放射性物质计数方法和全身计数器系统与流程

本发明涉及辐射探测与防护领域，尤其涉及一种放射性物质计数方法和全身计数器系统。

背景技术

随着核科学与技术的快速蓬勃发展，放射性工作场所的工作人员或是公众均有可能通过吸入、食入、伤口或皮肤进入的方式将放射性物质带入体内，进而对人体的器官造成辐射损伤。此外，国家标准gb1887-2002明确规定，“应对可能受到放射性物质体内污染的工作人员安排相应的内照射监测，以证明所实施的防护措施的有效性”。因此，需要一种有效的检测手段对这些体内放射性核素所发射的γ光子或x射线等进行监测，从而进行相应的治疗措施以及对现有防护措施进行进一步改进。

目前主要有两种检测方法，分别是活体直接测量和排泄物间接测量。由于排泄物间接测量法在收集、保存、处理尿样或者粪便等过程中存在许多困难，而且具有分析时间长、程序多、估算剂量不确定度大等缺点，通常较少被采用。同时，国际辐射防护委员会(icrp)第78号出版物《工作人员内照射的个人监测》中也指出，对于内照射监测，通常优先选择直接测量的方式。目前，全身计数器(wholebodycounter)系统是直接测量最典型的实现方法，全身计数器是从人体外直接测量摄入体内的放射性物质所发射出的x射线或γ射线，由此进行放射性核素的定性及定量分析的装置，为了实现该系统，探测器单元是最关键的难点之一。

用于全身计数(包括肺部、颈部、头部、关节部等部位)最常见的两种探测器分别是碘化钠探测器和高纯锗探测器。两者特点各有不同，碘化钠探测器的探测效率比高纯锗探测器优越，大约只有2-5分钟，并且价格相对低，大约是1/5高纯锗探测器的成本，但高纯锗探测器的能量分辨率远高于碘化钠探测器几十倍，更适用于多核素的测量，所以通常都会优选高纯锗探测器作为内照射监测的第一选择。但是，高纯锗探测器的探测效率非常低，通常仅使用4个高纯锗探测器对肺部进行一次监测大概需要30分钟，并且4个高纯锗探测器通常会放置在人体的正面一侧，如图1所示，这种设计舍弃了另一侧背部一半的计数，此外，这种设计特别针对女性被检测者能量分辨率会极大的降低，主要是女性正面乳房厚度会直接影响能量分辨率中最重要参数等效胸壁厚度的取值。

因此，需要一种新型全身计数器系统探测器设计以及对应适用的能谱分析方法。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种放射性物质计数方法和全身计数器系统，以解决现有技术存在的探测效率低和能量分辨率低的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种放射性物质计数方法，用于对待测体体内放射性物质进行内照射监测，其特征在于，包括步骤：使得待测体上部高纯锗探测器位于第一上位，使得待测体下部高纯锗探测器位于第二下位，使得待测体上部碘化钠探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体下部碘化钠探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数，其中第一上位与第一下位对应于第一部位，第二上位与第二下位对应于第二部位；将第二上位的放射性物质能谱计数作为第二上位和第二下位的放射性物质能谱计数初值，将第一下位的放射性物质能谱计数作为第一上位和第一下位的放射性物质能谱计数初值；移动全部高纯锗探测器和碘化钠探测器，使得待测体上部高纯锗探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体上部碘化钠探测器位于第一上位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体下部高纯锗探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体下部碘化钠探测器位于第二下位并检测放射性物质能谱计数；计算第一上位、第一下位、第二上位、第二下位的放射性物质能谱计数；再次移动全部高纯锗探测器和碘化钠探测器，使得待测体上部高纯锗探测器位于第一上位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体上部碘化钠探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体下部高纯锗探测器位于第二下位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体下部碘化钠探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数；计算第一部位和第二部位的放射性物质能谱计数。

优选地，待测体上部设置多个高纯锗探测器和相同数目的碘化钠探测器，下部设置相同数目的高纯锗探测器和相同数目的碘化钠探测器。

优选地，待测体上部设置两个高纯锗探测器和两个碘化钠探测器，下部设置两个高纯锗探测器和两个碘化钠探测器，均呈田字形交错布置，移动为全部高纯锗探测器和碘化钠探测器在水平方向旋转90度，再次移动为相同旋转方向再次旋转90度。

优选地，放射性物质计数方法还包括将放射性物质能谱计数与高纯锗的标准能谱进行比对从而进行刻度校正。

根据本发明的第二方面，提供了一种全身计数器系统，用于对待测体体内放射性物质进行内照射监测，其特征在于，包括：高纯锗探测器，分别位于待测体上部和下部，在初始检测态，上部高纯锗探测器位于第一上位，下部高纯锗探测器位于第二下位，在第一检测态，上部高纯锗探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，下部高纯锗探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数，在第二检测态，上部高纯锗探测器位于第一上位并检测放射性物质能谱计数，下部高纯锗探测器位于第二下位并检测放射性物质能谱计数；碘化钠探测器，分别位于待测体上部和下部，在初始检测态，上部碘化钠探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，下部碘化钠探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数，在第一检测态，上部碘化钠探测器位于第一上位并检测放射性物质能谱计数，下部碘化钠探测器位于第二下位并检测放射性物质能谱计数，在第二检测态，上部碘化钠探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，下部碘化钠探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数；移动控制装置，用于控制高纯锗探测器和碘化钠探测器从初始检测态移动到第一检测态，以及从第一检测态移动到第二检测态，第一上位与第一下位对应于第一部位，第二上位与第二下位对应于第二部位；能谱处理器，用于对由高纯锗探测器和碘化钠探测器检测的放射性物质能谱计数进行处理。

优选地，能谱处理器用于将第二上位的放射性物质能谱计数作为第二上位和第二下位的放射性物质能谱计数初值，将第一下位的放射性物质能谱计数作为第一上位和第一下位的放射性物质能谱计数初值。

优选地，能谱处理器用于基于第一检测态的放射性物质能谱计数计算第一上位、第一下位、第二上位、第二下位的放射性物质能谱计数。

优选地，能谱处理器用于基于第二检测态的放射性物质能谱计数计算第一部位和第二部位的放射性物质能谱计数。

优选地，待测体上部设置一个或多个高纯锗探测器和相同数目的碘化钠探测器，下部设置相同数目的高纯锗探测器和相同数目的碘化钠探测器。

优选地，待测体上部设置两个高纯锗探测器和两个碘化钠探测器，下部设置两个高纯锗探测器和两个碘化钠探测器，均呈田字形交错布置，移动为全部高纯锗探测器和碘化钠探测器在水平方向旋转90度，再次移动为相同旋转方向再次旋转90度。

可选地，待测体上部设置一个高纯锗探测器和一个碘化钠探测器，下部设置一个高纯锗探测器和一个碘化钠探测器，呈8字形交错布置，移动为全部高纯锗探测器和碘化钠探测器在水平方向旋转180度，再次移动为再次旋转180度。

可选地，待测体上部设置三个高纯锗探测器和三个碘化钠探测器，下部设置三个高纯锗探测器和三个碘化钠探测器，均呈六边形交错布置，移动为全部高纯锗探测器和碘化钠探测器在水平方向旋转一定角度，再次移动为相同旋转方向再次旋转相同角度。

可选地，待测体上部设置的高纯锗探测器和碘化钠探测器以及下部设置的高纯锗探测器和碘化钠探测器均呈交错式布置，移动为全部高纯锗探测器和碘化钠探测器在水平方向旋转一定角度，使得原来放置碘化钠探测器的位置变成放置高纯锗探测器，原来放置高纯锗探测器的地方变成放置碘化钠探测器，再次移动为相同旋转方向再次旋转相同角度。

可选地，待测体上方设置一个或多个高纯锗探测器和一个或多个碘化钠探测器，待测体下方同一部位设置另一种类的探测器，移动为同一部位上下两个探测器位置互换，再次移动为同一部位上下两个探测器再次位置互换。更特殊地，待测体一方全部设置高纯锗探测器，另一方同一部位全部设置碘化钠探测器。

与现有技术相比，根据本发明的技术方案，能够同时结合碘化钠探测器和高纯锗探测器两者的优势，使用探测效率高用时短的碘化钠探测器监测结果作为高纯锗探测器的初值，有效的提高探测效率缩短检测时间，同时利用碘化钠探测器的初值进一步修订高纯锗探测器的监测结果，提高探测器能量分辨率；采用高纯锗探测器与碘化钠探测器交错式放置设计，在探测器成本相当的情况下，实现2倍探测器数目的计数，进一步提高探测器能量分辨率；采用上下部两组探测器单元设计，有效的降低由于无同时采集到的背部数据引入的测量误差，更进一步提高系统能量分辨率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中典型计数器探测器位置示意图；

图2示出了根据本发明实施例的放射性物质计数方法的流程图；

图3示出了根据本发明另一实施例的放射性物质计数方法的流程图；

图4示出了根据本发明实施例的全身计数器系统的示意图；

图5示意性地示出了根据本发明实施例的总体技术路线示意图；

图6示意性地示出了根据本发明实施例的系统总体方案设计示意图；

图7示意性地示出了根据本发明实施例的探测器单元高纯锗探测器与碘化钠探测器水平面旋转角度示意图；

图8示意性地示出了根据本发明实施例的上下部两组探测器单元和探测区域数据对应示意图；

图9示意性地示出了根据本发明实施例的利用高纯锗标准能谱对高纯锗与碘化钠叠加后的能谱进行刻度校正示意图。

在这些附图中，使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“在一个实施例中”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同实施例。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

图2示出根据本发明实施例的用于对待测体体内放射性物质进行内照射监测的放射性物质计数方法200。

放射性物质计数方法200包括初始检测步骤202、初始计算步骤204、第一检测步骤206、第一计算步骤208、第二检测步骤210、第二计算步骤212。

在初始检测步骤202中，使得待测体上部高纯锗探测器位于第一上位，使得待测体下部高纯锗探测器位于第二下位，使得待测体上部碘化钠探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体下部碘化钠探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数，其中第一上位与第一下位对应于第一部位，第二上位与第二下位对应于第二部位。简而言之，初始检测步骤202使用与高纯锗探测器上下错位的碘化钠探测器检测放射性物质能谱计数。

优选地，待测体上部设置一个或多个高纯锗探测器和相同数目的碘化钠探测器，下部设置相同数目的高纯锗探测器和相同数目的碘化钠探测器。

在初始计算步骤204中，将第二上位的放射性物质能谱计数作为第二上位和第二下位的放射性物质能谱计数初值，将第一下位的放射性物质能谱计数作为第一上位和第一下位的放射性物质能谱计数初值。也即基于初始检测步骤202检测的放射性物质能谱计数计算第一部位和第二部位的放射性物质能谱计数初值。

在第一检测步骤206中，移动全部高纯锗探测器和碘化钠探测器，使得待测体上部高纯锗探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体上部碘化钠探测器位于第一上位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体下部高纯锗探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体下部碘化钠探测器位于第二下位并检测放射性物质能谱计数。简而言之，第一检测步骤206移动全部高纯锗探测器和碘化钠探测器使之换位并检测放射性物质能谱计数。

在第一计算步骤208中，计算第一上位、第一下位、第二上位、第二下位的放射性物质能谱计数。也即基于第一部位和第二部位的放射性物质能谱计数初值和第一检测步骤206检测的放射性物质能谱计数计算第一部位和第二部位的放射性物质能谱计数。

在第二检测步骤210中，再次移动全部高纯锗探测器和碘化钠探测器，使得待测体上部高纯锗探测器位于第一上位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体上部碘化钠探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体下部高纯锗探测器位于第二下位并检测放射性物质能谱计数，使得待测体下部碘化钠探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数。简而言之，第二检测步骤210再次移动全部高纯锗探测器和碘化钠探测器使之再次换位并检测放射性物质能谱计数。

优选地，待测体上部设置两个高纯锗探测器和两个碘化钠探测器，下部设置两个高纯锗探测器和两个碘化钠探测器，均呈田字形交错布置，移动为全部高纯锗探测器和碘化钠探测器在水平方向旋转90度，再次移动为相同旋转方向再次旋转90度。

在第二计算步骤212中，计算第一部位和第二部位的放射性物质能谱计数。也即基于第一计算步骤208计算的第一部位和第二部位的放射性物质能谱计数和第二检测步骤210检测的放射性物质能谱计数计算第一部位和第二部位的放射性物质能谱计数。

优选地，放射性物质计数方法200还包括在第二计算步骤212后将放射性物质能谱计数与高纯锗的标准能谱进行比对从而进行刻度校正。

图3示出本发明另一实施例的用于对待测体体内放射性物质进行内照射监测的放射性物质计数方法200’。理论上，如图2所示经过两次检测即可得到完备数据，但仍可根据不同应用中对计数的实际需求(例如要求更高精度)，确定是否进行后续的第n检测步骤和第n计算步骤，其中n≥3，图3中示意性示出在第偶数计算步骤后结束，但是本领域技术人员能够理解，也可以在第奇数计算步骤后结束。

图4示出根据本发明实施例的用于对待测体体内放射性物质进行内照射监测的全身计数器系统300。

全身计数器系统300包括高纯锗探测器302、碘化钠探测器304、移动控制装置306、能谱处理器308。

高纯锗探测器302分别位于待测体上部和下部，在初始检测态，上部高纯锗探测器位于第一上位，下部高纯锗探测器位于第二下位，在第一检测态，上部高纯锗探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，下部高纯锗探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数，在第二检测态，上部高纯锗探测器位于第一上位并检测放射性物质能谱计数，下部高纯锗探测器位于第二下位并检测放射性物质能谱计数。

碘化钠探测器304分别位于待测体上部和下部，在初始检测态，上部碘化钠探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，下部碘化钠探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数，在第一检测态，上部碘化钠探测器位于第一上位并检测放射性物质能谱计数，下部碘化钠探测器位于第二下位并检测放射性物质能谱计数，在第二检测态，上部碘化钠探测器位于第二上位并检测放射性物质能谱计数，下部碘化钠探测器位于第一下位并检测放射性物质能谱计数。简而言之，碘化钠探测器304与高纯锗探测器302上下错位。

优选地，待测体上部设置多个高纯锗探测器和相同数目的碘化钠探测器，下部设置相同数目的高纯锗探测器和相同数目的碘化钠探测器。

移动控制装置306用于控制高纯锗探测器302和碘化钠探测器304从初始检测态移动到第一检测态，以及从第一检测态移动到第二检测态，第一上位与第一下位对应于第一部位，第二上位与第二下位对应于第二部位。简而言之，移动控制装置306控制高纯锗探测器302和碘化钠探测器304移动换位。

优选地，待测体上部设置两个高纯锗探测器和两个碘化钠探测器，下部设置两个高纯锗探测器和两个碘化钠探测器，均呈田字形交错布置，移动为全部高纯锗探测器和碘化钠探测器在水平方向旋转90度，再次移动为相同旋转方向再次旋转90度。

能谱处理器308用于对由高纯锗探测器302和碘化钠探测器304检测的放射性物质能谱计数进行处理。

优选地，能谱处理器308用于将第二上位的放射性物质能谱计数作为第二上位和第二下位的放射性物质能谱计数初值，将第一下位的放射性物质能谱计数作为第一上位和第一下位的放射性物质能谱计数初值。进一步地，能谱处理器308用于基于第一检测态的放射性物质能谱计数计算第一上位、第一下位、第二上位、第二下位的放射性物质能谱计数。更进一步，能谱处理器308用于基于第二检测态的放射性物质能谱计数计算第一部位和第二部位的放射性物质能谱计数。

本领域技术人员能够理解，尽管本申请中为了便于理解，以上下来描述位置关系，例如上部、下部、上位、下位，但是并不局限于重力方向或竖直方向上的上和下，其涵义可以扩展为待测体的相对两侧，例如上下、左右、前后等。同理，本申请所描述的水平方向也不局限于垂直于重力方向或竖直方向的平面，而是涵义扩展为相对于上下方位的垂直面。

本发明系统总体方案设计如图5所示，主要包括三个主要组成部分：测量装置系统、运动控制系统、软件分析处理系统。

测量装置系统是全身计数器系统最核心的部分，主要由两部分组成，探测器以及数据获取与能谱数据处理。

探测器是测量装置系统最关键的组成部分，下面以上下各两对高纯锗探测器和碘化钠探测器来举例阐述本发明技术方案。如图6所示，本发明提出由两组探测器单元分别位于被检测人体的上下方，其中，一组探测器单元由两个高纯锗探测器和两个碘化钠探测器组成，高纯锗探测器与碘化钠探测器交错放置，侧视图如图6所示，俯视图如图7所示，碘化钠探测器与高纯锗探测器的尺寸相同，即碘化钠探测器采集的数据能够在同一个采集位置为高纯锗探测作为初值。图6中省略了机架、电源变换器、运动控制器、伺服驱动器、电机等运动控制部件以及用于高纯锗探测器的制冷装置。具体地，检测时，将上下部两组探测器单元放置在感兴趣的监测部位，如图8所示，如头部、颈部、肺部、关节部位等。

数据获取与能谱数据处理主要由四个步骤实现：

第一步，探测器初值的确定。为了保证ra，rb，rc和rd四个区域都有碘化钠探测器的初值，如果一个区域的上下两面都是高纯锗探测器，那么该区域就无法得到碘化钠探测器的初值，所以同一个探测器位置，上面是高纯锗探测器，下面是碘化钠探测器，或者反之，故意要这样上下错位设计。按照图8摆放1号、2号、3号、4号、1'号、2'号、3'号、4'号探测器的位置采集2分钟，获得即将放置在a，b，c，d，a'，b'，c'，d'这8个区域探测器能谱的初值，其中，将2号和3号探测器采集的数据作为b区域和c区域的初值，将1'号和4'号探测器采集的数据作为a'区域和d'区域的初值。同时，2号、3号、1'号、4'号探测器采集的数据也作为b'、c'、a、d区域的初值，如公式(1)所示。

上部探测器单元下部探测器单元

第二步，探测器数据的第一次采集。在同一平面，高纯锗探测器与碘化钠探测器交错布置，因为旋转90°后，原本放置碘化钠探测器的区域需要变成高纯锗探测器，原本放置高纯锗探测器的区域需要变成碘化钠探测器。将上下部两组探测器单元同时顺时针旋转第1个90度采集一段时间，其中，上部探测器单元1、2、3、4号四个探测器的能谱计数分别为下部探测器单元1'、2'、3'、4'号四个探测器的能谱计数分别为如公式(2)所示。

上部探测器单元下部探测器单元

第三步，探测器数据的第二次采集以及第一次采集数据的处理，两者同时进行。探测器数据的第二次采集所用方法与第二步类似，将上下部两组探测器单元同时顺时针旋转第2个90度采集一段时间，其中，上部探测器单元1、2、3、4号四个探测器的能谱计数分别为下部探测器单元1'、2'、3'、4'号四个探测器的能谱计数分别为如公式(3)所示。在探测器采集数据的同时，计算机可对第二步中采集到的计数进行处理。

上部探测器单元下部探测器单元

进一步，将感兴趣的监测部位按照采集区域进行划分为ra(ra+ra')、rb(rb+rb')、rc(rc+rc')、rd(rd+rd')四个部分，那么，顺时针旋转第2个90度后采集的内照射监测计数即为公式(4)所示；以此类推，旋转第3个90度获得第3次的采集数据，旋转第n个90度获得第n次的采集数据。特别说明，理论上，旋转至第2个90度即可得到完备数据，但仍可根据不同应用对计数需求的不同确定探测器单元旋转的次数。

旋转第2个90度后

第四步，能谱数据的处理。本发明提出将进行叠加后的能谱ch+n进行进一步的刻度校正，如图9所示，将其与高纯锗的标准能谱cr进行比对进行刻度校正获得最终的能谱如公式(5)所示。

第五步，旋转或平移上下两组探测器单元，对下一个感兴趣部位进行监测，重复第一步至第四步。

以上是以上下各四个探测器进行举例。本领域技术人员能够理解，只要满足同一部位上下两个探测器的种类不同即可，例如上方是高纯锗探测器，则下方必须是碘化钠探测器。反之，上方是碘化钠探测器，则下方必须是高纯锗探测器。选用四个主要是考虑到了探测器的成本和肺部的覆盖面积。探测器数目改变之后，旋转的角度也要跟着变化，需要满足：经过一次旋转后，原本放置高纯锗探测器的位置改成放置碘化钠探测器，原本放置碘化钠探测器的位置改成放置高纯锗探测器。

本发明的运动控制系统将使用一个多自由度的控制平台，包括软件控制系统，其主要功能是调节两组探测器单元的移动、转动等，以确保探头和人体保持适合的相对位置。此外，将采用带有自锁功能的齿轮、齿条、丝杠、蜗杆和涡轮组合，并且该传动组合即可电机控制也可手动进行后备控制。

软件分析处理系统，优选地采用根据icrp第68号出版物的放射性核素摄入量的剂量系数以及国家标准gb18871-2002单位摄入量所致的待积有效剂量等参数研发的内照射剂量评估软件。

本发明提出的新型全身计数器系统探测器设计及能谱分析方法，将为核与辐射安全标准定量的进一步细化、事故情况下核与辐射应急期间内照射剂量的快速、准确监测以及日常生活公众食物链中pb-210，po-210等核素的监测均提供有力的技术基础，同时，本发明低成本的特点也能为全身计数器系统进一步产业化提供技术手段。

还应该指出，本发明建立的全身计数器内照射剂量监测系统应用范围很广。该系统不仅可用于人体全身关键部位(肺部、颈部、头部、关节部等)的研究，还可适用于动植物、土壤等人类食物链中的放射性核素监测。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。