本文關(guān)鍵詞： 氡子體 呼吸道模型 精細(xì)劑量分布 細(xì)胞劑量　出處：《清華大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：氡是最重要的天然輻射源之一,其輻射危害一直是輻射防護(hù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。目前,對于氡輻射所致健康效應(yīng)的研究方法主要有流行病學(xué)調(diào)查和放射生物學(xué)實(shí)驗(yàn),兩種方法的結(jié)果都依賴于劑量估算的準(zhǔn)確性。因此開發(fā)出能更精細(xì)、準(zhǔn)確反映人體呼吸道解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的氡子體劑量學(xué)模型對于研究氡輻射是十分必要的。本論文基于氡輻射的物理原理,對環(huán)境中氡子體進(jìn)入人體后,在呼吸道沉積、廓清,同時發(fā)生衰變放出α粒子,能量沉積在輻射敏感細(xì)胞的整個過程進(jìn)行研究,并對可能造成的輻射健康影響進(jìn)行探討。具體完成工作如下:1.精細(xì)化呼吸道模型的建立。本文以中國參考人呼吸道模型為基礎(chǔ),根據(jù)支氣管解剖學(xué)參數(shù),采用數(shù)學(xué)建模結(jié)合體素化的方法建立了國際上首個具備連續(xù)16級支氣管分叉結(jié)構(gòu)的呼吸道體素模型。該模型完整地反映了整個肺部的氣管及各級支氣管結(jié)構(gòu),是本文劑量計(jì)算的基礎(chǔ);本文提出的參數(shù)化模型構(gòu)造方法也為將來個體化劑量計(jì)算提供了可能。2.生物動力學(xué)研究。采用沉積模型和廓清模型分別計(jì)算得到氡子體氣溶膠在呼吸道各個區(qū)域的初始沉積份額以及發(fā)生轉(zhuǎn)移、吸收入血后的核素活度。并使用流體力學(xué)軟件對氡子體在支氣管區(qū)的運(yùn)動過程進(jìn)行了模擬,計(jì)算得到粒子的三維沉積分布,從而為劑量計(jì)算提供放射性源粒子分布數(shù)據(jù)。3.劑量學(xué)計(jì)算。利用精細(xì)呼吸道模型和源粒子沉積分布,計(jì)算在源粒子非均勻分布情況下的氡子體劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)。同時,統(tǒng)計(jì)每個靶體素中的能量沉積,建立了高解析度的呼吸道三維劑量分布,為劑量熱點(diǎn)及其輻射效應(yīng)分析提供依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,在最大劑量體素內(nèi)建立靶細(xì)胞模型,得到支氣管壁上輻射敏感細(xì)胞可能受到的最大吸收劑量,從而將劑量研究推進(jìn)到細(xì)胞水平。4.精細(xì)劑量分布的應(yīng)用。輻射劑量在呼吸道的精細(xì)分布可以為進(jìn)一步的輻射損傷、致癌風(fēng)險(xiǎn)研究提供翔實(shí)準(zhǔn)確的依據(jù)。本文對兩種典型應(yīng)用做探討性分析。一方面,對典型條件下氡子體致肺癌的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估,對劑量分布與癌癥發(fā)生率的關(guān)系進(jìn)行了探討。另一方面,應(yīng)用于異常高氡地區(qū)的結(jié)果表明,在某些極端情況下,氡子體所致呼吸道劑量會超過細(xì)胞死亡準(zhǔn)閾劑量,可能導(dǎo)致部分細(xì)胞死亡,這是以往輻射風(fēng)險(xiǎn)研究中沒有考慮過的因素。
[Abstract]:Radon is one of the most important natural radiation sources, its radiation damage has been a hot issue in the field of radiation protection. The main research methods for the health effects of radon radiation are epidemiological investigation and radiobiological experiments. The results of both methods depend on the accuracy of dose estimation. A dosimetric model of radon progeny which accurately reflects the anatomical structure of human respiratory tract is necessary for the study of radon radiation. In the respiratory tract deposition, clearance, at the same time decay and release of alpha particles, energy deposition in the whole process of radiosensitive cells were studied. And the possible health effects of radiation were discussed. The detailed work is as follows: 1. The establishment of elaborate respiratory tract model. This paper based on the Chinese reference human respiratory tract model, according to the parameters of bronchial anatomy. The first international airway voxel model with continuous 16 grade bronchobranching structure was established by mathematical modeling combined with voxinization. The model reflects the trachea and bronchi structure of the whole lung completely. It is the basis of dose calculation in this paper. The parameterized model construction method proposed in this paper also provides the possibility of individualized dose calculation in the future. 2. Biodynamic study. The radon daughter aerosol in respiratory tract was calculated by sedimentation model and clearance model, respectively. The initial depositional share of the area and its transfer. The radionuclide activity was absorbed into the blood, and the motion process of radon progeny in the bronchial region was simulated by hydrodynamic software, and the three-dimensional deposition distribution of the particles was calculated. Thus, the radioactive source particle distribution data. 3. Dosimetric calculation. Using the fine respiratory model and source particle deposition distribution. The dose transfer coefficients of radon progeny were calculated under the condition of heterogeneous distribution of source particles. At the same time, the energy deposition in each target element was counted, and the high resolution three-dimensional dose distribution of respiratory tract was established. On the basis of this, the target cell model was established in the maximum dose voxel, and the maximum absorbed dose of radiosensitive cells on the bronchial wall was obtained. The application of fine dose distribution. The fine distribution of radiation dose in the respiratory tract can be further radiation damage. The study of carcinogenic risk provides accurate and accurate basis. This paper makes an exploratory analysis of two typical applications. On the one hand, the risk of lung cancer caused by radon progeny under typical conditions is evaluated. The relationship between the dose distribution and the incidence of cancer is discussed. On the other hand, the results of the application in the regions with abnormally high radon show that in some extreme cases. The respiratory dose caused by radon progeny may exceed the quasi-threshold dose of cell death, which may lead to the death of some cells, which has not been considered in the previous radiation risk studies.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R818

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本文編號：1460007