[发明专利]一种基于体素的人体外照射剂量仿真方法

说明书

本发明提供的是一种基于体素的人体外照射剂量仿真方法。用3dsMax软件建立具有骨骼动画的虚拟人模型；初始化虚拟核辐射场中剂量分布数据；根据虚拟人的人体结构和骨骼结构，建立人体体素模型；分配人体模块，定义各个模块的权重和人体有效剂量计算公式；利用插值方法计算虚拟人的瞬时受照剂量率和累积剂量；基于骨骼动画的人体受照剂量计算；各个模块的并行计算。本发明没有直接对虚拟人的三维模型进行体素化，步骤更加简便，体素模型能够伴随人体骨骼一起运动，实现实时剂量评价。

技术领域

本发明涉及的是一种对虚拟核辐射场中虚拟人运动过程中外照射剂量的仿真方法。

背景技术

核设施退役活动具有很高的放射性。因此，有必要通过虚拟仿真技术模拟核退役活动。在虚拟仿真过程中，评估工作人员可能的受照剂量，用于制定相应的辐射防护措施。目前国内外针对涉及核辐射危险的作业人员的外照射实时剂量评估主要是基于质点模型、碰撞模型、体素模型、数字模型。基于质点模型的剂量仿真评估将工作人员视为一个质点进行剂量计算，该方法的精确度较差。包围盒模型是基于游戏引擎的碰撞监测功能实现的，该方法没有考虑人体器官和组织对放射性的敏感性。体素模型将人体分解为大量的体素，用体素表示人体组织器官，从而实现人体外照射计算，该方法在放射性治疗上应用较多，体素数量多达百万量级，耗时过多。数学模型是用基本几何体描述人体各个组织器官，程序占用内存小，计算效率高，但是无法实现动态地计算人体运动过程的受照剂量。

综上所述，开发出一种准确、快速的计算虚拟人外照射剂量的仿真方法对核退役的辐射安全仿真具有重大的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够准确、快速的模拟虚拟人外照射剂量的基于体素的人体外照射剂量仿真方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)用3dsMax软件建立具有骨骼动画的虚拟人模型；

(2)初始化虚拟核辐射场中剂量分布数据；

(3)根据虚拟人的人体结构和骨骼结构，建立人体体素模型；

(4)分配人体模块，定义各个模块的权重和人体有效剂量计算公式；

(5)利用插值方法计算虚拟人的瞬时受照剂量率和累积剂量；

(6)基于骨骼动画的人体受照剂量计算；

(7)各个模块的并行计算。

本发明还可以包括：

1、所述的根据虚拟人的人体结构和骨骼结构，建立人体体素模型具体包括：

根据虚拟人的人体结构和骨骼结构，将人体模型划分为12个模块：头为1个圆柱、颈为1个圆柱、胸为1个长方体、臀为1个长方体、上臂为2个圆柱、小臂为2个圆柱、大腿为2个圆柱、小腿为2个圆柱，

将这些模块分别体素化，即用体素集合表示这些基本几何体，体素的尺寸为2cm×2cm×2cm，

将体素从人体模型中抽离出来，将人体体素模型数字化，将数字模型存储在数据库或程序缓存中。

2、所述的分配人体模块，定义各个模块的权重和人体有效剂量计算公式具体包括：

根据人体组织器官的所在模块的位置和人体骨骼肌肉在各个模块中的质量分布，定义各个模块的权重大小，每个模块的权重为该模块中包含的所有组织器官权重之和，

根据虚拟人的模块，虚拟人的当量剂量和虚拟人的有效剂量分别由下式表示：