虚拟女性体素辐射剂量学模型的建立研究

摘要

本工作开发了一个基于中国女性彩色解剖断层图像的体素剂量学模型(VPCF),并利用FLUKA程序模拟计算光子的AP和PA两个照射方向下的剂量转换系数(DCCs,dose conversion coefficients)。
　　用MATLAB R2010a和PhotoshopCS2对第三军医大学首例女性人体彩色断层图片进行了配准、分割等处理工序,最后利用Amira软件对人体模型进行了三维可视化。建立了一个体素精度为1.61mm×1.61mm×5mm,体素数量为3,958,663,包含扁桃体、卵巢、眼球、眼晶体、胃、唾液腺、牙齿、脾脏、膀胱、肝脏、心脏、胰脏、肾上腺、胆囊、乳腺、子宫、肌肉、胸腔外区、气管、食管、胸腺、甲状腺、皮肤、肾脏、脑、肺、红骨髓、大肠、小肠等35个组织或器官的中国成年女性体素模型。
　　利用Fortran编程将VPCF在蒙特卡罗程序FLUKA中实现。在国内首次用基于光子逐点截面库EPDL97的FLUKA程序计算了光子能量在0.02MeV-10MeV范围内的20个能量点、外照射方向为AP和PA的自由空气比释动能到器官吸收剂量或有效剂量的剂量转换系数。对骨表面、红骨髓、皮肤等特殊器官,选择了较为合适的剂量计算方法。
　　对模拟计算数据进行了充分的分析工作。较系统地评价了VPCF模型与ICRP女性参考人体素模型、数学模型和CRAM的光子外照射剂量转换系数的差异,并给出了合理的解释。有效剂量转换系数的差别不像单个器官的那么大。在光子能区(20keV-80keV),AP方向照射,VPCF模型与Regina模型的有效剂量DCCs基本相等,但对PA方向照射, VPCF模型有效剂量DCCs比Regina模型的大12.4％。在能区(80keV-10MeV),AP、PA方向照射,总体上VPCF模型有效剂量的 DCCs比Regina模型大0.85%。

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第1章 绪论

1.1选题的背景

1.2虚拟人体模型的发展历程

1.3两种虚拟人体剂量学模型的比较

1.4选题的目的及工作内容

1.5论文的结构安排

第2章 中国女性体素剂量学模型(VPCF)的建立

2.1概述

2.2人体断层图片的获取

2.3断层序列图片的配准

2.4断层图像的进一步处理

2.5 组织器官的分割

2.6 体素模型的三维可视化

2.7本章小结

第3章 体素模型在蒙特卡罗程序中的实现

3.1 概述

3.2蒙特卡罗FLUKA程序

3.3体素模型的各组织器官的质量

3.4本章小结

第4章 光子外照射剂量转换系数的蒙卡计算

4.1概述

4.2光子与物质的相互作用

4.3辐射剂量学中的相关定义

4.4物理过程的处理及计数卡选择

4.5光子外照射剂量转换系的计算

4.6剂量转换系数的比较

4.7本章小结

结论

1总结

2创新

3展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

附录1 生成VPCF体素文件的Fortran程序代码

附录2 各单能光子AP照射条件下组织或器官的转换系数

附录3 单能光子PA照射条件下组织或器官剂量转换系数