中國參考人可變形模型構(gòu)建方法及電磁輻射劑量研究.pdf

1、人體可計算模型已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于輻射防護(hù)、放射醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。人體的體型、內(nèi)臟的形狀和位置等因素會影響電磁和電離輻射吸收劑量。為了在統(tǒng)一的條件下獲得具有代表性的結(jié)果，通常需要使用標(biāo)準(zhǔn)人體模型?？纱硖囟ㄈ巳后w格、器官質(zhì)量和營養(yǎng)狀況等特征的參考人應(yīng)運而生。目前已有符合中國參考人身高、體重、主要內(nèi)臟器官質(zhì)量和骨骼質(zhì)量的可計算模型應(yīng)用于電離輻射劑量評估。人體的體型對電磁輻射劑量存在影響，然而已有的中國參考人模型未對頭高、頭圍、頸圍、胸圍和腰圍等體格

2、參數(shù)實施調(diào)整，限制了其在電磁輻射劑量評估方面的應(yīng)用。人的個體解剖結(jié)構(gòu)存在差異，為了對輻射劑量進(jìn)行準(zhǔn)確評估，需要建立一系列具有不同身高、體重和體型等特征的人體模型。用于建立人體可計算模型的原始醫(yī)學(xué)圖像來源有限，模型重建需要消耗大量人力物力。目前已經(jīng)建立的人體模型并不能覆蓋所有人群。在已有模型的基礎(chǔ)上通過變形的方法建立具有不同解剖結(jié)構(gòu)的人體模型已經(jīng)成為快速構(gòu)建人體模型的重要方法。
　　本文基于中國數(shù)字人男性斷層分割圖像數(shù)據(jù)集，開發(fā)人體

3、多邊形網(wǎng)格表面模型的變形范式和算法，通過面繪制的移動立方體算法構(gòu)建多邊形網(wǎng)格表面模型，隨后整體縮放至中國參考人的身高，采用基于光線投射碰撞檢測的內(nèi)臟器官質(zhì)量調(diào)整算法調(diào)整內(nèi)臟器官質(zhì)量，采用基于橢圓模型和三次樣條插值的人體體型調(diào)整算法調(diào)整人體外輪廓體型，獲得了主要內(nèi)臟器官質(zhì)量和體型均符合中國參考人標(biāo)準(zhǔn)的男性多邊形網(wǎng)格表面模型。以此參考人模型作為通用可變形模型，結(jié)合中國人體格測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過變形，構(gòu)建了一系列具有不同年齡、身高、體重和體型，

4、可代表特定中國人群體解剖結(jié)構(gòu)特征的人體模型，組成中國人體模型庫，還實現(xiàn)了網(wǎng)格模型體素化算法，將網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)換為輻射劑量模擬常用的體素模型。
　　簡而言之，本文在人體模型方面的研究目標(biāo)是一個通用模型，一套變形算法和一個模型庫。其主要創(chuàng)新性是開發(fā)了一套人體多邊形網(wǎng)格表面模型的變形范式和算法，構(gòu)建了具有精確中國參考人特征和高度可擴展性的人體多邊形網(wǎng)格表面模型，建立了中國人體模型庫。其意義在于借助具有高度可擴展性的多邊形網(wǎng)格表面模型在可變形

5、方面的優(yōu)勢，通過變形的方式，可快速建立具有特定體型的人體模型，加快了建模速度，節(jié)約建模工作量和時間成本。將本研究構(gòu)建的具有中國人平均解剖結(jié)構(gòu)特征的中國參考人模型應(yīng)用于輻射防護(hù)劑量評估，可獲得具有代表性的數(shù)值，為制定中國輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。具有特定中國人群體解剖結(jié)構(gòu)特征的中國人體模型庫將為輻射劑量評估和放療方案制定等領(lǐng)域提供模型支持。
　　在電磁輻射劑量評估應(yīng)用方面，本文構(gòu)建了體重過輕、體重正常和超重體型的中國人成年男性模型，

6、證實了20 MHz~3 GHz垂直極化平面波從正面入射時，體型對電磁輻射吸收劑量存在影響。瘦體型的人電磁輻射吸收劑量峰值更高。通過對皮膚、脂肪和肌肉等組織和器官電磁輻射吸收劑量的分析，提出皮下脂肪對電磁場的衰減作用，電磁波的穿透深度和特定情況下發(fā)生在皮下脂肪層的駐波效應(yīng)是體型影響電磁輻射吸收劑量的三個主要因素。
　　金屬植入物對人體電磁輻射劑量的影響是生物電磁學(xué)的研究熱點之一。本文通過將牙冠替換為陶瓷和金屬材料，構(gòu)建了具有不同金屬

7、牙冠結(jié)構(gòu)的假牙模型，評估了日常接打電話、收發(fā)短信和上網(wǎng)時，假牙的金屬結(jié)構(gòu)作為金屬植入物對手機電磁場的影響。研究表明，假牙金屬結(jié)構(gòu)會改變其鄰近生物組織電磁輻射吸收劑量的峰值和分布。假牙金屬結(jié)構(gòu)的位置、方向、長度、體積及特定情況下其與電磁場的共振效應(yīng)是其影響鄰近生物組織電磁輻射吸收劑量的主要影響因素。但日常接打電話、收發(fā)短信和上網(wǎng)等情況不會導(dǎo)致攜帶假牙的人受到的電磁輻射超出國際非電離輻射防護(hù)委員會和電氣和電子工程師協(xié)會制定的公眾輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)