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基于内耳体素模型的膜迷路三维可视化
目的 探讨基于内耳体素模型三维可视化膜迷路.方法 磁共振显微成像颞骨扫描影像数据使用3D Slicer软件进行表面模型体裁剪,将内耳体素模型通过表面绘制和体绘制混合成像三维显示膜迷路.结果 通过内耳体素模型可以三维可视化膜迷路,且内耳体素模型文件较表面模型文件容量更小.结论 内耳体素模型对于内耳解剖学习和研究有重要意义.
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基于可视中国数字人体素模型的比吸收分数计算
目的 开展器官比吸收分数的计算研究,以定量计算人体的内照射剂量.方法 在高分辨可视中国人三维解剖结构数据集基础上,对原始图片进行分割、标识、赋值和低抽样,构建了基于体素数据的内辐射模型.采用基于蒙特卡洛方法的MCNPX软件,模拟了光子在人体器官组织间的传输过程,得到了各能量下源器官对目标器官的比吸收分数,并与中国数学模型的计算结果进行了比较.结果 两组数据在趋势上具有相似性,说明了计算方法的正确性；体素模型的计算结果较数学模型大,主要源自模型间器官质量和器官距离的不同；数学模型中部分结果具有明显差异性,说明其计算结果可能不准确.结论 基于中国数字人体素模型计算的比吸收分数,提供了更为准确和可靠的数据.
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利用MC方法计算小鼠体内辐射剂量的体素模型的建立
目的 建立一个与蒙特卡罗方法结合进行辐射剂量计算的小鼠体素模型.方法 采用一只28 g雄性裸鼠的序列切片图像,对此序列图片进行配准、组织识别、分割、颜色赋值后,后在蒙特卡罗程序MCNP中赋予一定的物理属性.结果 建立了一个可以满足剂量分布计算所需精度,并且模拟计算时间适中的小鼠体素模型,此模型器官数量为14个,体素大小为0.2 mm×0.2 mm×0.2 mm.结论 该研究所建立的小鼠体素模型可用来进行电离辐射剂量学的模拟计算,以开展放射医学、核医学及空间辐射医学等相关领域的研究.
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X射线摄影所致受检者器官剂量-入射体表剂量转换系数的研究
目的 比较简单程式化数学模型(MIRD)与体素模型在常见X射线摄影下得到的器官剂量-入射体表剂量的转换系数差异.方法 利用蒙特卡罗模拟技术,分别模拟计算体素模型的5种常见摄影下受检者的器官剂量与入射体表剂量,并计算两者的转换系数,与MIRD模型所得结果进行比较.结果 体素模型得到射野内器官的转换系数分别是,胸部后前位0.149 ～ 0.650,胸部左侧位0.067 ～ 0.382,胸部右侧位0.023～ 0.374,腹部前后位0.035 ～ 0.431,腰椎前后位0.083～0.432.在胸部后前位下,两种模型模拟肺的剂量转换系数结果相差大约54.3％;胸部左侧位照射的肝脏剂量转换系数差异大为54.5％;胸部右侧位照射胃剂量转换系数差异大为63.8％;而腹部前后位,两种模型模拟脾脏的剂量转换系数差异大为65.0％;腰椎前后位发现胃的剂量转换系数相差大约43.7％.结论 利用两种模型模拟得到的器官剂量转换系数偏差可达50％以上,由于MIRD模型的解剖结构过于简化,计算误差较大.利用体素模型得到的转换系数数据更加科学合理.
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辐射防护用虚拟人体模型的发展研究
虚拟人体模型是辐射防护领域的一种基础工具,它可以结合蒙特卡罗程序来计算ICRP规定的防护量和ICRU规定的实用量与粒子注量、比释动能等物理量之间的转换系数,这些转换系数有的是实验无法测量的[1].同时,虚拟人体模型还广泛应用于放射医学、空间辐射防护、探测器的标定等领域.1 虚拟人体模型的发展历程虚拟人体模型经历了由简单数学模型到复杂体素模型的发展过程.1.1数学模型数学模型是用数学公式描述的简单几何体来代表人体的组织或器官的模型.除数学模型外,还有ICRU用来定义周围剂量当量与定向剂量当量的组织等效的ICRU球和用来定义个人剂量当量的充水标准平板体模;1AEA采用组织等效的圆柱模型来定义剂量限值,圆柱的内部有57个组成部分[2].
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碳离子放疗过程中病人体内器官次级中子剂量的蒙特卡洛计算
目的:使用蒙特卡洛方法模拟在碳离子放疗过程中产生的次级中子对人体主要器官的吸收剂量和当量剂量.方法:基于中国科学院近代物理研究所(IMP)的重离子深层肿瘤治疗的束流配送系统治疗头,使用MCNPX对该系统的初级准直器、脊型过滤器、射程移位器以及多叶准直器进行建模,模拟计算400 MeV/u碳离子均匀照射野经过IMP被动式束流配送系统,入射到RPI-Adult男性体模后,统计全身主要器官内的次级中子能谱和吸收剂量与当量剂量.结果:当脑垂体瘤接受治疗并给予50 Gy处方剂量时,不同器官内的中子能谱显示所产生的次级中子能量范围比较大,大能量高这几百MeV;而且脑部部分器官的中子当量剂量相对比较高,大脑、头盖骨和眼晶体当量剂量为53.18、32.43、33.20 mSv;离脑部较远的器官,如胸部、肺以及前列腺剂量很低,都小于0.4 mSv.结论:利用蒙特卡洛方法和计算机仿真人体模型模拟了碳离子放疗过程,并统计了全身大部分器官内次级中子能谱和受到的剂量.本研究计算的结果和结论,再结合相关资料,可以为临床上研究碳离子放疗的远期效应提供参考.
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基于蒙特卡洛方法模拟不同膀胱充盈度对宫颈癌近距离放疗的影响
目的:使用蒙特卡洛方法模拟宫颈癌的近距离放射治疗,探讨不同膀胱充盈度对宫颈癌近距离放射治疗剂量分布的影响.方法:使用MCNP5蒙特卡洛粒子输运软件包建立Nucletron-mHDR-V 192Ir放射源模型,并放入由患者在不同膀胱充盈度时拍摄的CT图像转换得到的三维体素模型,模拟不同膀胱充盈度对宫颈癌近距离放疗的影响.其中处方剂量为60Gy,按ICRU 38号报告推荐方法选取各参考点,采用单管施源器,放射源位置共分为18个步长,每个步长距离为5mm.结果:参考点A点吸收剂量为60Gy,膀胱充盈度为54 mL时:膀胱参考点的吸收剂量为30.21 Gy,直肠参考点的吸收剂量为49.05 Gy,股骨头参考点的吸收剂量为6.33 Gy(左)、6.39 Gy(右);膀胱充盈度为328 mL时:膀胱参考点的吸收剂量为33.59 Gy,直肠参考点的吸收剂量为50.19 Gy,股骨头参考点的吸收剂量为6.15 Gy(左)、6.12 Gy(右).分析膀胱壁上各体素的吸收剂量,得到膀胱的剂量体积直方图,膀胱充盈度为54 mL时:V10=100％,V20=39.69％,V30=26.20％,V40=17.89％,V50=14.48％,V60=1 1.69％;膀胱充盈度为328 mL时:V10=86.07％,V20=26.53％,V30=15.58％,V40=9.44％,V50=6.01％,V60=3.72％.结论:膀胱充盈度为328 mL相对于膀胱充盈度为54 mL时,直肠、股骨头参考点的吸收剂量没有显著变化,虽然膀胱参考点的吸收剂量有所增加(3.38 Gy),但在剂量体积直方图中所有剂量点处,膀胱的受照体积均有比较明显的减少(剂量为20Gy时受照体积减少13.16％,剂量为40Gy时受照体积减少8.45％,剂量为60Gy时受照体积减少7.97％),模拟结果对临床宫颈癌的放射治疗有一定指导意义.
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TACE手术中不同站姿下铅眼镜和铅面罩对医生眼晶状体防护效果的蒙特卡洛模拟比较
目的:使用蒙特卡洛方法和三维体素人体模型研究医生在肝动脉化疗栓塞手术中不同站姿下的眼晶状体辐射剂量水平,并比较铅面罩和铅眼镜对于眼晶状体的辐射防护效果.方法:以介入医护人员为研究对象,并选取面对病人、左转45°、右转45°3种常用站姿,计算佩戴铅面罩、佩戴铅眼镜、眼睛无防护措施3种情况下,医生的眼晶状体年当量剂量和左右眼晶状体的吸收剂量.结果:无防护情况下,眼晶状体受到年当量剂量按照左转45°、面对病人和右转45°这3种情况依次减小,但均超过IBSS年剂量限值20 mSv.戴铅眼镜情况下,不同站姿眼晶体年当量剂量相似且接近IBSS年剂量限值.戴铅面罩情况下,不同站姿下所受剂量均较小.对于左右眼晶体吸收剂量比较,左转45°时,右眼晶体剂量率大于左眼;而其他两种站姿时,右眼均小于左眼晶体剂量.结论:为了减少医生在肝动脉化疗栓塞手术中眼晶状体所受到的辐射剂量,在保证手术质量前提下,若无防护措施,应尽量采用正面面对和右转45°站姿.建议医生手术时佩戴铅面罩,将眼晶状体当量剂量降到低.如果没有铅面罩,需注意加强左眼晶体的防护.
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APBI治疗过程中身体主要器官吸收剂量的蒙特卡洛模拟
目的:使用蒙特卡洛方法分析患者接受加速部分乳腺照射(APBI)治疗过程中身体主要器官的剂量分布.方法:使用MammoSite球囊进行后装治疗是一种主要的APBI照射治疗手段.与传统的全乳腺照射(WBI)相比,APBI的治疗周期更短,对心肺的副作用更小.蒙特卡洛方法是一种基于概率和统计理论的数值计算方法.能对放射治疗计划提供准确的器官剂量信息.本文使用MCNP5蒙特卡洛罗粒子输运软件包和三维异构体素模型RPI-Adult Female模拟左右两侧乳房分别接受APBI治疗时身体主要器官所受到的剂量.结果:当不同侧乳房接受治疗时,需分情况考虑不同器官所受到的剂量.另外由于治疗区域靠近心脏和肺部,当对患者进行APBI治疗时,需格外考虑心脏和肺的辐照剂量,必要时可以采取缩野,以免对心肺造成不必要的放射性损伤.结论:本篇文章使用蒙特卡洛方法和体素模型对接受APBI治疗的患者的全身大部分器官受到的剂量进行研究,模拟结果对临床医生和物理师开展APBI治疗具有一定的指导作用.
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Voxel体素模型在辐射防护的应用和进展
当机体接受放射性物质或放射线的主动或被动照射时,不可避免地受到一定的辐射损害.器官剂量和有效剂量是评估机体受到辐射危害的重要指标;然而由于其无法直接测量得到,并且不同的组织/器官对于射线的辐射敏感性不同,引起的放射性损伤程度各异,因此越来越多的研究者致力于开发计算机人体乃至动物体的仿真模型,并结合蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)统计软件模拟真实照射条件下受照者的辐射剂量在体内的分布情况.尤其是近年来根据真实机体的解剖数据构建的体素模型的迅猛发展,使得辐射防护研究水平得到较大提高.该模型结合CT断层扫描技术,由尸体的冷冻切片照片数据构建而成,更加接近真实的机体.本文简要阐述了近年来人体和动物体素模型在国内外的发展及其在国内外辐射防护领域的应用,就体素模型在该领域的研究进行了较为全面的综述,并对其面临的科研困境予以深入探讨.旨在指导后续工作能够利用更为逼真的模型更加准确地模拟计算得到真实机体无法测量的实验数据,从而更好地开展辐射防护工作.
