用于批量进行实验动物任意部位电离辐射照射的屏蔽装置

1.本实用新型属于基础医学科研领域，具体涉及一种用于批量进行实验动物任意部位电离辐射照射的屏蔽装置及其方法。


背景技术：

2.电离辐射在人类生产生活中正扮演着愈发重要的角色，其广泛应用于医疗(如肿瘤放疗、医学成像等)、工业探伤、农业育种、核电站以及国防军工领域(如核武器)等，给国民经济发展带来了巨大助力。然而，这些广泛存在的核与辐射装置如若管理不善、操作失误等，均会对人体造成各类损害；而在临床上使用电离辐射诊治疾病的过程中，如何在使其发挥最佳治疗效果的同时最大化减轻并发症，也具有十分重要的临床意义。因此，研究辐射损伤医学防护、提高肿瘤放疗效果等具有十分重要的现实意义，而放射生物学研究又是推动这些问题发展的基础，是长期以来备受关注的重中之重。
3.由于在具体放射生物学基础实验照射环节过程中，实验动物的局部照射的开展效力具有重要作用，其涉及到肿瘤在体研究的放疗模拟以及局部组织放射损伤的造模等，因此制作能够满足实验需求的局部照射屏蔽装置至关重要。然而，既往同类装置存在诸多缺陷，很难满足实际使用需求，主要表现在：1由于实验动物本身依从性差，很难保持体位固定体位不变，需要对其进行有效固定。传统方法为水合氯醛等腹腔注射麻醉，虽然可以达到基本麻醉效果，但是容易麻醉过量，导致动物意外死亡，而且注射药物对某些检测指标具有潜在影响。2关于固定方式，传统方法包括代表为夹持式、孔洞式等，前者为用夹子对动物主要关节处进行夹持，极易影响血运，造成缺血再灌注损伤甚至末梢循环不畅等继发损伤；后者只能对特定大小、形状的动物进行固定，且固定不完全，容易松动，而且难以操作。寻找简单易行，固定牢固的可靠方法至关重要。3关于屏蔽，传统方法为用一定厚度的高电子密度(高原子序数) 材料如铅对需要屏蔽部位进行遮蔽。需每次提前按照要求摆好位置，操作困难，且难以达到位置和面积的精准。由于铅重量高，具有一定毒性，因此操作性差，急需设计一款屏蔽位置准确、可操作性强的屏蔽装置。经调研，以往同类产品大多是固定开孔式铅块，只能针对固定位置和面积对射线进行透射，功能单一，性价比低，难以满足不同实验需求。故开发新型多功能高可操作性的电离辐射屏蔽装置迫在眉睫。4应用小动物x射线放疗仪配合使用准直器等装置进行定位照射时，每次只能对一个个体进行操作。目前同类产品均大部分为无法做到大批量、可扩展进行式地精准区域局部照射。由于照射现场空间、时间都很宝贵，并且过久长的等待时间也会增加对实验的干扰，因此，研究制造大批量照射装置可以大幅度提高实验效率和实验精度。5针对上述诸多难点设计开发新模块，如何将不同模块机构有机整合，综合考虑结构强度、体积优化、可操作性等综合各项性能，也是目前需要着重考虑的技术难点。综上所述，开发功能丰富，操作简单，固定可靠且对实验对象影响小的电离辐射局部屏蔽装置具有非常重要的现实意义。由于其研发难度大，成为了目前制约相关领域科学研究的硬件瓶颈，是业界亟待解决的重大难题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于针对现有的缺陷，提供一种用于批量进行实验动物任意部位电离辐射照射的屏蔽装置，以实现照射过程的快速大批量操作，并且保证照射区域位置及面积灵活可调、准确照射。
5.本实用新型的技术方案是：用于批量进行实验动物任意部位电离辐射照射的屏蔽装置，包括动物固定部和射线屏蔽部；所述动物固定部包括动物麻醉固定桌，所述射线屏蔽部包括射线屏蔽桌，所述动物麻醉固定桌右侧和射线屏蔽桌左侧对应衔接处设置有可拆卸式连接机构；
6.所述动物麻醉固定桌的桌面上设置有麻醉诱导箱和批量动物固定盒；麻醉诱导箱是用来在固定动物之前将其预麻醉，增加其依从性，然后再将实验动物转移至辐照室进行有效固定。所述批量动物固定盒设置在动物麻醉固定桌的桌面最右端，批量动物固定盒面向射线屏蔽桌一侧面设置有能够批量固定实验动物的动物固定装置和横纵刻度分割线；
7.所述射线屏蔽桌的桌面上设置有能够露出垂直地面方向的大小、位置可调的第一缝隙的横向调控屏蔽装置，能够露出水平地面方向的大小、位置可调的第二缝隙的上下调控屏蔽装置和横纵刻度分割板；所述横纵刻度分割板上的横纵刻度分割线与批量动物固定盒上的横纵刻度分割线完全一致；
8.所述第一缝隙和第二缝隙两个缝隙交汇处形成一矩形区域即为照射野。
9.进一步的，所述横向调控屏蔽装置包括底架，竖向屏蔽块拼接组；
10.所述竖向屏蔽块拼接组包括2个竖向边挡板，多个竖向中间挡板以及多个备用竖向挡板；所述竖向边挡板竖直放置，板面的一个侧面的上半部分或下半部分整体朝向外侧凸出；所述竖向中间挡板的板面的一侧面的上半部分朝向外侧凸出，另一侧面的下半部分朝向外侧凸出；使得中间的多个竖向中间挡板以及两侧的竖向边挡板沿前后方向顺序拼接后形成一个密封的块状整体；所述备用竖向挡板与竖向边挡板结构相同；当自下而上抽取中间一个或多个竖向中间挡板后，采用备用竖向挡板填补，使得横向调控屏蔽装置在水平方向阻挡多余射线，露出垂直地面方向的大小、位置可调的第一缝隙；
11.所述竖向屏蔽块拼接组放置于底架上，所述底架与竖向屏蔽块拼接组的接触面上沿前后方向开设有一条缝隙；
12.进一步的，所述上下调控屏蔽装置包括2个横向边挡板，多个横向中间挡板以及多个备用横向挡板和垫片；所述横向边挡板水平放置，板面的一个侧面的左半部分或右半部分整体朝向外侧凸出；所述横向中间挡板的板面的一侧面的左半部分朝向外侧凸出，另一侧面的右半部分朝向外侧凸出；使得中间的多个横向中间挡板以及上下两侧的横向边挡板自下而上顺序拼接后形成一个密封的块状整体；所述备用横向挡板与横向边挡板结构相同；所述垫片包括若干横向边挡板垫片，若干横向中间挡板垫片以及若干备用横向挡板垫片；横向边挡板垫片及备用横向挡板垫片与横向边挡板结构相同但前后尺寸较窄，横向中间挡板垫片与横向中间挡板结构相同但前后尺寸较窄；使得中间的多个横向中间挡板垫片以及上下两侧的横向边挡板垫片自下而上顺序拼接后形成一个密封的块状整体；当自前后方向抽取中间一个或多个横向中间挡板后，采用备用横向挡板填补，配以对应厚度的垫片块于两侧支撑阻挡，使得上下调控屏蔽装置在平行于地面方向阻挡多余射线，露出水平地面方向的大小、位置可调的第二缝隙；
13.第一缝隙和第二缝隙两个缝隙交汇处形成一矩形区域即为照射野。
14.进一步的，所述批量动物固定盒面向射线屏蔽桌一侧面上还设置有多个麻醉面罩，一个麻醉面罩对应匹配一个动物固定点，能够在动物固定后，麻醉面罩的气体出口位于动物口鼻腔位置。麻醉面罩是用来当固定已经预麻醉的动物时，防止其可能过早苏醒而影响固定操作和效果而设置。每只动物对应一个面罩，麻醉气体经面罩处喷出形成局部较高浓度，通过调节流量控制其对环境的过大影响，从而利于操作者对动物进行准确固定。
15.进一步的，所述动物麻醉固定桌的桌面底部设置有带有动物麻醉机的麻醉装置，所述麻醉装置的麻醉气体输出管道连接至麻醉诱导箱和麻醉面罩。
16.麻醉装置包括压缩空气罐及安全阀、麻醉蒸发器、气体供应输送阀、呼吸回路、气道压力表、气体调节阀、废气吸收罐等，压缩空气罐的采用，是考量了电离辐射对电子材料长期照射后会影响其理化性质，故避免采用电动空气泵等电子元器件，选用压缩空气罐等装置取代之。
17.进一步的，所述动物固定装置包括铺满批量动物固定盒面向射线屏蔽桌一侧面上的粘扣贴光面以及多个粘扣贴毛面，所述粘扣贴毛面能够将动物整体黏持固定在粘扣贴光面和粘扣贴毛面之间。再以较小的毛面条灵活进行体位固定，确保需要照射的部位处于照射野。与动物一一配对的麻醉面罩，也可通过粘扣贴毛面固定于动物口鼻腔位置。
18.进一步的，所述麻醉装置右侧设置有屏蔽块挡板。尽量避免麻醉装置受到过多非必要射线照射。
19.进一步的，所述麻醉诱导箱为透明材质。
20.进一步的，所述横向调控屏蔽装置和上下调控屏蔽装置设置在射线屏蔽桌最左侧，一左一右放置。使得批量动物固定盒设计为紧贴屏蔽部暴露口，减少可能的非平行射线成分透过孔道“准直”作用后的区域扩散偏差。
21.进一步的，所述动物麻醉固定桌和射线屏蔽桌底部支撑杆为高度可调节式的伸缩杆；且动物麻醉固定桌和射线屏蔽桌上均装配有水平仪。采用可调节高度式的支撑杆，能够覆盖照射源水平照射高度范围；各部分水平桌面装配水平仪，保证调节支撑杆高度后桌面水平，确保实验精确性。
22.进一步的，所述动物麻醉固定桌和射线屏蔽桌底部设置有能够自锁定的万向轮。动物麻醉固定桌可以在动物照射准备期间移出辐照室，便于操作者对动物提前进行麻醉、固定和记录；完毕后推入辐照室与已经设置好孔位的射线屏蔽桌结合实施照射。
23.进一步的，所述批量动物固定盒为透明材质。
24.进一步的，所述横纵刻度分割板有四个，横向调控屏蔽装置的左侧面和右侧面以及上下调控屏蔽装置的左侧面和右侧面处分别设置有一个横纵刻度分割板。坐标刻度位置完全与批量动物固定盒上的刻度对应，保证照射开口位置大小设置后与动物固定区域能够完全匹配。方便人员操作调整开口大小和位置。
25.本实用新型还提供靶区域可调式批量动物电离辐射局部照射固定屏蔽方法，具体步骤如下：
26.步骤一、预先调节横向调控屏蔽装置和上下调控屏蔽装置位置；
27.横向调控屏蔽装置调节方法：当自下而上抽取中间一个或多个竖向中间挡板后，采用备用竖向挡板填补，使得横向调控屏蔽装置在水平方向阻挡多余射线，露出垂直地面
为屏蔽块挡板，6为麻醉面罩，7为射线屏蔽桌，8为横向调控屏蔽装置，9为上下调控屏蔽装置，10为横纵刻度分割板，11为放射源，81为底架，82为竖向边挡板，83为竖向中间挡板，84为缝隙，91为横向边挡板，92为横向中间挡板，94为备用垫片，941为横向边挡板垫片，942为横向中间挡板垫片。
具体实施方式
46.下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
47.本装置拟提供一种用于批量进行实验动物任意部位电离辐射照射的屏蔽装置，用于在可视作平行方向射线场内开展批量动物局部照射实验时，对动物任意矩形区域(包括大小和位置)的电离辐射照射(光子辐射及带电粒子等)进行屏蔽，其主要原理是批量实验动物的持续安全麻醉、空间位置定位和体位固定以及辐照野的灵活精准可调，其具体原理如下：
48.对于γ射线等电离射线的屏蔽，其计算应遵循以下公式：
[0049][0050]
式中，μ是线性减弱系数，单位是cm
‑1,它由射线能量和屏蔽材料的性质所决定。b是积累因子，是对射线因在屏蔽体中散射，而影响减弱倍数的校正因子，与辐射源的几何形状、射线能量、屏蔽体的性质和厚度等因素有关。μ和b均可通过查表得到。
[0051]
由此，根据辐射源的性质、衰变类型、射线能量大小、所选屏蔽材料的性质和所需屏蔽倍数，通过以上计算可得到屏蔽层最低厚度。
[0052]
本实用新型中屏蔽区域调节方式如下：通过横向、纵向两个方向调节模块，分别在拟暴露区域抽出屏蔽板，再通过左右、上下微调，达到横纵交界矩形投影至固定板相应靶区，从而达到靶区大小和方向的无极调控。屏蔽板通过其沿着射线方向的材料厚度发挥屏蔽作用，设计成阶梯形，前后依次勾连以消除缝隙间射线泄漏。
[0053]
具体结构如下：用于批量进行实验动物任意部位电离辐射照射的屏蔽装置，如图1所示，包括动物固定部和射线屏蔽部。所述动物固定部包括动物麻醉固定桌1，所述射线屏蔽部包括射线屏蔽桌7，所述动物麻醉固定桌1右侧和射线屏蔽桌7左侧对接处设置有可拆卸式连接机构。
[0054]
所述动物麻醉固定桌1和射线屏蔽桌7底部支撑杆为高度可调节式的伸缩杆。且动物麻醉固定桌1和射线屏蔽桌7上均装配有水平仪。采用可调节高度式的支撑杆，能够覆盖照射源水平照射高度范围。各部分水平桌面装配水平仪，保证调节支撑杆高度后桌面水平，确保实验精确性。
[0055]
所述动物麻醉固定桌1和射线屏蔽桌7底部设置有能够自锁定的万向轮。动物麻醉固定桌可以在动物照射准备期间移出辐照室，便于操作者对动物提前进行麻醉、固定和记录。完毕后推入辐照室与已经设置好孔位的射线屏蔽桌结合实施照射。
[0056]
所述动物麻醉固定桌1的桌面上设置有透明材质的麻醉诱导箱2和透明材质的批量动物固定盒3。麻醉诱导箱是用来在固定动物之前将其预麻醉，增加其依从性，然后再将动物转移至批量动物固定盒3内进行有效固定。所述批量动物固定盒3设置在动物麻醉固定桌1的桌面最右端，批量动物固定盒3面向射线屏蔽桌7一侧面设置有能够固定批量动物的
动物固定装置和横纵刻度分割线。所述批量动物固定盒3面向射线屏蔽桌7一侧面上还设置有多个如图3所示的麻醉面罩6，一个麻醉面罩6对应匹配一个动物固定点，保证在动物固定后，麻醉面罩6的气体出口位于动物口鼻腔位置。麻醉面罩是用来当固定已经预麻醉的动物时，防止其过快苏醒而影响固定效果和位置而设置。每只动物对应一个面罩，麻醉气体经面罩处喷出形成局部较高浓度，根据实际需求灵活调节气体流量从而保持较佳动物麻醉效果。
[0057]
所述动物麻醉固定桌1的桌面底部设置有带有动物麻醉机的麻醉装置4，所述麻醉装置4 的麻醉气体输出管道连接至麻醉诱导箱2和麻醉面罩6。所述麻醉装置4右侧设置有屏蔽块挡板5，避免麻醉装置等受到多余的非必要射线照射而降低使用寿命。
[0058]
麻醉装置包括压缩空气罐及安全阀、麻醉蒸发器、气体供应输送阀、呼吸回路、气道压力表、气体调节阀、废气吸收罐等，压缩空气罐的采用，是考量了电离辐射对电子材料长期照射后会影响其理化性质，故避免采用电动空气泵等电子元器件，选用压缩空气罐等装置取代之。
[0059]
如图2所示，所述动物固定装置包括铺满批量动物固定盒3面向射线屏蔽桌7一侧面上的粘扣贴光面以及多个粘扣贴毛面，所述粘扣贴毛面能够将动物整体黏持固定在粘扣贴光面和粘扣贴毛面之间。再以较小的毛面条灵活进行体位固定，确保需要照射的部位处于照射野。与动物一一配对的麻醉面罩，也可通过粘扣贴毛面固定于动物口鼻腔位置。
[0060]
所述射线屏蔽桌7的桌面上设置有如图5所示的横向调控屏蔽装置8，如图10所示的上下调控屏蔽装置9和如图4所示的横纵刻度分割板10。所述横向调控屏蔽装置8和上下调控屏蔽装置9设置在射线屏蔽桌7最左侧，一左一右放置。使得批量动物固定盒设计为紧贴屏蔽部暴露口，减少可能的非平行射线成分透过孔道“准直”作用后的区域扩散偏差。所述横纵刻度分割板10上的横纵刻度分割线与批量动物固定盒3上的横纵刻度分割线完全一致。且所述横纵刻度分割板10有四个，横向调控屏蔽装置8的左侧面和右侧面以及上下调控屏蔽装置9的左侧面和右侧面处分别设置有一个横纵刻度分割板10。坐标刻度位置完全与批量动物固定盒上的刻度对应，保证照射开口位置大小设置后与动物固定区域能够完全匹配，方便人员调整开口大小和位置。
[0061]
所述横向调控屏蔽装置8包括如图8所示的底架81，竖向屏蔽块拼接组。
[0062]
所述竖向屏蔽块拼接组包括2个如图7所示的竖向边挡板82，多个如图6所示的竖向中间挡板83以及多个备用竖向挡板。所述竖向边挡板82竖直放置，板面的一个侧面的上半部分或下半部分整体朝向外侧凸出。所述竖向中间挡板83的板面的一侧面的上半部分朝向外侧凸出，另一侧面的下半部分朝向外侧凸出。使得中间的多个竖向中间挡板83以及两侧的竖向边挡板82沿前后方向顺序拼接后形成一个密封的块状整体。所述备用竖向挡板与竖向边挡板82结构相同。当自下而上抽取中间一个或多个竖向中间挡板后，采用备用竖向挡板填补，使得横向调控屏蔽装置在水平方向阻挡多余射线，露出垂直地面方向的大小、位置可调的第一缝隙。
[0063]
如图9所示，所述竖向屏蔽块拼接组放置于底架81上，所述底架81与竖向屏蔽块拼接组的接触面上沿前后方向开设有一条缝隙84，便于自缝隙内插入推杆推动上方的屏蔽块，方可将屏蔽块自下而上抽出。
[0064]
所述上下调控屏蔽装置9包括2个如图11所示的横向边挡板91，多个如图12所示的
横向中间挡板92以及多个备用横向挡板和如图13所示的垫片94。所述横向边挡板91水平放置，板面的一个侧面的左半部分或右半部分整体朝向外侧凸出。所述横向中间挡板92的板面的一侧面的左半部分朝向外侧凸出，另一侧面的右半部分朝向外侧凸出。使得中间的多个横向中间挡板92以及上下两侧的横向边挡板91自下而上顺序拼接后形成一个密封的块状整体。所述备用横向挡板与横向边挡板结构相同。所述垫片94包括若干横向边挡板垫片941，若干横向中间挡板垫片942以及若干备用横向挡板垫片；横向边挡板垫片及备用横向挡板垫片与横向边挡板结构相同但前后尺寸较窄，横向中间挡板垫片与横向中间挡板结构相同但前后尺寸较窄；使得中间的多个横向中间挡板垫片以及上下两侧的横向边挡板垫片自下而上顺序拼接后形成一个密封的块状整体。当自前后方向抽取中间一个或多个横向中间挡板后，采用备用横向挡板填补，配以对应厚度的垫片块于两侧支撑阻挡，使得上下调控屏蔽装置在平行于地面方向阻挡多余射线，露出水平地面方向的大小、位置可调的第二缝隙。第一缝隙和第二缝隙两个缝隙交汇处形成一矩形区域即为照射野。
[0065]
用于批量进行实验动物任意部位电离辐射照射的屏蔽装置的固定屏蔽方法，具体步骤如下：
[0066]
步骤一、预先调节横向调控屏蔽装置和上下调控屏蔽装置位置。
[0067]
横向调控屏蔽装置调节方法：当自下而上抽取中间一个或多个竖向中间挡板后，采用备用竖向挡板填补，使得横向调控屏蔽装置在水平方向阻挡多余射线，露出垂直地面方向的大小、位置可调的第一缝隙。
[0068]
上下调控屏蔽装置调节方法：自前后方向抽取中间一个或多个横向中间挡板后，采用备用挡板填补、垫片支撑，使得上下调控屏蔽装置在平行于地面方向阻挡多余射线，露出水平地面方向的大小、位置可调的第二缝隙。
[0069]
第一缝隙和第二缝隙两个缝隙交汇处形成一矩形区域即为照射野。通过阶梯形连接以阻挡射线经过屏蔽块横向排列处造成的泄漏，避免阻挡不完全。明确记录照射野坐标后，标记批量动物固定盒上照射靶区区域。
[0070]
步骤二、将批量实验动物先经过麻醉诱导箱进行预麻醉，然后进行体位固定。
[0071]
步骤三、固定完毕后将动物麻醉固定桌推入辐照室与射线屏蔽桌结合，验证照射位置并微调，进行照射。
[0072]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。