活体监测人体数字模型动态虚拟校准方法研究

Efficiency calibration technique plays an important role for in-vivo internal contamination monitoring of human body, and it also has a great influence on the measurement accuracy. Numerical simulation of the efficiency calibration process is a basic unsolved problem for improving the consistence and accuracy of in-vivo monitoring, and it is also one of the key elements to enhance the data interpretation process for accident monitoring under the nuclear accident circumstance. This project is intended to establish a new technology, called biokinetic virtual efficiency calibration method, based on human voxel phantoms and ICRP-biokinetic models for in-vivo monitoring. It consists of several research elements as follows: the construction of a database of Chinese human voxel models, detector's automatic modeling, fast efficiency calculation technique, the merging of human voxel model with ICRP-biokinetic models, experimental validation and the software development. The output of this project would have a wider significance for in-vivo monitoring, since it technically solves the basic obstacle for developing the integrated multi-functional internal dose assessment software, which is a longtime-desired objective in radiation protection field. Meanwhile, several important techniques also would be developed through this project, such as the advanced method of human voxel phantoms' adjustment, the automatic modeling technique of HPGe/NaI detectors, and the new human biokinetic-voxel model with metabolic function, which might be a meaningful effort for promoting the digital human research from the physical-function models to the new physiological-function models.

效率校准是内照射活体监测中一项关键技术，也是影响人体内污染活体测量准确性的一个重要因素。如何实现效率校准环节的数值模拟，是从技术层面上提高内照射监测一致性、准确性以及核事故应急监测数据处理速度的基础性问题。本项目拟在已有人体数字模型和内照射生物动力学研究的基础上，从系列化中国人体数字模型库建立、探测器自动虚拟表征、快速虚拟校准方法、生物动力学模式与人体数字模型融合、实验验证等几个方面着手开展研究，建立内照射活体监测用人体数字模型动态虚拟校准方法，并完成虚拟校准软件的开发验证工作。从而实现效率校准过程的数值模拟，突破阻碍一体化内照射应用软件开发的技术瓶颈。此外，本项目还将在研究中，提出较为先进的模型调整方法、常用探测器的自动表征方法，并建立具有生物动力学代谢过程的动态人体数字模型，这也是在辐射防护领域将人体数字模型从"物理人"向"生理人"发展的有益尝试，未来可能具有广泛的应用价值和研究意义。

效率校准是内照射活体监测中一项关键技术，也是影响人体内污染活体测量准确性的一个重要因素。本项目开展了人体数字模型调整、蒙卡快速虚拟校准、摄入核素的生物动力学等技术的研究，建立个体化数字人体动态虚拟校准方法，探讨了摄入核素动态分布对活体测量探测效率的影响。具体完成了以下研究内容。. （1）建立了人体数字模型调整技术——三维混合邻域膨胀腐蚀方法，在保证器官形状基本不变的条件下，实现对人体体素模型的胸壁厚度的调整。建立系列人体数字模型库。. （2）建立了基于Geant4的人体数字模型快速虚拟校准技术，并采用物理模型对其进行了实验验证。通过开展探测器虚拟表征技术研究，角度偏倚抽样减方差技术的应用研究提高虚拟校准的计算速度。对中国辐射防护研究院研发的躯干模型物理模型建立体素模型，将数值校准结果与实验测量值进行对比验证，验证校准计算程序的可靠性。. （3）采用数值方法求解ICRP生物动力学模型，分析了系列身高体重体素模型的活体测量探测效率。. （4）分析了体内核素动态不均匀分布对探测效率的影响。通过计算核素在人体内各器官的滞留分数，并采用蒙特卡罗抽样方法抽样出核素在人体数字模型内的分布情况，进而计算得到不同时刻的探测效率，给出摄入放射性核素“动态分布”对探测效率的影响分析。