[发明专利]一种基于蒙特卡洛体素模型的剂量率估算方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于蒙特卡洛体素模型的剂量率估算方法及系统，方法包括：S1、对图片集进行三维重建和二维转换得到配准后的图片集；S2、对配准后的图片集中的图片进行器官分割；S3、对分割后的图片集进行三维重建，对生物体内部器官进行三维透视重建；S4、运行得到生物体的体素模型的截面图和3D重建图；S5、计算得到源和靶之间的内、外照射剂量率转换因子；S6、将计算得到内、外照射剂量率转换因子代入剂量率计算公式，计算得到生物体的总剂量率。本发明所提供的方法及系统，可用于建立生物体的体素模型，对生物体的辐射剂量率进行估算，提高生物体剂量率估算值的确定性。

技术领域

本发明涉及剂量率估算技术领域，具体涉及一种基于蒙特卡洛体素模型的剂量率估算方法及系统。

背景技术

随着社会对保护生态环境的重视，电离辐射对非人类物种(除人类以外的生物)的影响也日益受到人们的关注。国际原子能机构(IAEA)、联合国院子辐射效应委员会(UNSCEAR)、国际放射防护委员会(ICRP)均先后发表专门出版物讨论和叙述这一问题。我国在2003年发布的《放射性污染防治法》和2018年实施的《核安全法》中都有对保护非人类物种的要求。

国际上的非人类物种辐射剂量和辐射效应评估方法及模型分别有：欧盟的ERICA、美国的RESRAD-BIOTA、英国的R&D128、D-Max、加拿大的AECL approach、荷兰的LAKECOB、法国的EDEN2、CATEAUR等，目前应用最为广泛的欧盟的ERICA程序和美国的RESRAD-BIOTA程序。

欧盟ERICA程序中按照生物栖息环境的不同将生物分为淡水、海洋和陆地生物。每种类型下按照植物所属科属和生长阶段的不同进行进一步的划分，共将生物分为了40类。其生物模型均以椭球体代表，并假设球体中密度、元素组成、核素均匀分布，生物体的大小可以通过变化椭球体的轴长来改变。美国RESRAD-BIOTA程序中将生物按照栖息环境分为了四类：水生动物、滨岸动物、陆地动物和陆地植物四类，生物模型按照体型大小进行划分，分为了8种类型，生物体型也采用椭球体进行代表。此外ICRP在2008年出版的108号报告中定义了的12种参考生物，生物的形状均采用均匀椭球体代表。

用均匀的椭球体代表参考生物进行剂量率估算，不区分组织器官，不仅忽略了椭球体与生物实际体型之间的差异，而且对敏感器官的密度、元素组成、核素分布以及器官在体内分布的位置所造成的剂量率影响也未加考虑，这将会导致生物体剂量率估算值的不确定性以及对辐射影响的估计不足。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于蒙特卡洛体素模型的剂量率估算方法及系统，建立生物体的体素模型，对生物体的辐射剂量率进行估算，为生物体的辐射影响评价提供更加接近真实情况、区分各个组织器官的精细模型。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于蒙特卡洛体素模型的剂量率估算方法，包括：

S1、通过扫描设备，根据预设间隔厚度对生物体进行扫描，获得所述生物体不同切面的图片集，对所述图片集进行三维重建和二维转换得到配准后的图片集；

S2、对所述配准后的图片集中的图片进行器官分割，得到分割后的图片集；

S3、对所述分割后的图片集进行三维重建，对所述生物体内部器官进行三维透视重建，确定重建后的器官与实际器官之间的差异大小；

S4、根据蒙特卡洛软件的输入文件格式要求编写输入文件，运行得到所述生物体的体素模型的截面图和3D重建图；

S5、分别以水体和所述生物体的各部分器官为源，编写输入文件，运行得到所述水体和所述生物体的各个器官对所述生物体的各器官的内、外照射能量吸收分数，分别将其代入内、外照射剂量率转换因子计算公式，计算得到源和靶之间的内、外照射剂量率转换因子；