辐射防护用中国参考人体素模型建立、应用及最新进展

以中国女性参考人体素模型为例,介绍了中国成年男女参考人体素模型的建立工作,包括构建非均匀骨模型,补充辐射敏感器官,进行器官二次分割和调整等过程。最后建立的中国参考人体素模型基本包含了ICRP新建议书中所有辐射敏感器官,器官质量与中国参考人数据差异基本在5%以内。该模型在内照射、外照射方面均得到一定应用,研究结果为我国辐射剂量评价工作提供了基础数据。最后介绍了人体体素模型的最新进展:精细乳房模型和微观骨模型。     

辐射防护用中国参考人体素模型建立、应用及最新进展北大核心CSCD

以中国女性参考人体素模型为例,介绍了中国成年男女参考人体素模型的建立工作,包括构建非均匀骨模型,补充辐射敏感器官,进行器官二次分割和调整等过程。最后建立的中国参考人体素模型基本包含了ICRP新建议书中所有辐射敏感器官,器官质量与中国参考人数据差异基本在5%以内。该模型在内照射、外照射方面均得到一定应用,研究结果为我国辐射剂量评价工作提供了基础数据。最后介绍了人体体素模型的最新进展:精细乳房模型和微观骨模型。     

中国成年女性精细乳房模型的建立及其在外照射防护中的应用

乳腺是对辐射致癌最敏感的器官之一,2007年国际放射防护委员会(ICRP)将乳腺的组织权重因子由0.05提升为0.12,使乳腺剂量的准确评估变得更为重要。本文利用数学建模方法建立了精细乳房模型,包括输乳窦、输乳管、小叶和脂肪组织,模型体素化后与中国成年女性参考人体素模型进行了融合。利用该模型计算了光子AP照射时乳腺腺体的剂量转换系数,并与原来模型的计算结果进行对比。结果显示,光子能量较低时两个模型的计算结果相差30%,光子能量在0.03 MeV以上时差别不大。     

中国女性参考人曲面模型的光子有效剂量转换系数计算

本文基于人体断层解剖图像,根据所建立的中国女性参考人曲面模型和体素模型,采用MCNP计算了6种标准照射方式下光子在0.01~10MeV能量范围内20个能量点的光子有效剂量转换系数,并对曲面模型和体素模型的计算结果进行了比较。结果表明:在不同照射方式下曲面模型和体素模型的光子有效剂量转换系数的变化趋势基本一致,大部分能量点其差异在10%之内。光子有效剂量转换系数的差异主要是由于模型器官的位置和质量对剂量有一定影响,在低能级下差异较为明显。     

GATE在计算人体体素模型光子剂量转换系数的应用分析

分析GEANT4应用发射断层(GEANT4 Application for Tomographic Emission,GATE)在模拟人体体素模型剂量转换系数的应用,为计算基于体素模型的光子辐射场中的剂量提供一种新路径。GATE是基于GEANT4开发并广泛应用于模拟正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)、单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography,SPECT)等成像系统以及放射治疗的蒙特卡罗模拟软件。用自编的MATLAB程序将人体体素模型KTMAN-2的体素数据逆转为断层影像(Computed Tomography,CT),再由VV软件将CT转换为GATE体素模型文件,在GATE和MCNPX(Monte Carlo N-Particle e Xtended)中模拟6种标准照射方式下、0.01~10 Me V能量范围内23种单能光子在人体内的输运,得到一系列的光子器官剂量转换系数,将两者的计算结果进行对比,并将结果和ICRP 74、ICRP 116号出版物的推荐值进行比较。GATE和MCNPX的计算结果具有很好的一致性,除质量很小的器官(垂体、扁桃体、甲状腺等),其它器官的差异都在3%以内;对于某些器官在某些照射条件下,所得结果和ICRP 74、ICRP 116号出版物的推荐值一致,但在某些照射条件本文结果与ICRP 74、ICRP 116出版物的推荐值存在较大差异。GATE为基于体素模型的剂量计算提供了一种新方法;本文计算的剂量转换系数对于分析亚洲人个体与ICRP参考人之间光子剂量转换系数的差异具有重要意义。     

一个中国成年女性体素模型的建立及辐射剂量学应用

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,并用FLUKA程序计算了光子能量在0.02～10 MeV范围内的20个能量点、外照射方向为腹背向(AP)、背腹向(PA)的组织或器官剂量转换因子和有效剂量转换系数,并与ICRP 74号报告的推荐值、CRAM和Regina的计算值进行了比较.结果表明:VPCF有些器官(如膀胱)的剂量转换因子与ICRP 74号出版物差别较大;有效剂量转换系数的差别不如器官或组织的剂量转换因子明显;VPCF的有效剂量转换系数要大于ICRP 74号出版物推荐值、CRAM和Regina的计算值.     

用于生物剂量评价的体素模型建立及验证

以鲤鱼为例建立体素模型,计算水中137Cs对鲤鱼不同组织和器官的外照射剂量转换因子,并与建立的与体素模型尺寸相一致的简化模型、欧盟非人类物种评价方法 ERICA、ICRP 108号报告中参考生物淡水鱼的剂量转换因子估算结果进行了比较。结果显示,在本文的建模条件下,体素模型计算所得的总的剂量转换因子与简化模型的总剂量转换因子的结果接近,低于ICRP 108号报告和ERICA方法所提供的剂量转换因子的结果。     

ICRP《放射性核素职业摄入(OIR)》系列出版物中工作人员及公众内照射剂量系数的更新

正剂量系数对于放射防护体系的实际实施至关重要。基于ICRP第103号出版物中所提及的建立一套完整的职业和公众内照射剂量系数,其准备工作已取得了显著的进步。剂量系数依赖于物理数据和解剖与生物动力学模型。ICRP第107 号出版物提供了核衰变数据。第110号出版物给出了利用体素(三维像素)定义体内器官和组织的成人参考计算体模。运用这些体模,第133号出版物可提供比吸收分数,这是计算滞留在人体组织内放     

基于中国参考人人体数学模型的内照射剂量计算

根据中国人体特征开发的中国参考人人体数学模型,采用Monte Carlo方法模拟γ光子在人体模型内的粒子输运过程,计算得出反映国人特征的各源器官对靶器官的比吸收分数(Φ),建立了我国自己的Φ数据库.并将此结果与美国橡树岭模型(ORNL)推荐值进行了比较,源靶器官相同(自吸收)时结果十分吻合,证明了方法的正确性;源靶器官不同时,由于人体模型的差别和物理过程选择的差别,数据存在一定差异.     

用蒙特卡罗方法计算光子外照射对人体产生的有效剂量

采用雌雄同体的成人人体模型和蒙特卡罗方法(MCNP4C)计算了环境γ射线外照射对人体产生的有效剂量.为了便于比较,计算中选用了ICRP 74号出版物中给出的20种不同的γ光子能量以及从前向后照射和从后向前照射两种辐照几何源.对计算结果进行比较发现,MCNP4C程序计算得到的结果与ICRP 74号出版物中给出的结果非常吻合.     

基于并行技术的人体外照射实时精确剂量评估方法

为了精确评估核辐射环境下人体及器官受照剂量,FDS团队基于中国高精度辐射虚拟人模型Rad-HUMAN发展了体素级人体外照射剂量评估方法。但由于计算量巨大,现有计算流程和计算方法难以满足虚拟仿真对剂量评估实时性的要求。为了解决这一问题,本文借助OpenMP和MPI并行计算技术,发展了基于并行计算的体素级人体外照射剂量评估方法,实现了百万量级体素外照射剂量实时计算。以加速器驱动铅铋冷却反应堆堆顶包容小室内维修作业人体受照剂量评估为例的测试结果表明,该方法满足了体素级剂量实时评估计算的需求,对考虑到器官剂量限制的人体外照射剂量实时精确评估有重要意义。     

~(60)Coγ射线外照射的有效剂量当量

由国际放射防护委员会(ICRP)提出,为辐射防护剂量学所用的有效剂量当量(H_E)概念,在目前,它的应用仍有困难。为简化确定 H_E,本文分别计算了~(60)Coγ射线外照射的器官剂量、H_E 与个人剂量仪佩带处吸收剂量的比值(DROP),同时也计算了与人体中心自由空气中照射量的比值。当放射源离人体中心的距离不同时,DROP 也随之改变。3m 远条件下算得的结果与 Maruya-ma 给出的平行线束结果符合得很好。     

辐射危害的线性无阈（LNT）模型研究及评价

介绍了研究辐射危害常用的剂量效应线性无阂（LNT）模型,以及目前对该模型应用的评价。综合文献分析显示：LNT模型对高剂量诱导生物学效应描述的准确性优于低剂量;细胞辐射效应的条件修复模型可较好兼顾高、中、低照射剂量范围对细胞存活的描述;建立在以LNT剂量反应假设和个体平均器官当量剂量基础上的内照射有效剂量评估模型仍存在许多不确定性,考虑到性别的差异有必要建立性别特异的体素人体模型。结果提示,各种模型优缺点并存,在新理论新模型未产生之前,遵循现有理论和LNT模型评估辐射危害仍是目前最科学的态度。     

中国人碘代谢生物动力学参数研究

人体碘代谢生物动力学参数的研究对于评价放射性碘对人体的剂量至关重要。无论是在正常运行状态还是事故情况下,核电站及其他一些核设施中放射性碘对公众的剂量在辐射安全评价中均是关注的焦点之一,一些核发达国家及国际组织均开展了碘代谢生物动力学参数的大量研究工作。中国地域辽阔,不同地区中国人之间碘代谢生物动力学参数即有所不同,中国人与目前使用广泛的国际放射防护委员会（ICRP）参考人及其碘代谢生物动力学参数之间存在较大差别,使用ICRP参考人数据对中国人进行放射性碘的剂量评价时会产生一定的误差。     

辐射防护中的品质因子

为了防护的目的,在剂量计算中,将人体器官所受的各种电离辐射的剂量统一衡量,采用剂量当量这一概念,计算公式为:H=QDN式中,H 为剂量当量,Sv;Q 为品质因子;D 为器官所接受的吸收剂量,Gy;N 的取值 ICRP 曾推荐为1,以后不再作为剂量当量定义中的一部分,     

基于体素模型的光子外照射大鼠器官剂量模拟计算

获得外照射条件下的大鼠器官剂量,对于放射医学剂量-效应关系研究具有重要意义。本文基于大鼠微型CT图像建立大鼠体素模型,并研究光子外照射情况下大鼠器官剂量。大鼠体素模型质量323.7 g,单个体素尺寸为0.16 mm×0.16 mm×2 mm,包含大鼠大部分关键器官和组织。利用蒙特卡罗模拟程序MCNP计算获得了4种照射几何条件、21个单能(10 keV～10 MeV)平行光子束外照射情况下的器官剂量转换系数,最后对器官剂量随光子能量的变化进行了分析与讨论。     

干旱地区核设施周围陆生昆虫—蒙古束颈蝗剂量系数估算

为了研究我国干旱地区核设施附近代表性生物剂量系数,以蒙古束颈蝗(Splingonotus mongolicus Saussure)为例,基于解剖学和几何学建立简化解剖学模型和基于CT断层扫描、Photoshop软件及Python编程等建立体素模型,并分别计算环境介质中⁹⁰Sr、¹³⁷Cs对蒙古束颈蝗不同组织和器官的内外照射剂量系数。为了验证本次计算结果的可行性,将计算结果与ICRP 108号报告进行了比较。由于ICRP 108号出版物采用整体简化模型,因此本文计算结果采用各个器官剂量系数总体平均值。结果显示:⁹⁰Sr对蒙古束颈蝗简化解剖学模型内外照射剂量系数分别为6.59×10^-4μGyh^-1/Bqkg^-1、6.74×10^-4μGyh^-1/Bqkg^-1;¹³⁷Cs对蒙古束颈蝗简化解剖学模型内外照射剂量系数分别为1.34×10^-4μGyh^-...     

高灵敏度环境中子剂量当量仪的能量响应计算

利用MCNP4C程序计算1种高灵敏度环境中子剂量当量仪的响应曲线.计算结果在感兴趣能量区间与ICRP建议书中的H*(10)曲线符合较好.对MCNP程序计算结果的合理性进行了计算验证.计算结果表明,用MCNP程序优化设计探测器可提高设计效率,并可同时为实验验证提供参考数据.     

空间辐射防护的剂量预估

为了评估空间辐射对人体健康的影响,利用空间辐射场模型、载人航天器质量厚度分布模型、舱外航天服质量厚度分布模型以及人体模型结合粒子输运方法,对空间辐射在人体器官内所产生的剂量进行预估.本文概括地介绍了这些计算模型和方法.     

基于中国辐射虚拟人Rad-HUMAN的中子剂量转换系数及分析

中子通过物质时具有很强的穿透能力,对人体产生的危险较相同剂量的X射线、γ射线更为严重,因此中子的辐射防护非常重要。目前基于不同体模的中子剂量转换系数的研究是国际上辐射防护领域的一大研究热点。本文利用FDS团队自主构建的中国辐射虚拟人Rad-HUMAN及蒙特卡罗输运程序,模拟不同能量、不同照射方式下单能中子在人体内的输运,得到了一系列器官的中子剂量转换系数和有效剂量值,并将结果与ICRP 74号、116号出版物进行了比较分析。对于某些器官在某些照射条件下,三者结果较一致;但也发现在某些照射条件下,中国辐射虚拟人Rad-HUMAN得到的结果与ICRP 74和ICRP 116号出版物推荐值存在较大差异。该结果对于分析中国人个体与ICRP参考人之间中子剂量转换系数的差异具有重要意义。