针对地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)空间粒子辐射对卫星在轨运行时产生的电离总剂量效应,将高性能铈掺杂硅酸钇镥(LYSO:Ce)晶体与铝层结合,来屏蔽质子辐照影响,实现电子辐射剂量的有效探测。基于Geant4建立探测器模型,比较不同材料的屏蔽效果,分析探测器响应特性,研究影响探测器输出响应的因素。结果表明:使用0.022 mm厚的铝层作为屏蔽层包裹光纤,可排除质子辐照影响;基于LYSO:Ce晶体的探测器具有较好的线性响应,电子穿越屏蔽层时产生的次级电子、光子可以提高探测器响应灵敏度;物质对电子的电离阻止本领与入射电子速度的平方近似成反比,适当增加电子与探测器之间传输距离,可增强探测器的辐射响应;探测器对能量区间在0.04~1 MeV的电子探测效率最高。通过研究LYSO:Ce晶体与铝层结合的电子辐射剂量探测器特性,为新型闪烁体空间辐射探测器设计提供技术参考和理论支撑。
LYSO:Ce Geant4 电子辐射 剂量探测器 LYSO:Ce Geant4 Electronic radiation Dose detector
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043027
Author Affiliations
Abstract
1 Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf, Dresden, Germany
2 Technische Universität Dresden, Dresden, Germany
3 OncoRay – National Center for Radiation Research in Oncology, Faculty of Medicine and University Hospital Carl Gustav Carus, TUD Dresden University of Technology, Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf, Dresden, Germany
4 Current affiliation: Institut Curie, Université PSL, CNRS UMR3347, Orsay, France
5 Current affiliation: Universitätsklinikum Freiburg, Freiburg, Germany
Laser plasma accelerators (LPAs) enable the generation of intense and short proton bunches on a micrometre scale, thus offering new experimental capabilities to research fields such as ultra-high dose rate radiobiology or material analysis. Being spectrally broadband, laser-accelerated proton bunches allow for tailored volumetric dose deposition in a sample via single bunches to excite or probe specific sample properties. The rising number of such experiments indicates a need for diagnostics providing spatially resolved characterization of dose distributions with volumes of approximately 1 cm ${}^3$ for single proton bunches to allow for fast online feedback. Here we present the scintillator-based miniSCIDOM detector for online single-bunch tomographic reconstruction of dose distributions in volumes of up to approximately 1 cm ${}^3$ . The detector achieves a spatial resolution below 500 $\unicode{x3bc}$ m and a sensitivity of 100 mGy. The detector performance is tested at a proton therapy cyclotron and an LPA proton source. The experiments’ primary focus is the characterization of the scintillator’s ionization quenching behaviour.
beam monitoring detectors laser-driven proton beams scintillator-based diagnostics ultra-high dose rate High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(2): 02000e17
1 南京航空航天大学核分析技术研究所 南京 211106
2 江苏省高校放射医学协同创新中心 苏州 215031
3 兰州大学核科学与技术学院 兰州 730000
4 苏州冠锐信息科技有限公司 苏州 215008
核辐射场区全覆盖路径规划对于辐射环境下区域作业者的辐射安全有重要意义。本研究基于生物启发神经网络算法,提出一种进行辐射剂量最优控制的全覆盖路径规划算法。首先,利用福岛核电站部分地形以及蒙特卡罗粒子输运程序分别构建模拟核辐射场区的障碍物分布和辐射剂量场,然后,采用Python语言进行算法仿真试验,模拟核辐射场区的每一个栅格定义为一个神经元,建立起生物启发神经网络,将栅格剂量率与神经元活性耦合实现路径规划的辐射剂量最优控制,分别采用单个、4个和8个移动单元进行仿真试验。结果表明:单个移动单元的规划路径在实现100%覆盖率,4%覆盖重复率的同时,能够优先覆盖低剂量区,延后覆盖高剂量区,实现了过程剂量和累积剂量的最优控制。为提高全覆盖的时间效率和获得更低的单体累积剂量,对算法进行多单元协同搜索的改进,结果表明:4单元和8单元仿真的覆盖重复率分别为5.72%和6.29%,1单元、4单元和8单元仿真完成全覆盖时间分别为30 min、9 min和4 min,时间效率成倍提高;最大单体累积剂量分别为4.11×10-3 mSv、1.28×10-3 mSv和0.85×10-3 mSv,也在显著降低。本文提出的算法能实现过程剂量和累积剂量最优控制的全覆盖路径规划,另外算法可以协同规划多单元路径,显著降低单体累积剂量,对辐射环境下区域作业的辐射防护有重要意义。
生物启发神经网络 核辐射场区 全覆盖路径规划 多单元协同 剂量控制 Bio-inspired neural network Nuclear radiation field Complete coverage path planning Multi-unit collaboration Dose control 辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010601
辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010203
1 天津大学微电子学院,天津 300072
2 天津师范大学数学科学学院,天津 300387
3 天津市成像与感知微电子技术重点实验室,天津 300072
多能计算机断层扫描(Computed tomography,CT)技术可以更加精确地分辨出人体组织对不同能量X射线光子的吸收情况,是医学成像领域的重要发展方向。为了解决因量子噪声等非理想效应加重导致重建图像质量急剧退化的问题,提出了一种基于移位窗口多头自注意力机制的双流Transformer网络结构。该结构利用移位窗口Transformer和局部增强窗口Transformer分别提取投影数据的全局和局部特征,充分利用投影数据的非局部自相似性以保留投影数据的内部结构;然后通过残差卷积融合提取的特征;最后使用带有非局部全变分的混合损失函数来监督网络模型的训练,提升该网络模型对投影数据内部细节的敏感程度。实验结果表明,所提方法处理后的重建图像峰值信噪比(PSNR)值、结构相似性(SSIM)值和特征相似度(FSIM)值分别达到37.7301 dB、0.9944和0.9961。与目前先进的多能CT去噪方法相比,所提方法在去除低剂量多能CT投影数据噪声的同时,可保留更多的细节特征,有利于后续的精确诊断。
图像处理 计算机断层扫描成像 低剂量 卷积神经网络 Transformer网络 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0837008
1 南京医科大学,第一附属医院,检验学部,南京 210029
2 南京医科大学,急诊医学科,南京 210029
为研究敌草快(DQ)中毒病人的临床特点,评估中毒病人脑损伤的相关因素及其分子机制,本研究收集DQ中毒病人56例,按住院期间病人脑损伤情况分为脑损伤组14例和未损伤组42例,并比较两组病人的基线资料和实验室指标。利用logistic 回归分析DQ中毒病人脑损伤的相关因素,利用受试者操作特征(ROC)曲线分析比较以上相关因素单独或联合时对DQ中毒病人脑损伤状态的预测价值。分组比较结果显示,脑损伤组病人的体质量指数(BMI)、DQ阳离子中毒剂量、接受机械通气、接受连续性肾脏替代治疗(CRRT)的比例显著高于未损伤组(P<0.05)。脑损伤组病人入院后S100钙结合蛋白B(S100B)、丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)、尿素氮(BUN)、肌酐(SCR)等血清生化指标,以及中毒后24 h 的白细胞(WBC)计数、中性粒细胞计数、中性粒细胞与淋巴细胞比率(NLR)均显著高于未损伤组(P<0.05)。对分组比较中存在显著差异的变量按先单因素后多因素方式进行logistic 回归分析,回归结果显示,中毒后24 h NLR对DQ中毒病人脑损伤状态有一定的独立预测价值。ROC曲线分析比较结果进一步表明,当中毒后24 h NLR联合BMI、DQ阳离子中毒剂量,或中毒后24 h NLR联合BMI、血液灌流前血液DQ质量浓度时,相比于单一指标可获得对DQ中毒病人脑损伤状态更高的预测价值。DQ中毒病人中毒后24 h NLR水平升高与脑损伤增加显著相关,可作为病人住院期间脑损伤发生的独立预测因子,当中毒后24 h NLR联合BMI 及DQ阳离子中毒剂量、血液DQ质量浓度时可获得对脑损伤事件更高的预测价值。
敌草快 脑损伤 中毒剂量 中性粒细胞与淋巴细胞比率(NLR) 预测 diquat brain injury poisoning dose neutrophil to lymphocyte ratio prediction
1 杭州师范大学附属医院口腔医学中心, 杭州 310015
2 杭州师范大学口腔医学院, 杭州 310015
3 浙江大学医学院附属口腔医院, 浙江大学口腔医学院浙江省口腔疾病临床医学研究中心, 杭州 310000
光生物调节疗法作为口腔黏膜病治疗的辅助手段发展迅速, 它通过细胞吸收光子能量, 产生光化学效应, 从而调节各种各样的生物过程来达到治疗目的。本文就减少炎症、加速组织愈合、缓解疼痛以及光生物调节的双向剂量作用4个方面进行综述, 并深入探讨了其作用机制, 以便为临床医师应用光生物调节疗法治疗口腔黏膜病提供更好的临床决策和依据。
光生物调节 治疗 口腔黏膜病 发色团 双相剂量反应 photobiomodulation treatment oral mucosal disease chromophore biphasic dose response
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(6): 060703