人体外照射剂量转换系数确定中GATE/MCNPX的应用、比较研究

作     者：崔甜甜 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙亮

授予年度：2018年

学科分类：1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 100402[医学-劳动卫生与环境卫生学] 10[医学] 

主      题：人体体素模型 剂量转换系数 GATE/MCNPX KTMAN-2 

摘      要：外照射是辐射实践过程中最为常见的人体受照方式。利用蒙特卡罗方法模拟体模得到人体器官的剂量转换系数是国际上辐射防护理论研究领域和应用领域的研究热点。随着计算机技术的发展和科学的进步,不断有新的功能更强大的蒙特卡罗模拟软件出现。将这类模拟软件应用于辐射防护中并与其他蒙特卡罗软件的模拟结果相比较,不仅为确定人体受照水平提供了一种新的路径和方法,并且得到的数据相比于单个蒙特卡罗软件得到的数据更具有代表性,对精确评估人体在辐射场中接受的辐射剂量和推进新兴蒙特卡罗模拟软件的融合和应用具有重要意义。本文针对常用人体体素模型KTMAN-2(Korean Typical MAN-2)在MCNPX输入文件中的体素数据,应用自编算法实现了向常规图像格式(如CT等)和专用数据格式(如GATE)的双向转换,从而实现了复杂体素模型实时交互可视化。基于验证、比较和应用的目的,在同一体素模型条件下,分别使用GATE和MCNPX模拟六种标准照射方式下不同光子、中子能量的人体器官剂量转换系数,再将两者的计算结果进行比较;并将两者的器官吸收剂量转换系数和ICRP 74号、ICRP116号出版物的推荐值进行比较、分析。主要研究结果和创新如下:(1)通过在GATE和MCNPX程序中计算AP、PA、LLAT、RLAT、ROT、和ISO六种标准照射方式下,不同光子、中子能量的人体器官的吸收剂量,比较两者的计算差异,并系统地分析了本文计算结果与ICRP 74、ICRP 116号出版物参考人在外照射剂量学上的差异。(2)将人体体素模型在MCNP/MCNPX中的体素数据通过自编的Matlab程序处理并转换为CT,该过程解决了在缺乏人体体素模型原始影像数据的情况下,使用其它蒙特卡罗模拟方法进行进一步验证时由于输入文件的差异性而无法进行的问题,为保证剂量计算的精确度提供了一种新方法。(3)本文还研究比较了在光子的外照射中,GATE基于不同的物理电磁模型库Livermore、Penelope和Standard的计算精度,结果表明Livermore相比Penelope和Standard具有更小的误差和更高的稳定性。该结果为GATE在以后相似的研究工作中电磁模型库的选择提供了参考。