量響應(yīng)呈良好的線性關(guān)系,線性回歸相關(guān)系數(shù)為r=0.9884,在30秒的掃描時(shí)間內(nèi),探測(cè)下限不高于1 Gy,基本滿足了事故劑量評(píng)估的要求。5、動(dòng)物和人體實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了在體測(cè)量的可行性。對(duì)照射后大鼠和猴進(jìn)行了在體測(cè)量實(shí)驗(yàn),獲得5~20 Gy照射后大鼠牙齒中的輻射誘發(fā)的信號(hào)和2Gy照射后猴牙齒中的輻射誘發(fā)信號(hào)。為進(jìn)一步驗(yàn)證在體測(cè)量可行性,直接在體測(cè)量了人牙齒。結(jié)果表明,口腔中的水未造成顯著的微波損耗和系統(tǒng)匹配調(diào)節(jié)的困難;心跳、呼吸等生理過程一定程度上增加了譜線背景噪音,但通過調(diào)整掃描時(shí)間和分次疊加掃描等措施可以克服這種影響,而且在人身體微顫的條件下,仍可開展實(shí)驗(yàn)。在體測(cè)量和離體測(cè)量相比,信號(hào)信噪比下降在20%以內(nèi)。結(jié)論。本研究以在體測(cè)量專用X波段諧振腔研究為核心,提出了X波段在體EPR測(cè)量實(shí)施方案。通過選擇諧振模式、數(shù)值計(jì)算、仿真模擬等方法,設(shè)計(jì)了三種微波模式具有不同開口結(jié)構(gòu)的諧振腔,提出的腔外調(diào)制磁場(chǎng)施加方案,顯著提高了調(diào)制磁場(chǎng)效率,減小了腔體體積和加工的復(fù)雜性,從根本上解決了腔內(nèi)調(diào)制裝置帶來的諧振腔品質(zhì)因數(shù)低和探測(cè)靈敏度低的問題;研制的TM010圓柱諧振腔和TE101型矩形腔具有穩(wěn)定的微波模式和較高靈敏度,在EPR領(lǐng)域之前未見相關(guān)應(yīng)用報(bào)道,具有創(chuàng)新性;其中,TE101型矩形腔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工方便,體積小巧,探測(cè)口結(jié)構(gòu)和腔體體積可根據(jù)在體測(cè)量需求靈活變化,能夠充分適應(yīng)在體測(cè)量需求。通過測(cè)量腔體的物理參數(shù)、DPPH樣品實(shí)驗(yàn)和照射后牙齒測(cè)量實(shí)驗(yàn),評(píng)估了諧振腔的各項(xiàng)性能,獲得了整體牙齒的劑量響應(yīng)關(guān)系;通過動(dòng)物和人在體測(cè)量實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了在體測(cè)量方案的可行性和腔體的實(shí)用性。利用目前研制的諧振腔,在口腔中水、呼吸、心跳和身體微顫等特殊條件下,仍能能夠?qū)嵤┰隗w測(cè)量,獲得信噪比較好的牙齒EPR信號(hào),已基本達(dá)到利用在體EPR技術(shù)實(shí)現(xiàn)人體劑量評(píng)估和核與輻射突發(fā)事件中傷員早期分類的需求。
[Abstract]:A special EPR probe for measurement of body and rapid dose has been developed by using electron paramagnetic resonance ( EPR ) technique . The results show that the resonant frequency range of the resonant cavity is 9.50 锝，

本文編號(hào)：1752423