專利名稱：人體胸部輻照仿真體模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在于放射診斷、治療、防護(hù)、教學(xué)及研究中，作為人體替身的射線實(shí)驗(yàn)工具，由胸腔與臟器構(gòu)成。
了解和掌握射線在人體內(nèi)的轉(zhuǎn)移、吸收規(guī)律及對(duì)人體組織輻射效應(yīng)，是在放射醫(yī)學(xué)、原子核技術(shù)中掌握運(yùn)用射線最基本條件。但由于人體達(dá)到一定劑量時(shí)，將產(chǎn)生損害，且即使以人體為射線的受體，也不能直觀地了解射線在人體內(nèi)的傳遞、吸收過程。因此人們希望尋求一種工具，代替人體作為射線的受體，以模擬射線在其體內(nèi)外劑量分布。這種工具也就是人們所說的輻照人體模型，簡(jiǎn)稱“體?！薄Ｑ兄颇茏鳛槿梭w替身的體模，要涉及到醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、材料、信息學(xué)諸多學(xué)科領(lǐng)域，難度很大，由于其包含有人體精細(xì)器官，研制工作更為復(fù)雜。在本實(shí)用新型完成之前，現(xiàn)有技術(shù)的人體胸部仿真模型，遠(yuǎn)沒有達(dá)到醫(yī)學(xué)和劑量實(shí)驗(yàn)要求。在國內(nèi)，目前使用的作為人體胸部替身的模型，是一簡(jiǎn)單的幾何形體，都由均一的同種材料制成，有肺而無精細(xì)結(jié)構(gòu)。由這種體模得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能完全反應(yīng)射線在人體內(nèi)的實(shí)際情況，其適用性是有限的。在國外，研究代替人體進(jìn)行射線研究的仿真體模的工作開展得較早，在某些方面取得了進(jìn)展，如美國在一九八四年研制出了用于胸部pu-239、Am-241沉積劑量估算的內(nèi)照射體模(Livermore Toso Calibration phantom for Transuranic Radionu-clides)。這種胸部體模是將放射源置于體模內(nèi)，從體模外測(cè)試外透的射線，從而估計(jì)放射物質(zhì)在人體內(nèi)沉積及對(duì)人體的危害，顯然僅適用于放射物質(zhì)內(nèi)照射情況，不可能代替人體進(jìn)行全面研究。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種其外形和結(jié)構(gòu)與人體相似，且與人體活體組織輻射效果相似的材料制成的人體胸部輻照仿真體模，用于放射診斷、治療、防護(hù)、教學(xué)及研究中作為人體替身。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的人體胸部輻照仿真體模，由胸腔和臟器構(gòu)成，胸腔包括胸部肋骨、肌肉、脂肪；臟器包括肺臟支氣管、心臟、食管等，外形和結(jié)構(gòu)均與人體相似，并分別由與人體活體組織輻射效果相近的材料制成，并在體模內(nèi)設(shè)置測(cè)量射線的傳感器。傳感器可以是熱釋光、半導(dǎo)體、電離室等各種傳感器。為了安置傳感器，可在器官上加工出測(cè)試孔穴，傳感器安置在測(cè)試孔穴內(nèi)，并可更換。在臟器上設(shè)置，特別是在臟器上多發(fā)病灶的部位上設(shè)置安放病灶模擬體的孔穴。病灶模擬體是可更換的，如肌瘤、水腫、癌等，并可制成不同的大小與形狀。設(shè)置體模體內(nèi)用于測(cè)量射線的傳感器按方格布置，在臟器上設(shè)置用于測(cè)量射線的傳感器是以器官的幾何中心對(duì)稱布置。體模胸腔為箱式結(jié)構(gòu)，在體模的前胸設(shè)置箱蓋，胸腔的其他部分為箱身。臟器按人體的真實(shí)結(jié)構(gòu)嵌置在胸腔內(nèi)，臟器可采用橫斷組合結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型所揭示的模型，其組成材料為非均勻材料，肌肉、脂肪、胸骨、肺臟、心臟等器官分別采用不同的材料制成。發(fā)明人為了使體模在輻射效果上與人體活體相似，利用了最新的技術(shù)成果和技術(shù)手段，采用了“化學(xué)準(zhǔn)等效法”，即使體模的主要元素組成與人體活體相似，和“有效原子序數(shù)等效法”，即體模材料與活體離體組織光子能譜相似，質(zhì)量衰減系數(shù)(μ/ρ)相近，并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行材料的等效性最優(yōu)化設(shè)計(jì)，其組織等效已達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)A級(jí)，與活體比較偏差＜±5％。
病灶模擬體的設(shè)計(jì)包知病灶模擬體材料和形狀的設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型的發(fā)明人是采用“內(nèi)定標(biāo)法”和“替代法”，即將新鮮離體的病灶放置在體模內(nèi)，測(cè)定輻射參數(shù)，根據(jù)輻射參數(shù)和病灶的組成，用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)不同CT值的病灶模擬塊，使其CT值和質(zhì)量密度(ρ)誤差≤5％，幾何直徑誤差＜10μm。用這種方法設(shè)計(jì)出的病灶模擬塊，將其放在體模內(nèi)測(cè)定輻射參數(shù)，在胸部疾病診斷中提高了可比性、真實(shí)性和正確性。
本實(shí)用新型由于胸腔和臟器其外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)與人體相似，材料組織輻射等效，射線在人體與體模內(nèi)的傳遞、散射和吸收有很好的比擬性，因而可通過本實(shí)用新型，再配以數(shù)據(jù)處理儀、圖象顯示儀等儀器，可直觀形象地對(duì)比了解射線(x、r射線)在人體中的能量傳遞，以及射線作為病灶診斷的信息(鈣化點(diǎn)、纖維節(jié)、囊腫、水腫、惡性腫瘤等，以及與位置、形態(tài)、界面、質(zhì)量密度、電子密度相關(guān)性)。從而反映射線能量在體內(nèi)外的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)傳遞過程，直觀顯示正常和病理組織的視覺圖象和物理特性對(duì)比。另外由于病灶模擬塊具有可更換性，可對(duì)病灶組織CT值、形態(tài)特征，空間坐標(biāo)進(jìn)行修正，進(jìn)行歸一化處理后，選擇最優(yōu)化投照條件進(jìn)行特征識(shí)別，使占總的放射檢查中65％的胸部放射檢查，正確診斷準(zhǔn)確率從使用體模前的33％提高到76％。本實(shí)用新型還具有以下優(yōu)點(diǎn)1.由于體模的胸腔為箱式結(jié)構(gòu)，臟器為組合式結(jié)構(gòu)，可放置不同類型的病灶模擬塊和不同類型的傳感器，使病灶的圖象模擬和劑量則定有很強(qiáng)的可操作性。
2.本實(shí)用新型模擬了人體胸部的主要組織器官包括皮膚、肌肉、脂肪、肺、氣管、支氣管、血管、心臟，在圖象比較上與真人的常規(guī)x片、斷層片和CT片具有很好的可比性。
3.由于體模具有外部形態(tài)相似，組織輻射等效，內(nèi)部結(jié)構(gòu)仿真及腔隙和病灶模擬可以較真實(shí)地反應(yīng)人體胸部的非均勻性特征，能通過傳感器了解χ、γ射線在肺等臟器中的能量傳遞及正常和病理組織圖象的重疊，射線能量沉積及膠片黑度變化，因而可使疾病診斷從經(jīng)驗(yàn)直覺到定量分析。本實(shí)用新型具有以下的廣泛用途1.醫(yī)療設(shè)備的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證。作為人體的替身，每天用于檢查標(biāo)定醫(yī)療設(shè)備，選擇最優(yōu)化的投照條件(電壓、電流、時(shí)間、距離等)。
2.病人醫(yī)療照射質(zhì)量控制和質(zhì)量保證。對(duì)病人診斷和治療時(shí)體內(nèi)外劑量分布研究，以期用最小的劑量，最小的代價(jià)獲得最佳的診斷治療效果。
3.對(duì)新設(shè)備、新的治療方案和診斷方案的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。以本實(shí)用新型作為射線受體，了解和核實(shí)射線在體內(nèi)外的劑量分布，并制作劑量分布圖譜應(yīng)用于臨床。
4.暗室技術(shù)的最優(yōu)化。以本實(shí)用新型作為穩(wěn)定的受體，檢查暗室藥物濃度，溫度和操作時(shí)間對(duì)醫(yī)療圖象的影響。
5.腫瘤病理圖象分析實(shí)驗(yàn)研究。用穩(wěn)定的不同密度、幾何形態(tài)的模擬塊，檢查以獲得醫(yī)療儀器幾何分辨率，質(zhì)量密度分辨率，電子密度分辨率，空間分辨率，并進(jìn)行相應(yīng)的修正。
6.醫(yī)學(xué)教育和技術(shù)培訓(xùn)。由于本實(shí)用新型具有照射穩(wěn)定性，病灶模擬塊可更換性，因此可重顯不同類型疾病的醫(yī)學(xué)影象特征，有利于學(xué)生、技術(shù)人員進(jìn)行醫(yī)學(xué)影象的操作和圖象識(shí)別訓(xùn)練。
7.輻射劑量學(xué)的基礎(chǔ)研究。以本實(shí)用新型作為受體，研究不同能量的χ、γ射線的百分深部劑量曲線；射線的衰減、吸收、散射和隨能量不同引起的譜線變化；研究邊界效應(yīng)、過渡效應(yīng)、空腔效應(yīng)對(duì)放射治療中劑量分布的影響。
8.放射事故劑量模擬。將本體模放置在事故現(xiàn)場(chǎng)，可直觀而準(zhǔn)確地測(cè)定事故劑量，有效劑量當(dāng)量，器官劑量等，以便采取相應(yīng)的醫(yī)療措施。
9.輻射安全評(píng)價(jià)。將體模置于輻射場(chǎng)內(nèi)，可獲得不同設(shè)備、不同投照條件和不同位置下，人體的體表劑量、器官劑量、有效劑量的分布信息，作出設(shè)備防護(hù)性能及人員安全評(píng)價(jià)。本實(shí)用新型還具有其他一些方面的研究圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是胸腔箱體的蓋板。
圖3是附圖1的橫斷面圖。
下面結(jié)合著
，給出本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，并對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
人體胸部模擬體模，由胸腔和臟器構(gòu)成胸部軀干模擬體，軀干外殼1由箱式胸腔2和位于前胸處的胸腔箱蓋3構(gòu)成。胸腔2包括肋骨7、肌肉、脂肪等。臟器包括肺4、心5、肝臟6及氣管、食管、血管等，胸部軀干各組成部分其外形與結(jié)構(gòu)均與人體仿真相似，且分別由與人體活體組織輻射效果相近的材料制成。主要的臟器，如肺臟4、心臟5及氣管和食管由橫截段構(gòu)成。臟器按人體的真實(shí)結(jié)構(gòu)相互結(jié)合嵌放在胸腔內(nèi)。測(cè)試射線的傳感器9沿體模的橫截面方向成方格布置，設(shè)置主要臟器上的傳感器，以器官的幾何中心成對(duì)稱性布置。在臟器的多發(fā)病灶部位設(shè)置安放病灶模擬體8的孔空，病灶模擬體是可更換的，并可制成不同的類型。
權(quán)利要求1.一種在放射診斷、治療、防護(hù)、教學(xué)及研究中作為人體替身的人體胸部輻照仿真體模，由胸腔(2)與臟器構(gòu)成，其特征是胸腔和臟器的外部形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)與人體相似，用與人體活體組織輻射效果相近的組織輻射等效材料制成，體內(nèi)設(shè)置有測(cè)量射線的傳感器(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體胸部輻照仿真體模，其特征是在臟器上設(shè)置有放置病灶模擬體(8)的孔穴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人體胸部輻照仿真體模，其特征是在臟器多發(fā)病灶部位設(shè)置有放置病灶模擬體(8)的孔穴，在孔穴內(nèi)安置有可更換的病灶模擬體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的人體胸部輻照仿真體模，其特征在于體模內(nèi)用于測(cè)量射線的傳感器按方格布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人體胸部輻照仿真體模，其特征在于設(shè)置在臟器上測(cè)量射線的傳感器是以器官的幾何中心為中心對(duì)稱設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5所述的人體胸部輻照仿真體模，其特征在于所說的體模胸腔為箱式結(jié)構(gòu)，在體模的前胸設(shè)置有胸腔箱蓋(3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人體胸部輻照仿真體模，其特征在于體模臟器的主要器官為橫斷組合結(jié)構(gòu)，由幾部分嵌合而成。
專利摘要本實(shí)用新型為國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目，是一種人體胸部輻照仿真模型，用于放射診斷、治療、防護(hù)、教學(xué)及研究中作為人體替身，它外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)與人體相似，用與人體組織輻射效果相近的材料制成。在體模內(nèi)設(shè)置有測(cè)試射線的傳感器，在臟器的多發(fā)病部位設(shè)置有安放病灶模擬體的孔穴，模擬病灶塊是可更換的。根據(jù)其活體的相似性，既可對(duì)正常組織、病灶組織的圖象作視覺評(píng)價(jià)；又可對(duì)物理參數(shù)作定量比較分析；當(dāng)配以劑量?jī)x器可直觀顯示射線在體內(nèi)外的劑量分布。
文檔編號(hào)G09B23/00GK2232610SQ9524284
公開日1996年8月7日 申請(qǐng)日期1995年3月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月9日
發(fā)明者林大全, 甘木信, 王遠(yuǎn)萍, 忻文麗, 靳升榮 申請(qǐng)人:四川聯(lián)合大學(xué)