[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于河蚌劑量率估算的蒙特卡洛面元模型建立方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910506742.4
• 申請(qǐng)日: 2019-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110276828A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王慧娟;韓寶華;李建國(guó);馬炳輝;曹少飛;王學(xué)文;張超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)輻射防護(hù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G06T17/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T17/00;G06T7/10;G06T7/136
• 代理公司: 北京天悅專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于河蚌劑量率估算的蒙特卡洛面元模型建立方法，其包括以下步驟：S1、河蚌體素模型的建立；S2、河蚌面源模型建立；S3、河蚌的劑量率估算及與ERICA和RESRAD?BIOTA比較，利用該模型以及實(shí)驗(yàn)獲得的河蚌的濃集因子對(duì)河蚌進(jìn)行劑量率估算；本方案通過(guò)采用上述用于河蚌劑量率估算的蒙特卡洛面元模型建立方法其可以為河蚌的輻射影響評(píng)價(jià)提供更加接近真實(shí)情況、區(qū)分各個(gè)組織器官的模型，以便對(duì)河蚌的輻射劑量率進(jìn)行準(zhǔn)確的估算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非人類(lèi)物種輻射影響衡量評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于河蚌劑量率估算的蒙特卡洛面元模型建立方法。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)對(duì)保護(hù)非人類(lèi)物種的重視，電離輻射對(duì)非人類(lèi)物種的可能影響也日益受到人們的關(guān)注。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)、聯(lián)合國(guó)院子輻射效應(yīng)委員會(huì)(UNSCEAR)、國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)均先后發(fā)表專(zhuān)門(mén)出版物討論和敘述這一問(wèn)題。我國(guó)在2003年發(fā)布的《放射性污染防治法》和2018年實(shí)施的《核安全法》中都有對(duì)保護(hù)非人類(lèi)物種的要求。

國(guó)際上的非人類(lèi)物種輻射劑量和輻射效應(yīng)評(píng)估方法及模型分別有：有加拿大的AECL approach、英國(guó)的R&D128、D-Max、荷蘭的LAKECOB、歐盟的ERICA、美國(guó)的RESRAD-BIOTA、法國(guó)的EDEN2、CATEAUR等，目前應(yīng)用最為廣泛的歐盟的ERICA程序和美國(guó)的RESRAD-BIOTA程序。

歐盟ERICA程序中按照棲息環(huán)境的不同將生物分為淡水、海洋和陸地生物。每種類(lèi)型下按照植物所屬科屬和生長(zhǎng)階段的不同進(jìn)行進(jìn)一步的劃分，共將生物分為了40類(lèi)。其生物模型均以橢球體代表，球體中密度、元素組成、核素均勻分布，生物體的大小可以通過(guò)變化橢球體的軸長(zhǎng)來(lái)改變。美國(guó)RESRAD-BIOTA程序中將生物按照棲息環(huán)境分為了四類(lèi)：水生動(dòng)物、濱岸動(dòng)物、陸地動(dòng)物和陸地植物四類(lèi)，生物模型按照體型大小進(jìn)行劃分，分為了8種類(lèi)型，生物體型也采用橢球體進(jìn)行代表。此外ICRP在2008年出版的108號(hào)報(bào)告中定義了的12種參考生物，生物的形狀均采用均勻橢球體代表。

其后對(duì)于非人類(lèi)物種劑量率估算模型又經(jīng)過(guò)了3次改進(jìn)：均勻橢球體模型→簡(jiǎn)化解剖學(xué)模型→體素模型→面元模型。

具體而言：

(1)均勻的橢球體模型，不區(qū)分組織器官，不僅忽略了橢球體與生物實(shí)際體型之間的差異，而且對(duì)敏感器官的密度、元素組成、核素分布以及在體內(nèi)分布的位置所造成的劑量率影響也未加考慮，這將會(huì)導(dǎo)致生物體劑量率估算值的不確定性以及對(duì)輻射影響的估計(jì)不足；

(2)簡(jiǎn)化解剖學(xué)模型是由球體、橢球體、椎體、圓柱體、長(zhǎng)方體等二次曲面來(lái)對(duì)生物體以及器官(組織)進(jìn)行近似代替。其優(yōu)點(diǎn)：較橢球體模型而言，對(duì)組織器官進(jìn)行了簡(jiǎn)單劃分，所需數(shù)據(jù)易獲取；缺點(diǎn)：模型對(duì)器官的劃分不夠精細(xì)，模型體積計(jì)算較為繁瑣；

(3)體素模型是基于計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、核磁共振(MRI)或冰凍斷層切片圖像集，通過(guò)對(duì)斷層掃描圖片進(jìn)行圖像配準(zhǔn)、器官分割，同時(shí)結(jié)合MCNP的重復(fù)結(jié)構(gòu)卡，一類(lèi)器官(組織)賦予一類(lèi)填充序號(hào)，最終通過(guò)三維矩陣的排序，來(lái)建立體素模型。較上兩代模型而言，其優(yōu)點(diǎn)：模型形狀與生物體幾乎相一致，尤其對(duì)于生物體內(nèi)相關(guān)器官(組織)能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定位；不需要人為推導(dǎo)器官(組織)的幾何方程，并且模型尺寸的大小可隨體素晶格大小變化而變化；通過(guò)計(jì)算體素的個(gè)數(shù)，可直接得到相關(guān)器官(組織)的體積。但不足之處：模型較為復(fù)雜，就MCNP輸入文件而言，可達(dá)10000行左右；模型建立過(guò)程耗時(shí)較多；

(4)面元模型是基于實(shí)體造型技術(shù)(Solid Modeling)對(duì)生物體進(jìn)行建模，可以描述不同形態(tài)條件下的生物體的受照情況，對(duì)生物體的受照情況進(jìn)行更加全面的評(píng)價(jià)。面元模型較前三代模型而言，其優(yōu)點(diǎn)在于：由于對(duì)器官(組織)進(jìn)行了光滑處理，因此在形態(tài)上與實(shí)物更為貼近，同時(shí)還可通過(guò)對(duì)器官(組織)進(jìn)行變形處理，使得模型能夠進(jìn)行全方位的形態(tài)轉(zhuǎn)變，即由3D模型向4D模型轉(zhuǎn)變。