人體體型對光子和質子照射中輻射防護劑量評估的影響.pdf

1、可計算人體模型是反映人體解剖結構并包含了各器官和組織物理屬性的計算機模型，已被廣泛的用于電離輻射劑量計算。參考人模型作為常用的可計算人體模型，是代表具有某一人群的中位數(shù)體型參數(shù)的人體模型，多個國家都依據(jù)該國的體型統(tǒng)計數(shù)據(jù)構建了對應的參考人模型。但是由于人體體型具有相當大的個體化差異，相同輻射環(huán)境中不同體型的人體所受輻射劑量可能存在相當大的區(qū)別。在實際的輻射劑量評估中，僅采用參考人模型可能會與真實人體所受輻射劑量存在較大的差異。因此研究不

2、同體型的可計算人體模型，評估體型變化對各器官所受輻射劑量的影響，對減少輻射劑量計算誤差、制定更為全面的輻射防護方案具有重要的科學意義。
　　本研究在已構建的三套分別代表偏瘦、正常和偏胖體型的中國男性可計算人體模型的基礎上，修正了各模型體內的脂肪含量，并對紅骨髓組織進行精細分割，分別將這三套改進后的人體模型應用于光子和質子的均勻輻射場以及醫(yī)療輻射場中，評估體型對于人體內電離輻射劑量分布的影響。主要研究內容如下：
　　（1）在已

3、有人體模型的基礎上，將對電離輻射敏感的紅骨髓進行精細劃分，并且依據(jù)脂肪成分的預測模型修正了對輻射粒子有衰減和散射作用的脂肪組織的體積。優(yōu)化后的可計算人體模型內的脂肪含量和紅骨髓成分符合目前中國文獻和標準中提供的參考值，提高了電離輻射劑量計算的準確性，并且為紅骨髓劑量評估提供了可行性。
　?。?）將三套不同體型的中國男性人體模型應用于不同能量、不同照射方向的光子和質子均勻輻射場中，計算和對比了各模型體內各器官、各部位骨骼中的紅骨髓以

4、及有效劑量的劑量轉換系數(shù)，詳細的分析了體型對于人體內劑量分布的影響，并揭示了目前輻射防護標準中提供的劑量轉換系數(shù)可能會低估偏瘦人群所受輻射劑量，以及全身紅骨髓平均劑量轉換系數(shù)可能會低估某些特定部位骨骼中紅骨髓所受輻射劑量。質子輻射場中體型對于人體輻射劑量的影響相對于光子輻射場更為顯著，體型的差異可能會導致人體輻射劑量的差異達到100％以上。
　?。?）質子治療目前在我國處于大力發(fā)展的初級階段，本研究構建了一套可用于可計算人體模型的

5、質子筆形束劑量算法和質子治療放療規(guī)劃算法，并對三套不同體型的中國男性模型的前列腺癌質子治療進行仿真，計算和對比了質子治療中體內中子的產額以及劑量分布。本研究發(fā)現(xiàn)質子治療中體型偏瘦的人群體內次級粒子的產額較低，對正常器官的輻射劑量也較低，因此本研究建議患者在接受前列腺癌質子治療之前可以適當?shù)臏p輕體重。
　?。?）放療過程中器官的形變和位移會導致劑量分布的嚴重偏移，本研究采用有限元分析法構建了一系列不同體積膀胱下的盆骨部位各器官的模型

6、，驗證了有限元分析法預測軟組織形變和位移的可行性。然后將這套具有不同體積膀胱的人體模型應用于前列腺癌放療的模擬中，評估了膀胱體積發(fā)生變化時對于膀胱壁和腸所受輻射劑量的影響。劑量結果表明，排空膀胱配合較小的放療計劃靶區(qū)外擴邊界，可以達到與充滿膀胱后對膀胱壁和腸的類似的保護效果，但是排空膀胱有助于保持靶區(qū)位置的穩(wěn)定性，因此本研究建議前列腺癌放療之前讓患者排空膀胱以同時兼顧腫瘤控制率和正常組織并發(fā)癥發(fā)病概率。
　　本研究將符合中國統(tǒng)計數(shù)