基于數(shù)字人體的程式化模型和曲面模型構(gòu)建及外輻射劑量研究.pdf

1、電離輻射是地球和宇宙空間自然環(huán)境的固有特征之一,與人類健康關(guān)系密切。衡量輻射危害及其嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)是輻射劑量。為了更有效地保護(hù)人類自身和所處環(huán)境,需要在生產(chǎn)、醫(yī)療、科研等電離輻射應(yīng)用中,有針對性地評估受照對象的具體劑量,以掌握可能存在的輻射效應(yīng)及其潛在危害,并通過客觀指標(biāo)指導(dǎo)輻射防護(hù)計劃制定和屏蔽設(shè)備設(shè)計。在運(yùn)用蒙特卡羅方法進(jìn)行電離輻射劑量計算時,人體可計算模型至關(guān)重要。但現(xiàn)有各類人體模型中,基于中國人體解剖學(xué)特征的可計算模型尚未完

2、善,不能完全滿足各種實際應(yīng)用需求,迫切需要進(jìn)行各類可計算模型建模和輻射劑量計算,以實現(xiàn)人體輻射劑量的評估和防護(hù)研究。
　　本文根據(jù)中國數(shù)字人體男性和女性體素模型,構(gòu)建了準(zhǔn)確的男性和女性程式化模型,其中,女性體素模型根據(jù)中國數(shù)字人女一號人體彩色截面圖像建立。為進(jìn)一步完善中國數(shù)字人體可計算輻射模型,加強(qiáng)人體輻射仿真模型的解剖學(xué)真實性和可變形性,基于已建立模型構(gòu)建了人體曲面模型,詳細(xì)闡述了構(gòu)建過程。結(jié)合輻射劑量計算的需求,本文將中國數(shù)字

3、人體可計算模型應(yīng)用于光子、中子、質(zhì)子輻照引起的全身各組織器官劑量的MCNP蒙特卡羅模擬計算,全身有效劑量評估及輻射屏蔽研究中。通過劑量對比,分析討論了影響人體內(nèi)部組織器官劑量的若干因素。針對中國女性航天員質(zhì)子輻照劑量的評估問題,進(jìn)行了在軌劑量的快速近似計算,對比了屏蔽前后的劑量差異,分析了其中的解剖學(xué)因素。
　　主要研究結(jié)果和創(chuàng)新如下:
　　(1)在中國數(shù)字人體程式化模型的構(gòu)建中,由體素模型獲取人體組織器官參數(shù),誤差在5％以

4、內(nèi),相對于其他模型,差異處在較小水平。在中國數(shù)字人體曲面模型的構(gòu)建中,保證了人體解剖結(jié)構(gòu)的真實性、精確性和可變性。
　　(2)通過光子和中子照射下劑量的定量比較,本研究發(fā)現(xiàn):光子照射下器官劑量的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線具有明顯的方向特征,與照射方向密切相關(guān),不僅顯示出了數(shù)值上的差異,器官劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線的形狀都有明顯的不同。而在中子照射下,不同能級粒子的穿透力不同,會形成不同的沉積能量,器官吸收劑量在兩個區(qū)域分別形成了平臺期和上升期。

5、　　(3)通過中國女性航天員模型的質(zhì)子劑量評估,本研究發(fā)現(xiàn),質(zhì)子的入射和能量沉積方式與光子和中子入射的情況存在著較大的差異。皮膚并不會對內(nèi)部器官的吸收劑量產(chǎn)生大的影響,但使乳腺的布拉格峰向高能段移動約20MeV。在屏蔽條件下,輻射粒子在穿透材料的過程中能量損失增加,人體器官劑量會有所減少。在1.35g/cm2厚度屏蔽層的條件下,器官劑量平均降低了13.90%(9.00%到24.20%之間不等),皮膚劑量是一個例外,降低了52.20%。<