[發(fā)明專利]一種基于數(shù)據(jù)場分割的移動人體劑量蒙特卡羅模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310023433.4
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103065056A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋婧;鄭華慶;龍鵬程;郝麗娟;吳宜燦
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明

1.一種基于數(shù)據(jù)場分割的移動人體劑量蒙特卡羅模擬方法，其特征在于，包含如下步驟：

步驟（1）、獲得計算輸入?yún)?shù)，包含如下內(nèi)容：

幾何信息：包含輻射環(huán)境中各個部件的幾何形狀、尺寸及邏輯組合關(guān)系，以及用于表示人體的數(shù)字人體模型柵元信息；

材料信息：包含輻射環(huán)境中各個部件及數(shù)字人體模型幾何所對應(yīng)的材料核素組成及分布，以及核素所對應(yīng)的各種反應(yīng)截面庫數(shù)據(jù)；

輻射源信息：輻射源的粒子種類、空間、能量、方向及概率分布；

移動人體徑跡信息：人體隨時間變化的狀態(tài)方程或離散狀態(tài)序列，以S(t，r，Ω)表示，其中t為時間，r為空間位置，Ω為方向角；

計數(shù)信息：包含計數(shù)區(qū)域、計數(shù)能譜、計算規(guī)模、計數(shù)時刻點(T₁、T₂......T_m)、插值間隔(N₁、N₂......N_m-1)，其中N_i為T_i~T_i+1之間均勻插值點個數(shù)；

步驟（2）、建立數(shù)字人體模型的包圍盒及離散狀態(tài)序列：

以數(shù)字人體模型的幾何實體為單位構(gòu)建樹形結(jié)構(gòu)，從根節(jié)點開始進行廣度優(yōu)先搜索，確定數(shù)字人體模型的長方體包圍盒尺寸；數(shù)字人體模型的移動等價于其包圍盒的移動，根據(jù)輸入的移動人體徑跡信息及計數(shù)信息得到計數(shù)時刻點所對應(yīng)的數(shù)字人體模型及其包圍盒的離散狀態(tài)序列；

步驟（3）、數(shù)據(jù)場分割：

將模擬的粒子徑跡數(shù)據(jù)分割成數(shù)字人體模型包圍盒內(nèi)的靈敏數(shù)據(jù)場和其他空間區(qū)域內(nèi)的非靈敏數(shù)據(jù)場，這樣將整個粒子輸運數(shù)據(jù)空間劃分為m個計數(shù)時刻點所對應(yīng)的m個靈敏數(shù)據(jù)場和1個非靈敏數(shù)據(jù)場；

步驟（4）、數(shù)據(jù)場模擬：

數(shù)據(jù)場模擬時，粒子首先從非靈敏數(shù)據(jù)場發(fā)出，當(dāng)粒子從某一數(shù)據(jù)場進入到另一數(shù)據(jù)場時，先將該粒子數(shù)據(jù)壓入堆棧，待該數(shù)據(jù)場模擬完再模擬另一數(shù)據(jù)場，對非靈敏數(shù)據(jù)場和靈敏數(shù)據(jù)場進行循環(huán)交替輸運模擬，直到整個數(shù)據(jù)場中的粒子穿出系統(tǒng)或被截斷后，結(jié)束對粒子的模擬；

對于進入靈敏數(shù)據(jù)場的粒子，根據(jù)該位置包圍盒相對于初始時刻的移動，將粒子方向角和位置變換為相對于初始時刻包圍盒的狀態(tài)，對出靈敏數(shù)據(jù)場粒子的方向角和位置進行逆變換，靈敏數(shù)據(jù)場中的粒子均在初始時刻數(shù)字人體模型及包圍盒模型中進行輸運；

在模擬過程中對m個靈敏數(shù)據(jù)場進行同時模擬，進入靈敏數(shù)據(jù)場中的粒子分裂為權(quán)重為1/m和1-1/m的兩個粒子，權(quán)重為1/m的粒子在靈敏數(shù)據(jù)場進行輸運，權(quán)重為1-1/m的粒子進入非靈敏數(shù)據(jù)場堆棧；

步驟（5）、人體劑量結(jié)果統(tǒng)計：

基于數(shù)字人體模型進行結(jié)果統(tǒng)計，數(shù)字人體模型中含有人體各個器官精細(xì)的網(wǎng)格劃分以及幾何和材料信息，統(tǒng)計得到計數(shù)時刻點的數(shù)字人體模型網(wǎng)格通量，在通量基礎(chǔ)上乘以各個器官的通量劑量轉(zhuǎn)換因子得到網(wǎng)格劑量分布，通過對同一柵元相鄰計數(shù)時刻點的劑量值進行線性插值，得到插值時刻相應(yīng)的數(shù)字人體模型網(wǎng)格劑量分布，從而得到人體在移動過程中精細(xì)的劑量變化情況，最后進行結(jié)果的輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)場分割的移動人體劑量蒙特卡羅模擬方法，其特征在于，對實際數(shù)字人體模型所在m個點位置的粒子模擬過程進行時間和空間上的合并，同時對數(shù)字人體模型移動的m個計數(shù)時刻點即對應(yīng)的m個靈敏數(shù)據(jù)場進行模擬，進入靈敏數(shù)據(jù)場中的粒子分裂為權(quán)重為1/m和1-1/m的兩個粒子，權(quán)重為1/m的粒子在靈敏數(shù)據(jù)場進行輸運，權(quán)重為1-1/m的粒子進入非靈敏數(shù)據(jù)場堆棧，減少對粒子的重復(fù)模擬，提高計算速度。