[发明专利]一种基于蒙特卡罗扰动计算的散射线计算方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于蒙特卡罗扰动计算的散射线计算方法和系统，所述方法包括以下步骤：(1)蒙特卡罗辐射输运计算模型建立；(2)源粒子抽样；(3)源粒子偏移参数计算；(4)对该源粒子进行输运模拟；(5)计算当前模拟源粒子及其偏移到不同子射束后对二维平面测量设备的散射线计数贡献；(6)单位强度辐射源散射线贡献计算；所述系统包括以下模块：源抽样模块、输运模拟模块、数据处理模块以及系统的存储介质。本发明可有效提高蒙卡方法计算散射线的效率，实现高效精确的散射线计算。

技术领域

本发明涉及放射治疗、工业无损检测等核能与核技术应用领域，特别是一种基于蒙特卡罗扰动计算的散射线计算方法和系统。

背景技术

在放射治疗剂量监测、医学影像重建、工业无损监测、反应堆监测等领域，一般基于穿透介质后的透射分布重建出源强分布或介质内的通量/剂量分布或介质组成，而射线穿透介质后形成的透射分布包括不与介质发生反应的“原射线”及同介质发生反应的“散射线”，若能够将“散射线”精准去除，则可以通过“原射线”分布快速精确的获取源强或介质内的通量/剂量分布或介质组成，因此研究精确的散射线计算方法，对上述领域具有重要的意义。

目前散射线计算由于速度要求主要采用解析方法，通过构建解析散射核来获得入射射线穿过介质后的散射分布，或采用简化的蒙特卡罗方法计算散射分布，这些方法计算速度较快，但是由于存在较多近似假设，在射线与介质发生复杂散射效应时难以给出精确的散射线分布，导致最终重建精度不够；蒙特卡罗方法虽然精度较高，但是为了获取精确的散射线分布往往需要较大的计算时间，已有研究采用径迹复用的方法来加快蒙卡模拟速度，但是由于需要存储大量径迹导致内存消耗巨大，因此在散射线计算时很少使用蒙特卡罗方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种精确高效的基于蒙特卡罗扰动计算的散射线计算方法和系统。

技术方案：本发明所述的一种基于蒙特卡罗扰动计算的散射线计算方法，包括以下步骤：

(1)蒙特卡罗辐射输运计算模型建立：根据源分布信息、介质影像信息和二维平面测量设备信息建立蒙特卡罗辐射输运计算模型；

(2)源粒子抽样：将整个照射野按照一定大小的子野划分为n个子射束，按照源分布信息抽样获得源粒子参数(r_i,Ω_i)，根据源粒子位置确认源粒子所属子射束i；

(3)源粒子偏移参数计算：将该源粒子偏移到其它子射束j上，根据当前子射束源分布信息和偏移后子射束的源分布信息计算出源偏移修正参数Bis_S_i,j＝P_j(r_j,Ω_j)/P_i(r_i,Ω_i)，其中，P_i(r_i,Ω_i)为在子射束i中当前源粒子产生概率，P_j(r_j,Ω_j)为偏移到子射束j后，偏移后的源粒子产生概率；

(4)对该源粒子进行输运模拟：在粒子每前进一步时，将当前粒子偏移到其它子射束上，并基于扰动计算方法计算出当前步的偏移修正参数；

(5)计算当前模拟源粒子及其偏移到不同子射束后对二维平面测量设备的散射线计数贡献：当该源粒子输运模拟到二维测量平面设备(x,y)点时，统计该粒子对二维平面测量设备的散射线贡献Flux_i(x,y)，同时根据步骤(3)和步骤(4)计算得到的偏移参数获取粒子偏移到不同子射束中的总偏移修正参数其中为粒子输运第k步由子射束i偏移到子射束j中的偏移修正参数，最终统计得到该粒子偏移后各子射束对二维平面设备的散射线贡献Flux_j(x,y)＝Flux_i(x,y)*Bis_Tot_i,j；