一种核素治疗病人的出入通道及路径设计方法
阅读说明：本技术 一种核素治疗病人的出入通道及路径设计方法 (Entry and exit channel and path design method for nuclide treatment patient ) 是由 邓贞宙 赖文升 周凯 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种核素治疗病人的出入通道及路径设计方法,其中装置和模块包括热释光个人剂量计(TLD)连接医护人员的不同部位,测其累积剂量当量；活性加速器与同位素示踪剂剂量连接,生产病患所需的药物；射线检测仪与病人连接,测量出病人体内残余辐射剂量。该装置可以有效减少医疗工作人员和无关人员受到核素的辐射,也能相应的减少医院的医疗成本。(The invention provides an access passage and a path design method for nuclide treatment patients, wherein a device and a module comprise thermoluminescent personal dosimeters (TLDs) which are connected with different parts of medical care personnel and used for measuring the equivalent cumulative dose; the active accelerator is connected with the dosage of the isotope tracer to produce the medicine needed by the patient; the radiation detector is connected with the patient and is used for measuring the residual radiation dose in the patient. The device can effectively reduce the radiation of nuclides to medical staff and irrelevant staff, and can correspondingly reduce the medical cost of hospitals.)
技术领域
本发明涉及路径长度设计、病人***处理、辐射隔离和药物辐射剂量残余检测领域，尤其涉及一种核素治疗病人的出入通道及路径设计方法。
背景技术
正电子发射断层成像(positron emission tomography，简称PET)、单光子发射计算机断层成像(single-photon emission computed tomography，简称SPECT)等核医学影像设备是医院重要的辐射来源之一，既包括CT扫描产生的X射线辐射，其可用公式N＝N0e-λt表示，也包括PET显像时18F-FDG药物造成的γ射线，其可用公式I＝I0eμt表示，在受检者注射药物的10个半衰期时间内，仍要防治辐射的发生。在实际工作中，应根据受检者的身体特征不同，合理的选择放射性药物的剂量，使受检者在得到合格的影像图像的基础上，尽可能的减少照射剂量，并且需要一条安全高效的检查路径，以达到最优化和个性化的目的。而目前在核PET、SPECT检查方面，缺少专门针对检查路径的设计。检查路径除了路径长短，辐射隔离、病人***处理、检查地点选址、药物辐射剂量残余检测都应包含在设计范围内。
如果采用粗略的隔离方式和检查路径设置，不仅不能对病人的病情起到控制、治疗作用，反而可能会加重病情，受到过多的辐射，危机生命，更有甚者会对医护人员或其他无辜的人造成伤害。为此，设计出一条核素治疗病人的出入通道和路径，将对PET治疗流程产生重要的影响。
因此，针对上述技术问题，有必要针对PET治疗的病人，提供一种新的核素治疗病人的出入通道及路径设计方法，以克服上述缺陷，实现高精度的药物剂量控制，降低辐射范围，减少病人检测过程中的路径长度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核素治疗病人的出入通道及路径设计方法，该方法能有效地避免病人和工作人员受到过多的辐射，并为病人检查提供一条最短、最舒适、成本也最低的路径。
为了解决上述技术问题，本发明提供的装置，包括：注射室模块100，所述注射室模块100连接产药室模块200，给病人提供一个安全隔离的注射环境，所述注射室模块100通过药物输送设备单元110获取所述产药室模块200里的活性加速器单元210所产的同位素示踪剂；所述注射室模块100还连有休息室模块300；
所述产药室模块200和所述等候室模块500连接受检室模块400；所述受检室模块400连接注射室模块100；所述注射室模块100和热释光个人剂量计模块700连接休息室模块300；所述休息室模块300连接剂量检测室模块600；所述等候室模块500和剂量检测室模块600连接医院过道；
其中热释光个人剂量计模块700，连接医护人员的不同部位，测其累积剂量当量，当发现辐射累积剂量当量超过设定当量时，医护人员需要进入休息室模块300消毒直到累计剂量当量降低到设定当量以下。
其中，活性加速器单元用于与同位素示踪剂剂量连接，生产病患所需的药物。
其中，所述注射室模块100中所述输送设备单元包110括输送管道111和药物出口112，更加便捷卫生。
其中，输送管道111由特制材质构成，用于隔离污染，并保持药物活性，所述药物出口装置112与输送管道111连接，具有很强的隔离性和精准药物剂量控制；
其中，所述休息室模块300包括独立休息室单元310，所述休息室单元310设有自动消毒式马桶311和水源。休息室模块给病人提供一个休息的场所，促进示踪剂分布到全身，休息室模块将会提供单独的隔离的房间，并在隔离的房间里配备马桶，电视及饮用水；自动消毒式马桶在使用后会进行全自动消毒，防止***物进一步对患者造成辐射
其中，所述受检室模块400包括PET检测仪单元420和防辐射屏风单元410，并配备铅当量防护服。防辐射屏风单元围绕PET检测仪单元，用于对仪器所散发的辐射进行削弱；PET检测单元覆盖整个检查过程，用于药物剂量的确定、时间的控制、辐射测定都由该系统进行控制。
其中，所述等候室模块500包括独立等候间模块510和智能报时器511。等候室模块与受检室模块和剂量检测室模块连接，当病人体内的放射性药物剂量降低后就可以离开医院。智能报时器根据病人注射的剂量和受到的辐照，用于智能化确定病人等候时间并自动报时，让病人离开等候室去剂量检测室进行检查。
其中，所述剂量检测室模块600包括射线检测仪单元610，所述射线检测仪单元610具体为451P射线检测仪，其利用X射线的穿透能力，专门检测电离辐射(X、α、β、γ)射线，高效检测出患者体内残余辐射剂量。检测出的数据输出到等候室模块。剂量检测单元在较短的时间内检测出病人体内的剂量程度，低于设定剂量则门打开，可以从出口通行离开医院，高于设定剂量则回到等候室。
本发明提供的一种核素治疗病人的出入通道的路径设计方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据周围环境确定治疗区域，治疗区域应尽量远离人群，有条件的话选择有墙壁、山体或树木遮蔽的区域；
步骤S2：确定各科室的位置，确保从开始检查到最后离开患者的路径最短；
步骤S3：对患者进行诊断，以确定患者所需药物及药物剂量μ＝kz3λ3；
步骤S4：确定同位素示踪剂的剂量并在产药室通过活性加速器生产PET检测所需的同位素示踪剂τ＝kizv；
步骤S5：在注射室给病人提供一个安全隔离的注射环境，并且注射室通过管道获取产药室里的活性加速器所产的同位素示踪剂；
步骤S6：休息室给病人提供一个休息的场所，促进示踪剂分布到全身，休息室将会提供单独的隔离的房间，并在隔离的房间里配备马桶；
步骤S7：受检室存放PET检测仪器，在这里给病人进行治疗，隔离污染和辐射源；
步骤S8：病人在等候室等待体内的放射性药物剂量降低，达到设定的标准后即可离开医院；
步骤S9：剂量检测室中的仪器会在较短的时间内检测出病人体内的剂量程度，当低于设定剂量时，即ΔD＝0.434Δt/(1+n)∈(5.9±1.1)mSv，门打开，可以通行；高于设定剂量则需要回到等候室，等待一段时间后继续来进行检测；
步骤S10：离开治疗区域的病人将回到最初的诊断室，由专业医生交代后续注意事项。
从上述技术方案可以看出，通过采用本发明的核素治疗病人的出入通道及路径设计方法，能有效避免病人受到过多的辐射，并为病人检查提供一条最短、最舒适、成本也最低的路径，特别适合于身体虚弱、年龄较大的病患，以及人流量比较大的医院。
本发明提供的核素治疗病人的出入通道及路径设计方法，通过热释光个人剂量计和活性加速器等仪器，计算了患者所需药物剂量和体内残余剂量，具有高精确度，采用最先进的回旋加速器和最合理的示踪剂计算方法，给病人注***确度高的药物剂量；用铅当量铅墙作为辐射隔离的设计，有利于较少辐射范围，隔离辐射源，保障病人以及医护人员的安全；一体化设计使系统更加紧凑、处理流程简明，降低了复杂度。
附图说明
图1为本发明的核素治疗病人的出入通道及路径设计方法的流程图
图2为本发明的休息室设计图
图3为本发明的受检室设计图
图4为本发明的等候室设计图
图5为本发明的最短路径实施例示意图
图6为本发明的模块示意图，其中，100、注射室模块；110、药物输送设备单元；111、输送管道；112、药物出口；200、产药室模块；210、活性加速器单元；300、休息室模块；310、独立休息室单元；311、自动消毒式马桶；400、受检室模块；410、防辐射屏风单元；420、PET检测单元；500、等候室模块；510、独立等候间模块；511、智能报时器；600、剂量检测室模块；610、射线检测仪单元；700、热释光个人剂量计模块；800、电离室巡测仪模块；900、路径测量装置模块。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
图1为根据本发明的一个实施例的病人出入通道的路线图，其中病人从入口处门1进入，通过门2到达等候室准备身体检查，然后从门3出等候室然后从门4进入受检室，进行完身体的各位基本检查后从门6出受检室，然后从门7进入注射室，注射完核素后从门8出去，从门10进入休息室，等待体内的放射性药物剂量降低，达到设定的标准，然后从门11出去，通过门12进入核素剂量检测室，确认体内的放射性药物剂量真的达到设定的标准后从门13出剂量检测室，最后从门16离开核素治疗的出入通道。
图3为根据本发明的一个实施例的受检室的结构示意图，本方法中剂量当量率和距离的相关系数(r值)为—0.994，P<0.05；剂量当量率和时间的r值为—0.988，P<0.05，可见剂量当量率与距离和时间的相关性较好，均呈负相关。剂量当量率为2.5uLSv/h时，距离受检者1.0和1.5m处的时间点分别是342和266min；注射18F-FDG后90和130min的距离点分别是3.9和3.4m。本研究中PET的扫描条件为120kVp，220mAs，加权CT剂量指数(CTDIW)为24.3mGy，做1次PET检查每名受检者平均注射18F—FDG 433MBq。据文献报道1次PET检查每名受检者平均注射18F-FDG 370MBq，18F-FDG所造成的剂量当量为7mSv，扫描所造成的剂量当量为16.7～19.4mSv。可见在PCT/CT检查中，18F-FDG致患者吸收剂量负担较小。从辐射防护最优化的角度看，医师在申请检查时应慎重，全面考虑受检者在检查中受到的照射剂量；另外应鼓励患者多饮水加速18F-FDG的***，这是较简单可行的办法；应规范用药，以尽量降低18F-FDG注射剂量。
利用图1进行治疗区域选定和路径设计时，应综合考虑多方面因素，则本发明的核素治疗病人的出入通道的路径设计方法应包括以下步骤：
步骤S1：根据周围环境确定治疗区域，治疗区域应尽量远离人群，有条件的话选择有墙壁、山体或树木遮蔽的区域；
步骤S2：确定各科室的位置，确保从开始检查到最后离开患者的路径最短；
步骤S3：对患者进行诊断，以确定患者所需药物及药物剂量；
步骤S4：确定同位素示踪剂的剂量并在产药室通过活性加速器生产PET检测所需的同位素示踪剂；
步骤S5：在注射室给病人提供一个安全隔离的注射环境，并且注射室通过管道获取产药室里的活性加速器所产的同位素示踪剂；
步骤S6：休息室给病人提供一个休息的场所，促进示踪剂分布到全身，休息室将会提供单独的隔离的房间，并在隔离的房间里配备马桶；
步骤S7：受检室存放PET检测仪器，在这里给病人进行治疗，隔离污染和辐射源；
步骤S8：病人在等候室等待体内的放射性药物剂量降低，达到设定的标准后即可离开医院；
步骤S9：剂量检测室中的仪器会在较短的时间内检测出病人体内的剂量程度，当低于设定剂量时门打开，可以通行；高于设定剂量则需要回到等候室，等待一段时间后继续来进行检测；
步骤S10：离开治疗区域的病人将回到最初的诊断室，由专业医生交代后续注意事项。
根据本发明的一个实施例，所述装置通过与人员连接得出所需结果，结果将用于药物剂量的实施。
根据本发明的一个实施例，所述模块的连接将不会与医院过道有任何互通之处。
根据本发明的一个实施例，在上述步骤S4中，所述同位素示踪剂在本次实施例中为18F氟代脱氧葡萄糖(18F-FDG)。
根据本发明的一个实施例，在上述步骤S4中，所述同位素示踪剂的阈值设置为
根据本发明的一个实施例，在上述步骤S5中，所述隔离的房间将会采用铅当量铅墙作为隔离屏障。
根据本发明的一个实施例，在上述步骤S9中，所述设定的标准为受检者辐射低于有效剂量为(5.9±1.1)mSv时，即可离开隔离区。
根据本发明的一个实施例，在上述步骤S9中，所述检测剂量的仪器为451P射线检测仪。
根据本发明的一个实施例，产药室模块中的活性加速器中单元为MINItrac型活性加速器。
根据本发明的一个实施例，所述独立等候间模块采用铅当量铅墙作为隔离屏障。
以上核素治疗病人的出入通道及路径设计方法中，所述路径长短设计是指病人从进入注射室到离开剂量检测室的距离。
以上核素治疗病人的出入通道及路径设计方法中，所述的18F-FDG是指氟代脱氧葡萄糖，其完整的化学名称为2-氟-2-脱氧-D-葡萄糖，通常简称为FDG，是本次设计方法中所采用的同位素示踪剂。
以上核素治疗病人的出入通道及路径设计方法中，所述剂量检测是指本次设计中在病人进行PET治疗并等候药物消散一段时间后，用于最后一个步骤的检测。
以上核素治疗病人的出入通道及路径设计方法中，所述产药室是配有回旋加速器的专门场所。
图5为本发明的一个具体实施例的示意图，我们的目的是使患者检查路径的距离最短，那么可以采用Dijkstra(迪杰斯特拉)算法，它是通过为每个顶点v保留目前为止所找到的从s到v的最短路径来工作的。利用上述方法和装置设计核素治疗病人的出入通道及路径的步骤如下：
步骤S1：将图中的节点分为3类：当前访问的点Current vertex；与当前访问节点相通，但是未访问过的点Fringe vertex；已经访问过的点Visited vertex；
步骤S2：从节点A开始，A的Fringe vertex是B和D(图中inf代表infinite，表示从当前节点到目标节点的路径值还未知，我们设为无穷大)；
步骤S3：计算从开始节点到Fringe Vertex的路径(startToFringe)，计算公式如下
startToFringe＝startToCurrent+currentToFringe；
步骤S4：获取Fringe vertex在note中的路径(fringeInNoteDist)；
步骤S5：最后，note中得到的值是从开始点到各个点的最短路径。
图2为本发明的休息室设计图；图4为本发明的等候室设计图。结合图1、图2、图4，通过一个具体的实施例，对本发明核素治疗病人的出入通道及路径设计方法做进一步描述。本发明提出的核素治疗病人的出入通道及路径设计方法，其涉及到的同位素示踪剂18F-FDG剂量需要根据实例对受检者的辐射剂量进行检测评价18F-FDGPET显像应避免不必要的辐射。此处列出所涉及的应用实施例处理数据的参数。
根据本发明的一个具体实施例：
步骤(1)采用医疗管道将产药室的药物输送过来，避免不必要的接触和污染。
步骤(2)所用的实际装置为Discovery VCT和MINItrac型回旋加速器。内照射剂量的估算方法为：进行18F-FDG PET/CT检查时受检者所受内照射剂量由正电子湮灭辐射产生，其有效剂量的大小可以根据放射性活度计算：E＝∑eq^\o(\s\do4(T))WT·DT或者E＝A·∑eq^\o(\s\do4(T))WT·ΓTEDG或者E＝A·ΓEFDG。其中，A代表注射的18F-FDG的放射性活度，其单位为MBq或mCi，而ΓEEDG、ΓTEDG分别代表在国际辐射防护委员会(International Commission on Radiological Protection,ICRP)第106号出版物中所推荐的不同年龄个体与不同器官的注射活度与吸收剂量转换系数，其单位为mGy/MBq；WT是指不同器官的权重因子。先行CT扫描，立刻行PET 3D扫描，窗位6-8个，每个15.7cm，扫描时间2min。
步骤(3)CT辐射剂量的估算方法。通常计算CT辐射剂量的方法有2种：第1种是将全身剂量转换系数按0.015mSv/(mGy·cm)计算；第2种是按头区、颈区、胸区、腹区和盆区分别计算，根据ICRP第102号出版物，其各自的转换因子分别为0.002 1、0.005 9、0.014、0.015和0.015mSv/(mGy·cm)。其计算公式如下：ECT＝k·CDTIvol·LR·∑WR或者ECT＝K·DLPR·∑WR，其中k为不同个体间的转换系数；CTDIvol代表容积CT剂量指数(volume CTdose index)；LR为身体不同部位沿z轴的扫描长度；WR为人体不同部位的剂量效应转换系数；剂量长度乘积(dose length product，DLP)通过CTDIvol乘以扫描长度得到。
步骤(4)在注射完成后嘱患者休息，饮水600ml，45min后排空尿液，迅速饮水100-200ml。用自动曝光技术，管电压120kV，电流60-180mAs，层厚3.75mm。
步骤(5)配备受过训练的医护人员为病患进行PET/CT扫描检测，需身着0.5mm铅当量铅衣。
步骤(6)和注射后的休息室一样，都会设计独立的小房间，为病人提供休息的座椅，配备单独的马桶，防止尿液辐射到别的病人，也会单独配备饮用水。
步骤(7)将使用451P射线检测仪测定辐射剂量。
本发明的方法可以用于防辐射隔离技术，包括核素注射、核辐射时间测量、核医学仪器、最短路径设计。
本发明提供的核素治疗病人的出入通道及路径设计方法中。通过铅当量铅墙，有效隔绝了药物辐射，把伤害降到了最低。通过8mm铅当量铅屏风和0.5mm铅当量铅衣作为防护用品，可以为病人和医护人员以及医院外部人员提供安全保障。通过射线检测仪单元测定辐射剂量，更加有效地检测出病人体内残余药物辐射。
通过采用本发明的核素治疗病人的出入通道及路径设计方法，能有效避免病人受到过多的辐射，并为病人检查提供一条最短、最舒适、成本也最低的路径，特别适合于身体虚弱、年龄较大的病患，以及人流量比较大的医院。
本发明提供的核素治疗病人的出入通道及路径设计方法，通过热释光个人剂量计和MINItrac型活性加速器等仪器，计算了患者所需药物剂量和体内残余剂量，具有高精确度，采用最先进的回旋加速器和最合理的示踪剂计算方法，给病人注***确度高的药物剂量；用铅当量铅墙作为辐射隔离的设计，有利于较少辐射范围，隔离辐射源，保障病人以及医护人员的安全；一体化设计使系统更加紧凑、处理流程简明，降低了复杂度。
正电子发射断层成像全称为：正电子发射型计算机断层显像(Positron EmissionComputed Tomography，简称PET)，是核医学领域比较先进的临床检查影像技术。
单光子发射计算机断层成像是核医学的CT技术，是对从病人体内发射的γ射线成像。
CT(Computed Tomography)，即电子计算机断层扫描，它是利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，具有扫描时间快，图像清晰等特点，可用于多种疾病的检查；根据所采用的射线不同可分为：X射线CT(X-CT)、超声CT(UCT)以及γ射线CT(γ-CT)等。
18F-FDG(18F氟代脱氧葡萄糖)是一种化学物质，分子式是CB2154354。
热释光个人剂量计是利用热致发光原理记录累积辐射剂量的一种器件。
同位素示踪剂又称同位素指示剂(isotopic indicator)、同位素标记物(isotopic label)、标记物(label)。以少量被示踪元素相同而同位素组成或能态不同的示踪剂，掺入样品(载体)中，目的在于跟踪此元素的某个化学、生物或物理过程中经历的途径，实际上也跟踪了此样品。
铅当量：为便于比较各种防护材料的屏蔽性能，通常以铅为参照物，把达到与一定厚度的某屏蔽材料相同的屏蔽效果的铅层厚度，称为该屏蔽材料的铅当量。用铅作为基准物质时以铅的厚度来表示的衰减当量。
CT剂量指数(CTDIW)是对一个单次轴向扫描产生的沿着体层平面垂直线剂量分布从-50mm到正+50mm的积分。
Dijkstra(迪杰斯特拉)算法是由荷兰计算机科学家狄克斯特拉于1959年提出的，因此又叫狄克斯特拉算法。是从一个顶点到其余各顶点的最短路径算法，解决的是有向图中最短路径问题。迪杰斯特拉算法主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。