中国第一具仿真辐照体模研制与医学应用.doc

中国第一具仿真辐照体模研制与医学应用林 大 全 提 要：本文简述1985年我国第一具仿真幅照体模的研制过程：形态相似性、材料组织等效性、结构仿真性的设计思路；用聚乙烯-醋酸乙烯脂（EVA）作基材，用有效原子序数法制作等效材料；用γ能谱法、CT法进行质量衰减系数、电子密度、有效原子序数的判别及分类，误差小于±5%，达到国际标准A级临床监测表明：体模X-CT图像完整、体表散射、透过率、百分深度剂量曲线、器官吸收剂量与活体相比，误差小于±5%1992年国际辐射单位与测量委员会（ICRU）48#报告命名为“成都剂量体模”是向世界推荐的最新剂量体模之一关键词：1. 仿真体模 2. 电离辐射 3. 剂量监测Abstract: This paper recapitulates the course of research and production of the first Chinese Radioactive Anthropomorphic Phantom in 1985:the design theorem of body shape comparability, tissue radioactive equivalency and internal anthropomorphic structure; using Ethylene-vinyl acetate copolymer(EVA) as the basis of material, making effective equivalent material according to mass attenuation coefficient; distinguishing and classifying its mass attenuation coefficient, mass density and effective atomic number of the material withγ-energy spectrum, computed tomography, and the equivalent error is less than 5%, and it attains to the international level. The clinical experiences shows: the CT diagram of this phantom is complete. Comparing this phantom with living body, the equivalent error on back scatter on the surface, perspective coefficient, percent depth dose diagram and organ absorbed dose is less than 5%. The "Chengdu Dosimetric Phantom", as it has been named by the internationally authoritative body, the International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU), is one of the state-of-the-art dosimetric phantoms currently being globally promoted.Key words: 1. Anthropomorphic Phantom 2. Inenation Radiation 3. Dose Check 原子能事业的发展，给人类带来了巨大的裨益，而放射线可能引起的危害也日益引起人们的关注。

为了保证职业人员和诊治患者的辐射安全，国际放射防护委员会（ICRP）提出的有效剂量当量（Effective Dose Equivaient）的概念，由体内组织器官吸收剂量权重计算来定量表征电离辐射随机效应对人体危害程度，医疗照射中提出了质量保证、质量控制（Quality Assurace and Quality contron）的要求所以研究辐射场中人体各组织器官的剂量是辐射剂量学的重要任务之一[1,2] 为确定辐射场中人体内剂量分布，60年代以来曾用Monte-Carlo方法，借助电子计算机进行“随机统计计算”，但现场多因素影响及不确定性难于获得可信的结果[3,4]80年代，随着辐照体模技术长足的发展，用热释光剂量计（Thermoluninescence Dosimetry），驻极体探测器（Electret）、半导体探测器（Semiconductor Detector）、剂量胶片（film badge）置入人体模型内实测的“模型模拟法”，不仅避免了繁杂的计算，而且结果较为真实[5,6]所谓仿真辐照体模（Anthropomorphic Phantom）是按人体参数，用人体组织对射线散射和吸收相似的可谓“组织等效材料”（Tissue Equvalent Materials）制成的具有骨骼、肌肉、脏器的人体模型。

目前它已成为国内外放射防护、诊断、治疗、教学和辐射标准研究中作为“人体替身”作为物质能量、信息传递的“稳定受体”，进行剂量可视化、定量化“模拟的工具”而广为应用五十年代以来，体模的发展经历了由简单的散射体向人形体模发展（几何模型）；由模拟肌肉组织的均匀体模向多种材料模拟人体各重要器官，腔隙的高精密度仿真体模发展（物理模型）；从单一功能向多用途发展，计算机与实测参数相结合进行放射治疗最优化设计的放射治疗计算系统（医学—物理—数学模型）所以，现代剂量学中高度拟人化人体模型与高性能的计算机系统已成为不可分割的整体 具有代表性的是Jones（1949年）聚乙烯、石腊为原料的组织代用材料（MIXD）[7]，Rando椭园柱片状体模[8]，MIRD（1969年）用于放射性核素内照射剂量估算的体模[9]，Kerr(1976年)用于计算日本原子弹受害者身体和主要器官剂量的体模[10]，1980年随着美国Alderson实验室和日本Kyoritus公司放射诊断、治疗、教育、研究系列体模的开发，特别是1981年慕尼黑国际讨论会后，在医疗照领域大规模体模实验计划在世界范围内推进了体模技术的发展和各领域的广泛应用。

多数体模是按ICRP参考人根据欧美人种解剖参数确定的（身高1.7米，体重70公斤），与中国人体形、体质、辐射特征有显著差异，而且价格昂贵，一度为禁运物资1980年以后，国内结合中国人特点开展了均匀体模、液体模、非均匀体模的试制实验表明，体模的几何差异，不均匀性差异，辐射源能量差异，引入剂量误差达22－45%（Frigerio 1973）[5]；Alderson体模主要用于放射治疗，其人造橡胶在医疗照射约50kvp能谱范围，有效减弱系数比水大9%（Shrimpton 1981）对比实测表明国外体模偏于脂肪性，其CT值比中国人约低5－7%，因此，结合国情开发具有中国人体特点的辐射体模是科技发展的必然结果1984年9月四川省体模研制协作组经过1年零9个月的工作，在全国相关单位的全力支持下，按体模相似性原理设计具有“形态相近性，组织等效性，结构非均匀性，腔隙模拟性”，有骨骼、肌肉、脏器、皮肤的“中国模拟人”—中国第一具成人男性仿真辐射体模研制成功，经临床实践证明满足放射防护、医疗照剂量误差要求，性能良好一、仿真体模简介[1] 1、形态相似性制作“仿真”体模必须以人的体型和脏器参数统计平均数为依据，作必要的简化，既满足剂量学要求，又忽略其次要特征。

国际放射防护委员会（ICRP）23号出版物公布的有关资料，男性身高为1.7米，体重70公斤，但人类学研究指出：地区和种族不同，身体各部分量度亦有所差异为制作中国体模，当时已公布的资料远不能达到要求为此，我们对成都地区的汉族成人296名进行了系统的活体测量，总计48项特征值数据用电子计算机进行聚类分析和因子分析的统计处理，找出中国成年人体型相关性的系列数据，分成十三个类型其VIII型经约10万人大样本检验证明，在置信度为99%以上的标准差范围内，它能表征中国成年人体型部位的平均水平本文第VIII型体模身高1.659米，体重57.5公斤 有关脏器的正常值，我们收集整理了国内发表的有关资料和华西医大的尸体解剖的正常脏器数据（标本2290例，包括了脑、心脏、肺、肝、脾、肾胰等11种脏器的平均重量、形态及体腔内的位置），作为制作体模的脏器参数的初步依据 2、辐射等效性 体模研制除获得人体的相似性外，在很大程度上取决于组织等效材料的优劣性、匹配的合理性研制中，我们结合国情，设计了适用于x、γ射线的三种新型固体等效材料一种M型以聚乙烯－醋酸乙烯脂共聚物（EVA）为基料添加超细并活化处理的金属化合物（肌肉和软组织）；一种P型以乳胶为基材（肺和脏器）；一种C型以中国漆为基材（皮肤和涂复材料），它们在能量从12kev－1250kve范围内，经多道能谱—半导体探测器测试减弱系数与标准值相比其误差δ＜±5%，达到国际上辐射等效材料分级的A级。

射线与物质作用理论研究证明，组织的辐射等效材料的质量衰减系数（）是质量密度（ρ），电子密度()，有效原子序数的函数(Zeff)采用正交实验分组，多元线性回归预测，半导体探测器─多道能谱─计算机系统实测[19]逼近预期值，经过56批，342个样品的测试，使等效材料从而达到较佳的等效性能；由于人体是不均匀体系，在三维空间辐射各向异性，采用离体新鲜组织、生物活体，34个样品的实测对比进行了“组织相对比例”、“空间位置的权重修正”，达到较佳模拟仿真效果 表1 中国人男性仿真辐照体模总体尺寸图1 中国成人男性体模 头、胸部照片尺 寸概 要一、头 部头高（z轴）23.1cm头长（y轴）19.4cm头宽（x轴）17.1cm头围56.3cm二、躯干部躯干高（z轴）51.1cm胸宽径（x轴）26.7cm胸矢径（y轴）18.9cm胸 围86.7cm肩 宽（x轴）37.6cm三、下肢部骨盆宽（x轴）37.6cm骼前上棘间宽24.7cm四、总身高165.9cm 3、结构仿真性 体模的成形工艺是制作高质量体模的重要环节，目的是使不同特性的等效材料，包括肌肉、脏器、消化道、模拟管腔及塑化处理天然骨架，铸成无大空泡、裂隙、非均匀嵌合体。

用X线拍片有良好的仿真性、完整性 大断面低耗，三维空间定位切割，使损耗经涂层处理<0.5－1mm不平行性斜率为0.25%，体模按头、胸、腹三大部分共计切成9－16段，上下共有多个截面，用3×3cm矩阵布点和器官深孔布点，共计有热释光元件孔1000余个（×20），分布全身主要脏器（包括脑、肺、心、肝、胃、肠、生殖腺及骨髓），不用之孔用相应组织等效的插塞填补，保证模体完整减少空隙散射 总体装架，各层间用高分子等效材料固定插塞内部固定，外部用尼龙绳牵引压板螺旋挤压，可整体使用，又可分段使用，装卸方便，不易受外部射线的干扰二、临床检验及应用体模的临床检验是对体模的空间塑型；等效材料；整体成型质量的综合评价成型后要经X光摄片，CT分段检查了解其内部结构、密度对比、相对位置，有无大于5mm以上的空孔或裂隙保证体模内部结构的等效性仿真性， 1、X线断层扫描图象及剂量测定北京军区总医院用东芝X射线断层扫描机（。