电子顺磁共振(electric paramagnetic resonance，EPR)可定量检测电离辐射在指甲中产生的自由基，从而估算辐射剂量^[1]。指甲EPR测量通常是对剪碎成小块的指甲进行离体EPR测量^[2]。离体测量的指甲EPR信号包括3部分：本底信号(background signals，BKG)，辐射诱发信号(radiation-induced signals, RIS)和机械诱发信号(mechanically induced signals，MIS)。其中MIS由剪切时机械作用产生，具有与RIS相似的信号特性，难以与RIS分离，严重影响剂量评估的准确性^[3]。在体EPR测量可避免指甲的剪切，从而避免MIS的产生。本研究利用专门研制的窄缝型EPR谐振腔，对未经剪碎的整块指甲开展模拟在体测量实验，在无MIS干扰的条件下，研究了指甲EPR信号特性，初步建立了指甲在体测量的剂量响应规律，为克服指甲BKG个体差异的影响，探讨了恢复被测个体BKG的方法。

1.指甲在体测量EPR装置与参数：利用实验室自行研制的在体EPR测量装置^[4-6]，测量参数：中心磁场338 mT，扫场宽度10 mT，微波频率9.46 GHz，功率10 mW。调制磁场0.5 mT。每次测量重复扫场40次，单次扫场时间常数为10 ms。

2.样品照射条件：照射源为军事科学院军事医学研究院⁶⁰Co γ射线放射源。

3. BKG分布规律实验：本实验健康志愿者提供的84枚指甲样品观测其BKG信号。志愿者年龄23~28周岁，每人收集3枚指甲进行模拟在体测量。具体方法为：将志愿者指甲擦洗净，晾干后沿分甲线剪切，获得整块指甲；测量时，将整块指甲样品插入谐振腔检测口，剪切断面位于检测口外，排除MIS的干扰，获得指甲模拟在体测量的EPR信号。

4.剂量响应实验：收集健康志愿者提供的35枚指甲样品，分为7个照射组，每组5枚指甲样品。采用模拟在体测量方法，首先测量35枚指甲样品的BKG，然后对7组样品分别照射2、3、4、5、6、8、10 Gy(急性放射综合征的剂量范围)。照射后再进行EPR测量。分别计算扣除每枚指甲BKG及扣除35枚指甲平均BKG的RIS强度，并对RIS均值进行剂量响应规律拟合。

5. EPR信号时间衰减实验：收集健康志愿者提供的6枚指甲样品进行50 Gy照射，照射后立刻测量其EPR信号获得RIS初始值，将样品在室温保存并连续12 d监测其信号随时间变化情况，计算每枚指甲RIS相对初始值衰减的百分比，通过指数拟合获得照射后指甲在体EPR信号随时间衰减规律。

6. BKG和RIS信号分离方法实验：本实验探索了水处理结合变温法消除指甲RIS的方法。收集1名健康志愿者的8枚指甲样品，首先获得样品的本底信号BKG1-BKG8，再对指甲进行20 Gy照射，再次进行EPR测量获得信号S1-S8。然后，将经过照射的指甲在45℃蒸馏水中浸泡10 min，而后在45℃条件下烘干30 min，并测量其EPR信号L1-L8。对比照射前信号BKG1-BKG8和照射后信号S1-S8以及水处理后信号L1-L8强度的变化，考察消除指甲RIS恢复自身BKG的效果。

7.指甲在体EPR实际测量：为验证指甲在体EPR测量方法的实际效果，对5枚在体指甲进行了实际在体测量。具体测量流程为:用无水酒精擦拭指甲，将手指固定于专用支架，以避免测量时手指颤动的干扰，并将指甲尖端插入谐振腔探测口，确保指甲尖端抵住窄缝底部，而后进行EPR波谱测量。测量结束后，沿手指尖剪下完整指甲，利用前述的模拟在体测量方法获得EPR波谱，并与实际在体测量结果对比。志愿者指甲长度>2 mm(谐振腔深度为2 mm)，且指甲宽度大于谐振腔宽度(3 mm)，因此，指甲样品面积大于谐振腔窄缝内空间截面面积，两次测量的有效样品体积基本一致。实际在体与模拟在体测量参数一致。

8.统计学处理：采用SPSS 22.0软件进行分析。数据经正态性检验符合正态分布，以x±s形式表示。BKG与RIS分离方法实验中照射前后及水处理前后指甲EPR信号的比较采用t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

1. BKG信号分布情况：模拟在体测量获得的指甲EPR信号的BKG分布情况如图 1所示。男性42枚指甲本底信号均值为88±33，女性为90±32，不同性别的贡献者其指甲本底信号差异无统计学意义(P＞0.05)。本底分布范围较宽是指甲样品EPR信号的特性之一。

图 1 指甲EPR信号本底分布及剂量响应  A.男性本底信号分布; B.女性本底信号分布; C.扣除指甲自身BKG信号; D.扣除BKG均值 Figure 1 BKG distribution and dose response curve of EPR signal intensity from irradiated fingernails  A. Male BKG distribution B. Female BKG distribution; C. Fingernail BKG deduction; D. Mean value of decued BKG

剂量响应：模拟在体测量方法获得的剂量响应结果如图 1所示，在剂量为2~10 Gy范围内，指甲在体测量EPR信号相对强度与照射剂量呈线性响应，两种数据处理方法的线性相关系数分别为0.959 3、0.960 2。但扣除平均本底方法在某些剂量点会出现明显的信号强度变化随剂量倒置的现象，如4、5 Gy的信号反而小于3 Gy的信号，而扣除个体自身本底的方法确可避免这种情况。

2. EPR信号的衰减特性：用模拟在体测量方法获得的EPR信号的时间衰减特性如图 2所示。拟合的相应指数衰减方程为

图 2 指甲RIS信号随时间衰减曲线 Figure 2 Decay curve of RIS signal intensity of nail

拟合相关系数r=0.903 1。其中，y为辐射诱发信号RIS的相对强度；x为照射后时间，min。据此推算RIS的半衰期约5 d，可以为剂量评估中提供参考。

3. BKG恢复效果：对消除辐射诱发信号RIS恢复样品自身BKG的实验结果进行统计学分析，照射后信号明显增加且与BKG差异有统计学意义(t=7.814，P＜0.05)，而水处理后信号与BKG接近(P＞0.05)，因此可以认为水处理法可以比较有效地消除RIS，恢复个体的自身本底信号，从而改善因人群指甲BKG分布范围较宽使本底扣除客观性差的问题，为提高剂量重建的可靠性提供了新的参考方法。

4.实际在体EPR:因无法获得实际受照者，本工作仅采用健康人员验证了实际在体测量的效果，结果如图 3所示，比较可见，实际在体测量条件下仍能够检测到指甲本底信号，A图中背景噪音有所增大，信噪比相对降低，但信号仍能较好识别，5例在体测量的EPR信号均值为51, 测量后即刻剪下指甲进行模拟在体测量的EPR信号均值为57，说明实际在体测量过程中人体的干扰有限，本实验建立的在体测量指甲方法是实际可行的。

注：g.通用因子 图 3 指甲在体测量EPR波谱  A.实际测量; B.模拟测量 Figure 3 In vivo fingernail dosimetry EPR spectra  A.Actual measurement; B. Simulated

本研究在自主研制的指甲在体测量EPR装置上，利用整块指甲模拟在体测量过程，初步建立了基于EPR的指甲剂量在体测量方法，并详细研究了指甲BKG，RIS的波谱特征和变化规律；利用水处理结合温度变化方法探讨了恢复指甲自身BKG的方法。结果表明，利用目前建立的在体测量方法，可以检测到整块指甲的EPR信号，该方法可避免MIS的干扰，获得真实的RIS；水处理方法能比较有效地恢复指甲样品的自身BKG，避免了群体BKG分布范围宽带来的本底扣除误差。本工作获得的初步结果对于降低指甲的剂量评估误差，提高利用指甲进行早期剂量评估的可靠性和实用性方面将有实际帮助。

目前在2~10 Gy范围初步建立了指甲模拟在体测量的剂量响应规律，基本涵盖了急性放射病救治最为关注的应急剂量诊断范围，但受目前设备检测灵敏度的限制，以能够明确区分波谱形态为条件，目前的剂量下限在3 Gy左右。

研究表明，利用指甲EPR波谱作为辐射剂量诊断指标，存在本底信号和剂量响应的个体差异较大的问题^[7]。其主要原因可能是：测量时不同指甲样品深入到谐振腔的有效测量体积有差异，本实验通过谐振腔的设计控制检测灵敏区小于被测量样品，从而控制测量体积，但依然存在一定误差，需要进一步优化；另外，RIS照射后随时间有一定衰减，使得剂量响应实验中有些测量点误差偏大；针对RIS随时间衰减变化的问题，本研究计算了RIS的半衰期约5 d，提示指甲EPR剂量重建方法更适用于事故后数天内的早期剂量评估，且进行剂量重建时需要根据照射后的时间进行校正。

由于不同个体指甲BKG有较大差异，所以利用人群BKG的均值进行剂量重建会带来较大偏差。本研究探讨了恢复样品自身BKG的方法。水处理法曾被用于离体指甲EPR测量时消除MIS的干扰^[8-9]，但实际上该方法对RIS也具有消除能力^[10]，因离体测量时样品中的MIS和RIS是始终相伴的，所以水处理方法在去除MIS的同时也削弱了RIS，造成有用的剂量信息丢失。但指甲在体测量获得的信号中不含MIS，所以去除的只是RIS单一成分。

指甲在体EPR测量的结果表明，在体条件下依然可以检测到较为清晰的指甲本底信号，初步验证了指甲在体测量的可行性。目前的实际在体测量与模拟在体测量相比虽然出现了一定程度的噪音增大现象，但信号仍能较好识别，说明指甲在体测量过程中人体对信号的干扰有限，在体条件下能够正常进行EPR测量。目前利用指甲在体测量评估剂量的误差仍较大，所以，认为这种方法更适用于在事故后早期开展快速的剂量初筛，为进一步精确的剂量诊断提供参考。