4D人體輻射劑量計算技術研究

趙 日 劉兆行 劉 娜 張 靜 梁潤成 王仙祥 戴雨玲 令狐仁靜 劉立業

1（中國輻射防護研究院 太原 030006）

2（核藥研發轉化與精準防護山西省重點實驗室 太原 030006）

人體輻射劑量計算是預測性和回溯性人員劑量 評價及健康防護的關鍵技術，目前主要基于人體數字模型和蒙特卡羅（Monte Carlo，MC）仿真模擬實現［1-4］。早期的人體數字模型為數學模型，簡單、粗糙，無法滿足當前精細化劑量計算需求；當下應用最廣的是人體體素模型［5-9］，然而，限于體素模型的內在構造機制，模型不能進行姿態調整。因此，嚴格來說，基于體素模型的劑量計算只能用于直立姿態人體的劑量評價，計算得到的是靜態三維（3D）結果，無法考慮人體姿態隨時間變化的情況，不能計算4D劑量（空間3D及時間，共4D）。這一缺陷使其在實際應用中的適用性和準確性受限。例如，美國的Han等［10］報道，使用單一姿態人體模型進行事故劑量重建時，器官劑量最大低估達78%，有效劑量低估為19%；Yoem等［11］研究顯示，非均勻輻射場中，不同姿態下人體紅骨髓、肺、胃、結腸、乳腺、性腺等器官的劑量差異顯著，其中性腺差異最大，極端情況下相差可超過兩個數量級。

圖1 基于人體數字模型的劑量計算示意及人體數學、體素模型Fig.1 Human phantom based dose calculation as well as mathematical and voxel phantom

可見，亟須發展4D化的人體輻射劑量計算技術，進一步提高劑量評價精度，為人員精準防護、輻射防護最優化等提供關鍵基礎。

近期一種全新的基于表面約束幾何的人體數字面元計算模型被開發出來，為4D劑量計算提供了可能［12-13］。……