[发明专利]一种动态环境下姿态可变的人体剂量仿真方法

说明书

本发明提供的是一种动态环境下姿态可变的人体剂量仿真方法。包括建立虚拟人三维模型，包括人体组织和器官；采用在组织、器官模型内均匀分布的监测点对组织和器官进行描述，将监测点与人体器官和组织进行绑定；建立人员作业姿态动作的骨骼动画，将骨骼动画与器官进行绑定,监测点随着作业过程的骨骼动画进行位置变换；计算人体组织或器官的吸收剂量；计算一个计算时间步长下的人体有效剂量；将作业过程中，每个离散时间步长下的组织或器官吸收剂量以及人体有效剂量累加，获取人员在整个作业过程中接受的剂量结果。本发明同时兼顾人体姿态变换与动态辐射环境条件，进行人体辐射剂量计算仿真，建模方法更灵活、高效，计算更简便，结果更可靠。

技术领域

本发明涉及的是一种人体辐射剂量仿真方法。具体地说是一种对动态核设施辐射环境下人员作业过程进行人体剂量评估的一种动态环境下姿态可变的人体剂量仿真方法。

背景技术

核辐射直接损害工作人员的人身安全，对人体剂量的准确评估是保障人员安全的重要环节，尤其在核设施维修、应急和退役拆除等情况下，人员处于辐射环境中，由于辐射的存在，极大地增加了人员作业难度。工作人员在执行作业任务之前，必须在ALARA(as lowas reasonably achievable)原则下进行人员剂量分析。因此建立灵活有效的个人剂量计算方法，实现人员剂量的准确评估是保障工作人员辐射安全的关键。由于核设施具有高放射性、高复杂性的特点，无法利用实际场景进行人员培训以及安全分析，目前，世界上不同地区的研究者均考虑利用仿真技术进行危险环境下的安全分析工作，其已被证明是一种安全、高效和低成本的研究方式。因此，灵活、准确的人体剂量计算仿真对人员安全分析十分重要。

现有人体剂量计算仿真方法大多将人体简化成一个点，利用点模型计算人体剂量，或者采用站姿，将人体器官简化为一个点，器官位置采用相对骨盆高度进行剂量计算，采用点方式过于简化，忽略了人体姿态变化对人体剂量的影响，计算结果精度较差。另一种方式是将人体模型体素化，采用站姿进行剂量计算，能够获得较高计算精度，但计算时间较长。然而实际辐射场中人处于各种不同的姿态，并且辐射环境是动态的，现有人体剂量计算仿真方法无法同时兼顾以上两种情况，从而影响人体剂量评估的效率和准确性。

从上面的分析可以看出，核设施辐射环境下的人体剂量计算仿真对人员安全的研究分析十分重要。然而目前人体剂量计算仿真方法存在精度不足或设计复杂且操作不便等问题，更没有兼顾人体姿态变换与动态辐射环境条件的人体辐射剂量计算仿真方法。

综上所述，开发出一套准确、高效的针对动态环境下考虑人体姿态的人体剂量计算仿真软件对人员辐射安全分析及辐射方案设计具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准确、高效的动态环境下姿态可变的人体剂量仿真方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)建立虚拟人三维模型，包括人体组织和器官；

(2)采用在组织、器官模型内均匀分布的监测点对组织和器官进行描述，将监测点与人体器官和组织进行绑定；

(3)建立人员作业动作的骨骼动画，将骨骼动画与器官进行绑定，监测点随着作业过程的骨骼动画进行位置变换；

(4)计算人体组织或器官的吸收剂量；

(5)计算一个计算时间步长Δt下的人体有效剂量E，

依次遍历计算所有组织和器官的吸收剂量率，一个时间步长下人体有效剂量E由下式计算

式中，W_R为辐射权重因子；为按组织或器官T平均计算的来自辐射R的吸收剂量率；W_T表示器官或组织T的组织权重因子；Δt为剂量计算时间步长；