一种可穿戴式防核辐射设备的优化配置方法和装置与流程

本发明属于核辐射检测，具体涉及一种可穿戴式防核辐射设备的优化配置方法和装置。

背景技术：

1、辐射监测是军工业等领域的一项重要任务。在战场或核电站等环境中，人员或工作人员可能会接受到剧烈的辐射照射，这会对其身体健康造成严重的损害，尤其是对肾脏功能的影响。因此，准确预测和有效预警辐射引起的肾脏损伤，对保护相关人员的生命安全具有关键意义。

2、现有的辐射安全监测技术主要集中在辐射剂量的检测和评估。通过布设各类辐射探测器，可以实时监测辐射强度，并根据累积剂量评估受辐射人员的健康风险。然而，这种基于辐射剂量的评估方法存在一定局限性：

3、辐射剂量无法直接反映辐射在人体内部的传播和沉积过程，无法准确预测具体器官的损伤情况。

4、不同类型和能量的辐射对人体各器官的损害程度存在差异，单一的剂量指标无法充分反映这种差异。

5、辐射损伤往往具有一定的滞后性，剂量评估无法及时预警可能发生的损伤。

6、因此，迫切需要一种新的可穿戴式防核辐射设备的优化配置方法，能够更准确、及时地评估辐射引起的肾脏损伤风险，为相关人员提供有效的保护措施。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种可穿戴式防核辐射设备的优化配置方法，

2、步骤1，建立所述可穿戴式防核辐射设备内部辐射屏蔽层的三维几何模型，并计算不同位置的总体屏蔽系数；

3、步骤2，模拟核辐射在所述可穿戴式防核辐射设备内部的传播过程，识别辐射分布的热点区域；

4、步骤3，在辐射分别的热点区域布置检测单元，采集准确的辐射剂量的时域数据；将所述辐射剂量的时域数据转换为辐射剂量分布的频域特征数据；

5、步骤4，根据所述辐射剂量分布的频域特征数据，建立基于深度学习的肾损伤预测模型，并将其集成到所述可穿戴式防核辐射设备中，实时评估人员的肾损伤风险，及时预警并告知需要采取的医疗措施。

6、特别地，所述步骤1具体包括：

7、建立可穿戴式防核辐射设备内部总体屏蔽系数的计算模型：

8、

9、其中：是第i种材料对能量为、入射角为的辐射的时变质量衰减系数；其表达式为：

10、；

11、其中：是第 i种材料对能量为的辐射的质量衰减系数， a表示衰减；是第 i种材料对能量为、入射角为的辐射的质量散射系数， s表示散射； ρi是第 i种材料的参考密度； g( t)是时间修正系数，描述材料随时间 t的老化、损耗的影响；是第 i种材料在位置坐标()处的时变厚度；是第 i种材料的时变密度修正函数，表示为：= ρi (t)/ρi，0；其中， ρi (t)是第 i种材料在时间 t的密度； ρi，0是第 i种材料的参考密度。

12、特别地，所述步骤2具体包括：根据辐射源的能量谱和角分布，采用蒙特卡罗方法随机抽样产生辐射粒子的初始能量和入射角；

13、对每个辐射粒子，根据当前位置坐标、初始能量和入射角，查询总体屏蔽系数；

14、根据所述总体屏蔽系数，计算粒子在当前介质中的平均自由程，并用随机数确定实际飞行距离；

15、判断粒子是否与介质中的原子核发生弹性散射或其他相互作用，如果发生，根据相应的截面和散射相函数随机确定新的能量、散射角度和方位角，更新粒子状态；

16、根据粒子能量损失，更新所述总体屏蔽系数以反映介质的时变性，当粒子能量低于设定阈值时，终止该粒子历程；统计每个网格单元内的能量沉积，得到所述网格单元的吸收剂量；根据设定的剂量阈值，标记出高于所述剂量阈值的网格单元，即为辐射分布的热点区域。

17、特别地，所述步骤3中采集准确的辐射剂量的时域数据具体包括：根据预期的辐射类型和能量范围，选择合适的检测器，在辐射分布的热点区域及其附近布置更多检测单元，提高采样密度，使用标准辐射源对检测单元进行能量校准和效率校准，设置合理的时间分辨率和采样频率，连续采集每个检测单元在不同时间点的计数率或电流响应；

18、将时域辐射剂量数据存储下来，用表示，其中k表示检测单元编号，m时间索引，n表示空间索引。

19、特别地，所述步骤3中，将所述辐射剂量的时域数据转换为辐射剂量分布的频域特征数据具体包括：

20、通过如下表达式实现频域特征提取，用于从时域辐射剂量数据中提取频域特征；

21、；

22、其中， u， v为频域变量，对应于水平和垂直方向的频率，m表示时域数据的采样点数；n表示空间数据的采样点数；

23、表示第k个检测单元在时域 m和空间坐标 n处采集的时域辐射剂量数据；表示在第k个检测单元在频域( u， v)处的特征值，反映了辐射信号的频谱特性。

24、特别地，所述步骤4中，所述肾损伤预测模型具体包括：

25、

26、其中所述肾损伤预测模型中，将输入特征能量e、入射角θ、位置坐标（x，y，z）和频域特征作为输入，计算肾损伤风险预测概率p；其中，σ2表示高斯核函数的带宽参数，用于控制输入与参考特征之间的相似度；表示参考能量特征，表示参考角度特征，（）表示参考位置坐标；表示输入特征与参考特征之间的距离；表示高斯核函数的系数； j表示线性特征函数的数量， βj表示第 j个特征函数的系数，反映了每个特征函数在整个预测模型中的重要程度；所述特征函数部分中，表示第 k个检测单元的频域特征；的偏斜度，用来描述信号的非对称性；表示第 k个检测单元的频域特征的峰度，用来描述信号的峰值特性。

27、特别地，所述步骤4中，实时评估人员的肾损伤风险，并及时预警具体包括：根据实际需求和之前的历史数据，确定一个合适的肾损伤风险预警阈值，实时采集测量数据，将这些输入所述特征所述肾损伤预测模型，计算出当前的肾损伤风险预测概率p；如果所述当前的肾损伤风险预测概率p大于预警阈值，则触发风险预警。

28、特别地，所述步骤4中，根据所述当前的肾损伤风险预测概率p，将其划分为不同的风险等级；当风险等级发生变化时，系统会触发相应级别的预警信号；所述预警信号中包括自动推荐相应的医疗措施。

29、特别地，该方法还包括对所述肾损伤预测模型的训练过程，其中包括：收集辐射测量数据样本；记录下每个辐射测量数据样本对应的实际肾损伤程度，作为监督信号；计算出每个样本的高阶统计矩特征，包括偏斜度和峰度；将这些统计特征与物理输入特征组合成完整的特征向量；采用梯度下降的优化算法，训练预测模型的参数；通过迭代优化，学习出最优的模型参数，最小化预测概率与实际肾损伤程度之间的损失函数；使用独立的测试集评估训练好的预测模型在新数据上的性能。

30、本发明还公开一种可穿戴式防核辐射设备的优化配置装置，

31、模型建立模块，用于建立所述可穿戴式防核辐射设备内部辐射屏蔽层的三维几何模型，并计算不同位置的总体屏蔽系数；

32、热点区域识别模块，用于模拟核辐射在所述可穿戴式防核辐射设备内部的传播过程，识别辐射分布的热点区域；

33、辐射检测和转换模块，用于在辐射分布的热点区域布置检测单元，采集准确的辐射剂量的时域数据；将所述辐射剂量的时域数据转换为辐射剂量分布的频域特征数据；

34、损伤评估和报警模块，用于根据所述辐射剂量分布的频域特征数据，建立深度学习的肾损伤预测模型，并将其集成到所述可穿戴式防核辐射设备中，实时评估人员的肾损伤风险，并及时预警。

35、有益效果：

36、通过本发明提出的技术方案，可以实现以下技术效果：

37、1、提高辐射环境下人员肾损伤预测的准确性和及时性。

38、本发明采用机器学习的方法，融合物理特征和统计特征，能够更准确地预测辐射对肾脏的损害程度。

39、2、相比传统的单一剂量评估方法，本发明的预测模型可以更好地反映辐射在人体内部的复杂传播和沉积过程。

40、3、实现对人员肾损伤风险的实时监测和分级预警。

41、本发明的预测模型可以持续评估人员所处环境的辐射风险，并将其划分为不同等级。

42、4、当风险等级发生变化时，系统会及时发出相应级别的预警信号，帮助采取针对性的医疗措施。

43、5、提升辐射安全防护的针对性和响应速度。

44、根据不同的风险等级，本发明的系统会自动推荐合适的防护建议，如调整工作流程、更换防护装备等。

45、这些分级医疗措施可以帮助现场人员更加及时有效地采取保护行动，降低肾脏损伤的发生。

46、6、为辐射安全管控提供智能化的决策支持。

47、本发明的预测模型可以充分利用各种辐射监测数据，通过机器学习实现自动化的风险分析和预警。

48、这种智能预警系统可以为指挥决策提供可靠的依据，提高辐射安全管控的整体水平。