《Radiation Measurements》：Development of a Novel System and Method for Measuring Radionuclide-Contaminated Wounds
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放射性傷口污染檢測系統研究：開發一種結合成像與γ射線光譜的非接觸式檢測裝置，通過衰減系數差異分析實現污染物分布、深度及活性的定量評估，為臨床劑量計算和治療方案優化提供技術支撐。
王偉|王玉建|李星龍|龐宏超|羅志平
中國原子能研究院，北京，102413
摘要
鑒于目前缺乏用于確定傷口中放射性污染物滯留和分布的設備和方法（這些污染物可能出現在乏燃料再處理和放射性同位素生產過程中），我們開發了一種新型的非接觸式系統，該系統具有更高的分辨率、更緊湊的體積，并且易于臨床應用。通過利用成像技術和γ射線光譜技術，該系統能夠識別傷口中的殘留核素、測量傷口中核素的深度和活性，并確定受傷區域放射性污染物的位置和分布。通過這一系統，我們建立了一種基于不同組織厚度下X/γ射線吸收衰減系數差異來估算受傷肢體中放射性污染物滯留深度和活性的方法。這種方法已被證明是簡單可行的，且測量偏差在可接受范圍內。我們的研究解決了傷口中放射性污染物測量及其分布快速重建的問題，從而推動了放射性污染物傷口測量技術的進步。它為評估傷口的局部劑量和攝入的有效劑量提供了有效的基礎，也為受傷后的醫療方法選擇提供了依據。
引言
在核燃料組件的制造、維護或回收（Ma Yuefeng等人，2004年）以及放射性同位素的生產（Chen Ling等人，2019年）過程中，經常會發生各種傷害（如穿刺、切割、爆炸和酸燒傷），導致放射性核素侵入人體。超過90%的放射性傷害事件發生在手臂和手部（主要是手指）（NCRP，2006年），通過穿刺和化學燒傷造成。與吸入和攝入相比，通過傷口進入人體的放射性核素會直接進入血液循環系統，并被輸送到肝臟和骨骼等重要器官（Gong Yuefeng等人，2004年）。因此，即使攝入量相對較低，也可能導致較高的有效劑量。此外，不溶性放射性核素在傷口部位的長期滯留也可能引起局部劑量。因此，應在創傷發生后立即對放射性污染物傷口進行詳細和準確的測量和治療（Wang Wei等人，2018年）。
目前，傷口中放射性污染物的檢測大致可分為兩類：間接測量和直接測量（Hiroshi Y等人，2014年；Izumoto Y等人，2018年）。間接測量需要在采樣后通過離線分析來確定傷口中的污染物類型和濃度，主要包括α粒子檢測和X射線熒光分析等方法。雖然這些方法可以快速獲得測量結果，但由于無法預測傷口內污染物的分布，其采樣代表性較差。此外，采樣過程可能會加劇受傷者的疼痛并增加二次感染的風險。直接測量（Singh I S等人，2015年；Genicot J L等人，1997年；Genicot J L等人，1995年）直接檢測傷口部位殘留放射性核素發出的射線。借助有效的測量技術，這種方法可以提供關于這些核素活性和深度的信息，主要包括α/β射線測量和X/γ射線測量，這兩種都是非接觸式的在線測量技術，以其簡單性和直接性而著稱。這些技術無需進行傷口采樣，從而減少了感染風險。特別是X/γ射線測量利用了傷口部位殘留放射性核素發出的γ/X射線的強穿透能力，能夠檢測到深層傷口中的放射性核素信息。近年來，基于HPGe、NaI、CsI和YAP:Ce等探測器的各種放射性污染物傷口測量系統（Tomá? S等人，2022年；SPIR-ID先進手持式檢測和識別系統）得到了快速發展，這些系統擴展了傷口放射性測量和放射性核素識別的能量范圍，顯著提高了測量效果。
目前，傷口中放射性污染物的測量技術僅限于識別放射性核素的類型和確定表面污染活性水平。對于需要進一步專業醫療干預（如手術切除）的較大、較深的傷口，迫切需要及時準確地確定和量化傷口內放射性污染物的分布。目前缺乏有效的方法來確定和測量傷口內污染物的分布，也沒有實用的解決方案或專用設備。一種常見的測量方法是依次使用兩個或更多不同尺寸的探測器：首先使用大尺寸、低分辨率的探測器大致確定污染范圍，然后使用小尺寸、高靈敏度的探測器進行掃描，以確定最大污染區域，以便進行后續的活性測量。最大污染區域的識別主要依賴于觀察探測器的計數率變化。這種方法在繪制傷口內污染物分布圖方面效率低下，復雜、耗時、勞動強度大，且容易受到人為測量誤差的影響。準確評估傷口中污染物的滯留和分布對于放射性污染物傷口的檢測技術來說是一個重大挑戰。
本研究介紹了一種新型系統和方法，用于測量放射性污染物傷口，具有更高的分辨率、更緊湊的體積，并且易于臨床應用。該系統利用編碼孔徑成像原理評估傷口中放射性污染物的分布，并利用X/γ射線光譜技術直接量化這些核素的滯留情況。這種方法有助于全面了解放射性污染物傷口的特征，克服了現有技術的局限性，提高了該技術的實際應用價值。
部分摘錄
傷口中放射性污染物分布的測量
通過利用編碼孔徑成像原理（Fenimore E等人，1978年），可以測量傷口中放射性污染物的分布。編碼孔徑成像系統（Cie?lak J M等人，2016年）通常包括位置敏感的探測器和準直器，這些探測器和準直器由重金屬制成，并以特定方式編碼。成像過程包括編碼過程和圖像重建過程。
成像功能測試
為了測試放射性污染物傷口測量系統的成像功能，將三個241Am點源（兩個為3.0×104 Bq，一個為2.59×104 Bq）放置在軟組織等效材料（密度ρ=1.08g/cm3，H10%，C12.5%，N3.50%，O74%）的表面，厚度分別為15毫米、25毫米和30毫米。每次測量確保獲取7000個有效計數，使用MLEM算法進行圖像重建。系統響應矩陣aij是通過仿真獲得的。
結論
目前，還沒有成熟的設備或方法能夠充分確定傷口中放射性污染物的滯留和分布。通過結合成像和γ射線光譜技術，我們開發了一種新型的非接觸式系統，用于測量放射性污染物傷口，該系統具有更高的分辨率、更緊湊的體積，并且易于臨床應用。該系統能夠識別傷口中的殘留核素、測量核素的深度和活性，并確定
CRediT作者貢獻聲明
李星龍：驗證、概念構思。龐宏超：項目管理、資金獲取、概念構思。羅志平：項目管理、資金獲取、概念構思。王偉：撰寫——審稿與編輯、撰寫——初稿、方法論、數據管理、概念構思。王玉建：撰寫——審稿與編輯、可視化、驗證、數據管理
未引用參考文獻
Accorsi, 2001; Chen等人，2019; Fenimore, 1978; Gong和Ye, 2004; Genicot和Alzetta, 1997; Sun, 2019; Shepp和Vardi, 1982; Joshi, 2014; Hanping等人，2017; Ma等人，2016; Mu和Liu, 2006; NCRP報告No156, 2006; Wang等人，2018.
知情同意
本文不包含任何涉及人類受試者的研究。
利益沖突
作者聲明他們沒有已知的競爭性財務利益或個人關系可能會影響本文所述的工作。
利益沖突聲明
? 作者聲明他們沒有已知的競爭性財務利益或個人關系可能會影響本文所述的工作。
