【摘要】：電離輻射是一把雙刃劍,在能源、醫(yī)學(xué)診斷、癌癥治療、材料分析、石油勘探等各大領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用,同時(shí)伴隨著對生物體、人類造成輻射損傷的潛在風(fēng)險(xiǎn)。在合理利用輻射的基礎(chǔ)上,確保輻射安全是將核技術(shù)應(yīng)用廣泛推廣的必要前提。輻射仿真人體模型是進(jìn)行人體輻射劑量計(jì)算,評估輻射損傷的可靠性工具。可靠有效的人體模型的建立以及其應(yīng)用研究對人們理解及合理利用輻射具有重要的科學(xué)和實(shí)踐意義。因此,本文基于輻射仿真人體模型的建立方法和應(yīng)用研究,從以下幾個(gè)方面展開探索:(1)新一代符合中國人參考生理特征的輻射仿真人體模型(面元體模)的建立以及內(nèi)外照射基礎(chǔ)劑量學(xué)參數(shù)的計(jì)算。針對輻射仿真人體面元模型的建立方法展開,重點(diǎn)研究了基于多邊形網(wǎng)格建模技術(shù)的輻射仿真人體面元模型的建立方法,通過Rhino軟件變形控制器等方法解決器官重疊等問題,建立了系列化的具有中國人參考生理特征的輻射仿真人體面元模型(成年男女、青少年),該套模型具有相較于以往模型更為真實(shí)和較易于調(diào)整的特點(diǎn)。進(jìn)一步地,在此系列模型的基礎(chǔ)上,采用蒙特卡羅工具包Geant4,計(jì)算并得到一套面向中國成年男性的中子外照射通量到劑量轉(zhuǎn)換系數(shù),并與ICRP出版物數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比,發(fā)現(xiàn)基于中國人參考生理特征的輻射劑量學(xué)參數(shù)普遍高于基于高加索人種的輻射劑量。此外,研究了放射性碘在成年男性參考人甲狀腺聚集時(shí),對攜帶者自身和對周邊人群造成的劑量影響。由于解剖結(jié)構(gòu)及生理參數(shù)的差異,對于男性放射性碘攜帶者自身器官劑量,基于中國人面元體模的器官S值和三代高加索人種人體模型的器官S值差異分別達(dá)39%(數(shù)學(xué)體模),34%(體素體模),15%(面元體模);對周邊人群造成的器官S值和距源器官距離的關(guān)系基本遵循平方反比定律,基于中國參考人的輻射劑量普遍高于基于高加索人種的輻射劑量。研究結(jié)果表明發(fā)展基于中國參考人模型的必要性,所建立模型及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為將來進(jìn)行快速精確的中國人輻射劑量評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及工具。(2)輻射仿真人體模型在質(zhì)子治療輻射劑量學(xué)中的應(yīng)用。本文針對質(zhì)子放射治療中的兩個(gè)研究內(nèi)容展開:a)采用蒙特卡羅軟件包TOPAS,研究了被動(dòng)散射質(zhì)子治療(PPT)和主動(dòng)掃描質(zhì)子治療(PBS)在青少年腦部質(zhì)子治療中射野內(nèi)外正常組織產(chǎn)生二次原發(fā)癌風(fēng)險(xiǎn),研究了束斑大小和添加擋塊等輔助設(shè)施對二次癌風(fēng)險(xiǎn)的影響規(guī)律。通過研究發(fā)現(xiàn):采用適形擋塊可減小射野內(nèi)正常組織二次癌風(fēng)險(xiǎn),提高PBS的治療計(jì)劃質(zhì)量,同時(shí)保證射野外的二次癌風(fēng)險(xiǎn)概率仍遠(yuǎn)低于PPT,該結(jié)果為添加擋塊解決PBS邊界偽影難題的臨床轉(zhuǎn)化提供了物理理論基礎(chǔ);b)首次研究了采用三種放射治療方式(三維適形放射治療、PBS、PPT)治療孕婦腦部病患時(shí),對胎兒可能造成的潛在危險(xiǎn)。通過研究發(fā)現(xiàn):對于文中所考慮的腫瘤病例來講,三種放射治療方式均不存在引發(fā)除癌癥以外疾病(如畸形、智商下降等)的潛在風(fēng)險(xiǎn),相對比于光子治療和PPT治療方式,一個(gè)療程主動(dòng)掃描質(zhì)子放射治療對胎兒造成的散射劑量最低,相當(dāng)于4-5次孕婦腦部CT掃描對胎兒造成的輻射劑量;通過計(jì)算在胎兒成長過程中受到射線照射從而引發(fā)的青少年癌癥危險(xiǎn)發(fā)現(xiàn),本文所考慮的三種放射治療方式中對胎兒造成的青少年超額二次癌風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)低于基準(zhǔn)癌癥風(fēng)險(xiǎn)。(3)輻射仿真人體模型在空間輻射劑量學(xué)中的應(yīng)用。重點(diǎn)研究采用約束性磁場主動(dòng)屏蔽進(jìn)行深空探測時(shí)的空間輻射防護(hù)劑量學(xué)。本文結(jié)合輻射仿真人體模型,建立了針對約束性磁場情況下空間輻射劑量當(dāng)量計(jì)算的蒙特卡羅研究方法。針對銀河宇宙射線和太陽質(zhì)子事件,研究了磁場屏蔽條件下的輻射屏蔽效果,包括輻射通量和人體有效劑量變化規(guī)律,并重點(diǎn)研究了結(jié)構(gòu)體屏蔽對此屏蔽效果的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):磁場屏蔽結(jié)合結(jié)構(gòu)體屏蔽可有效屏蔽太陽質(zhì)子事件;同時(shí),主動(dòng)屏蔽相對被動(dòng)屏蔽方法可有效減少銀河宇宙射線帶來的劑量,由于次級粒子的影響,現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)體屏蔽會(huì)增加由銀河宇宙射線引起的航天員劑量當(dāng)量。本部分的研究成果為將來設(shè)計(jì)新型輻射屏蔽方案過程中進(jìn)行空間輻射劑量學(xué)評估提供更為精確的研究方法與思路。
[Abstract]:This paper focuses on the establishment of radiation simulation human body model based on polygon mesh modeling technology . In this paper , the effects of radiation shielding on the risk of secondary cancer caused by radiation flux and active scanning proton therapy ( PBS ) are studied in this paper .
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R144.1

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本文編號(hào)：2122644