CN112114349A - 辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质 - Google Patents

辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN112114349A
CN112114349A CN201910540196.6A CN201910540196A CN112114349A CN 112114349 A CN112114349 A CN 112114349A CN 201910540196 A CN201910540196 A CN 201910540196A CN 112114349 A CN112114349 A CN 112114349A
Authority
CN
China
Prior art keywords
radiation
source
secondary surface
predetermined object
determining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910540196.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112114349B (zh
Inventor
张丽
孙运达
梁午阳
金鑫
陈志强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Nuctech Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
Nuctech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, Nuctech Co Ltd filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202310952671.7A priority Critical patent/CN116973966A/zh
Priority to CN201910540196.6A priority patent/CN112114349B/zh
Publication of CN112114349A publication Critical patent/CN112114349A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112114349B publication Critical patent/CN112114349B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2907—Angle determination; Directional detectors; Telescopes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/02—Dosimeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/36—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

本公开提出一种辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质，涉及辐射技术领域。本公开的一种辐射分析方法包括：采用预定数量的射线模拟扫描预定物体；获取从预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息，其中，预定物体的表面划分为多个次级面源；将各个次级面源作为射线源，基于蒙特卡罗方法确定散射射线的辐射剂量分布情况。通过这样的方法，能够将辐射分析模拟中从物体散射出的射线作为次级源，基于次级源分析辐射剂量分布情况，降低了运算量，提高了采用蒙特卡罗方法分析辐射分析的可行性，提高了辐射分析的准确度。

Description

辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质
技术领域
本公开涉及辐射技术领域，特别是一种辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质。
背景技术
CT(Computed Tomography，电子计算机断层)扫描技术作为一种先进的无损检测手段，被广泛应用于医疗和安检领域。CT的基本原理是利用X射线穿过物体后，利用探测器探测剩余的X射线数据，根据投影数据数学重建出物体的三维结构。CT相比于传统的DR(Digital Radiography，数字化成像)投影图像，可以精确的给出物体内部细节的三维位置数据，还可以定量给出物体内部的辐射密度数据。
一般情况下，安检行业在小型行李物品检查系统上，X射线能量在200keV左右，对于大型集装箱货物检查系统，射线能量在MeV的量级。这两个能量范围内X射线辐射都属于电离辐射，对人体或者关键的设备部件有很大的伤害。因此对于CT设备来说，辐射防护设计是不可缺少的，且意义重大。
发明内容
本公开的一个目的在于提高辐射分析的准确度。
根据本公开的一个方面，提出一种辐射分析方法，包括：采用预定数量的射线模拟扫描预定物体；获取从预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息，其中，预定物体的表面划分为多个次级面源；将各个次级面源作为射线源，基于蒙特卡罗方法确定散射射线的辐射剂量分布情况。
在一些实施例中，辐射分析方法还包括：在获取从预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息后：确定每个次级面源的出束粒子数量；确定各个次级面源的出束粒子数量的比例；基于预定的用于模拟的粒子数量和比例，确定各个次级面源的用于模拟的出束粒子数量；基于蒙特卡罗方法确定辐射剂量分布情况包括：根据各个次级面源的用于模拟的出束粒子数量，基于蒙特卡罗方法确定散射射线的辐射剂量分布情况。
在一些实施例中，辐射分析方法还包括：通过以下方式中的至少一种将预定物体的表面划分为多个次级面源：将预定物体的每个面划分为一个或多个次级面源；获取从预定物体出射的散射射线的分布信息，根据散射射线的出射角度划分次级面源；或，根据预定物体的表面各个位置的重要性或射线密度中的至少一种确定对应位置划分的次级面源的数量，将预定物体的表面划分为多个次级面源。
在一些实施例中，辐射分析方法还包括：根据散射射线的辐射剂量分布情况设计辐射屏蔽装备。
在一些实施例中，设计辐射屏蔽装备包括：根据散射射线的辐射剂量分布情况和辐射屏蔽材料的屏蔽性能确定辐射屏蔽材料在各个位置的厚度。
在一些实施例中，分布信息包括出射位置、出射角度和能谱。
在一些实施例中，采用预定数量的射线扫描预定物体的扫描方式为CT扫描。
在一些实施例中，预定物体为厚度大于预定厚度的木块。
通过这样的方法，能够将辐射分析模拟中从物体散射出的射线作为次级射线源，基于次级射线源分析辐射剂量分布情况，降低了运算量，提高了采用蒙特卡罗方法分析辐射分析的可行性，提高了辐射分析的准确度。
根据本公开的另一些实施例的一个方面，提出一种辐射分析装置，包括：扫描单元，被配置为采用预定第一数量的射线模拟扫描预定物体；次级源获取单元，被配置为获取从预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息，其中，预定物体的表面划分为多个次级面源；分析单元，被配置为将各个次级面源作为射线源，基于蒙特卡罗方法确定散射射线的辐射剂量分布情况。
在一些实施例中，辐射分析装置还包括：粒子数量调节单元，被配置为根据次级源获取单元获取的分布信息：确定每个次级面源的出束粒子数量；确定各个次级面源的出束粒子数量的比例；基于预定的用于模拟的粒子数量和比例，确定各个次级面源的用于模拟的出束粒子数量；分析单元被配置为根据各个次级面源的用于模拟的出束粒子数量，基于蒙特卡罗方法确定散射射线的辐射剂量分布情况。
在一些实施例中，辐射分析装置还包括：次级面源划分单元，被配置为通过以下方式中的至少一种将预定物体的表面划分为多个次级面源：将预定物体的每个面划分为一个或多个次级面源；获取从预定物体出射的散射射线的分布信息，根据散射射线的出射角度划分次级面源；或，根据预定物体的表面各个位置的重要性或射线密度中的至少一种确定对应位置划分的次级面源的数量，将预定物体的表面划分为多个次级面源。
在一些实施例中，辐射分析装置还包括：屏蔽设计单元，被配置为根据散射射线的辐射剂量分布情况设计辐射屏蔽装备。
根据本公开的又一些实施例的一个方面，提出一种辐射分析装置，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行如上文中提到的任意一种辐射分析方法。
这样的装置能够将辐射分析模拟中从物体散射出的射线作为次级射线源，基于次级射线源分析辐射剂量分布情况，降低了运算量，提高了采用蒙特卡罗方法分析辐射分析的可行性，提高了辐射分析的准确度。
根据本公开的再一些实施例的一个方面，提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上文中任意一种辐射分析方法的步骤。
通过执行这样的计算机可读存储介质上的指令，能够将辐射分析模拟中从物体散射出的射线作为次级源，基于次级源分析辐射剂量分布情况，降低了运算量，提高了采用蒙特卡罗方法分析辐射分析的可行性，提高了辐射分析的准确度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本公开的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1为本公开的辐射分析方法的一些实施例的流程图。
图2为本公开的辐射分析方法中散射模拟过程的一些实施例的示意图。
图3为本公开的辐射分析方法的次级面源的一些实施例的示意图。
图4为本公开的辐射分析方法的另一些实施例的流程图。
图5为本公开的辐射分析方法的一些实施例的次级面源出束物理特性直方图。
图6为本公开的辐射分析方法的又一些实施例的流程图。
图7为本公开的辐射分析装置的一些实施例的示意图。
图8为本公开的辐射分析装置的另一些实施例的示意图。
图9为本公开的辐射分析装置的又一些实施例的示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。
设计CT设备的辐射防护时可以选用两种计算方法：
1.公式计算配合经验的方法。该方法的优点是计算设计速度快，可以解决大部分情况下的问题。该方法在设计的过程中因子参数都是偏重于辐射防护保守的一方，计算防护偏厚偏重。针对比较复杂的结构，该特点更为明显，误差明显变大。
2.蒙特卡罗模拟方法。建立和实际设备同样尺寸的模型，然后从射线源发出射线，根据程序设定的物理相互作用截面，计算机模拟粒子的行为路径。在模拟的过程中，粒子可能会被路径上的物体阻止，散射或者产生其他的相互作用，最终统计粒子达到指定位置对于辐射剂量的贡献。该方法可以考虑到几乎所有的影响辐射防护设计的因素，给出相对准确的结果，但由于计算周期比较长，不适用于短时间的设计要求。
大型CT设备一般辐射防护用的屏蔽材料是混凝土，该材料屏蔽效果不如铅和钨好，但是由于其成本比较低，所以在大型设备的防护中广泛使用。用公式经验的计算方法计算大型CT设备的辐射防护的结果偏差很大，保守设计带来的后果就是设备重量的大幅度增加。
而采用蒙特卡罗计算方法，出于体积和精度的要求，需要增加大量的粒子数，如2个数量级，这就造成了巨大的运算压力，难以付诸实现。
通过采用本公开实施例中的方式，能够降低采用蒙特卡罗计算方法对大型CT设备进行模拟时的运算量，从而使采用蒙特卡罗计算方法模拟大型CT设备的辐射情况得以实现，提高辐射分析的准确度。
本公开的辐射分析方法的一些实施例的流程图如图1所示。
在步骤101中，采用预定数量的射线模拟扫描预定物体，如图2所示，射线203通过准直器202扫描预定物体201。
在一些实施例中，可以利用如Geant4(GEometry ANd Tracking)的模拟软件进行扫描模拟和统计。在一些实施例中，可以构建大型CT系统模型，如航空箱CT系统模型。
在一些实施例中，预定物体的材质可以为预定厚度的木块。由于木块材质对于射线的散射比较严重，对于设备周围的剂量影响比较大，因此基于扫描木块的辐射剂量分布的防护设计能够满足扫描其他各种包裹时的辐射防护需求。
在步骤102中，获取从预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息，其中，预定物体的表面划分为多个次级面源。在一些实施例中，从预定物体出射的散射射线不仅指由于散射现象产生的射线，还包括由于其他因素从预定物体中出射的射线。在一些实施例中，可以基于木块的形状划分次级面源。以长方体为例，可以设置6个次级面源，其中长方体的每一个面为一个次级面源。
在一些实施例中，可以将每个面划分为多个次级面源，如图3所示，射线301扫描预定物体302，将预定物体302的表面区域303作为一个次级面源。多个次级面源完成对整个预定物体302表面的完全覆盖。在接下来的分析过程中不再考虑预定物体302(即相当于分析过程中预定物体302不存在)，以其各个表面区域303作为面源进行辐射分析。
在步骤103中，将各个次级面源作为射线源，基于蒙特卡罗方法确定散射射线的辐射剂量分布情况。在一些实施例中，散射射线的分布信息可以包括出射角度、出射位置以及出射能量。在蒙特卡罗模拟中，根据这三个物理量能够确定唯一的射线源。将该次级面源上散射射线的分布信息作为该射线源的出射信息，从而便于完成辐射分布情况分析。
在一些实施例中，当获得各个次级面源的散射射线分布信息后，模拟每个次级面源下射线的剂量场分布。将每个次级面源下模拟的剂量分布相加，得到最终的辐射剂量分布。在一些实施例中，可以在完成辐射剂量分布模拟后，设置、更新防护模型，在不同的屏蔽位置处加上不同厚度防护材料，继续模拟设备周围的剂量分布，直到设备的周围剂量满足辐射屏蔽要求。
由于散射的粒子数量与入射的粒子数量相差较大(如一个数量级)，且射线与预定物体相互作用产生散射射线的模拟过程较为耗时，通过上文实施例中的方法，能够将辐射分析模拟中从物体散射出的射线作为次级射线源，基于次级射线源分析辐射剂量分布情况，从而只需要运算一次射线与预定物体相互作用的过程，降低了运算量，提高了采用蒙特卡罗方法分析辐射分析的可行性，提高了辐射分析的准确度。
在一些实施例中，在获取从预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息后，还可以将次级面源作为射线源出射的射线进行调整以提高精度。
本公开的辐射分析方法的另一些实施例的流程图如图4所示。
在步骤401中，采用预定数量(假设为N0)的射线模拟扫描预定物体。
在步骤402中，获取从预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息，其中，预定物体的表面划分为多个次级面源。
在步骤403中，确定每个次级面源的出束粒子数量。在一些实施例中，可以根据统计粒子的出束位置，确定出束位置在各个次级面源区域的例子数量，从而得到每个次级面源的出束粒子数量。例如，从预定物体出射的粒子的数量Nscat，确定从预定物体打出每条X射线(包含散射和直射)的能量、出束角度(theta，phi)和空间坐标(x，y，z)，针对每一个划分的次级面源，统计该区域出射粒子数量Ni(i＝1,2,3,…)。
在步骤404中，确定各个次级面源的出束粒子数量的比例。
在步骤405中，基于预定的用于模拟的粒子数量和比例，确定各个次级面源的用于模拟的出束粒子数量。在一些实施例中，第i个次级面源的用于模拟的出束粒子数量Si根据Ni在Nscat中的比例确定，例如，共有T个次级面源(T为大于1的整数)，那么S1:S2:…:ST＝N1:N2:…:NT，其中N1+N2+…+NT＝Nscat。在一些实施例中，可以根据实际模拟过程中计算硬件和计算精度确定，并且保证统计误差足够小。如果计算硬件允许，可以适当增大Si来减小统计误差。在另一些实施例中，出于效率考虑，可以适当降低Si来缩短模拟时间。
在一些实施例中，设预定的用于模拟的粒子数量为Stot，也即S1+S2+…+ST＝Stot。采用这样的方式最终模拟的剂量值相当于直接模拟
Figure BDA0002102306760000071
个粒子的剂量。一般情况下，N0比Nscat会大一个数量级，因此就相当于在Stot的基础上提高了10倍的统计量。
在步骤406中，根据各个次级面源的用于模拟的出束例子数量，基于蒙特卡罗方法确定散射射线的辐射剂量分布情况。在一些实施例中，由于模拟的粒子数量与实际应用时的辐射数量不匹配，因此在完成模拟后需要根据模拟的出束粒子数量对应的射线源的射线数量与实际应用时射线源射线数量的比例对辐射剂量分布进行调节。例如，一般来说，粒子数变为原来的K倍，统计误差就变味原来的
Figure BDA0002102306760000081
但是模拟的时间则变为原来的K(K为整数)倍，若某个次级面源i按照比例应该模拟Si个粒子，但是由于统计涨落太大，需要模拟10Si个粒子，或者由于模拟时间过长需要模拟
Figure BDA0002102306760000082
个粒子，那么这个面源造成的辐射剂量Di需要相应的用
Figure BDA0002102306760000083
或者10Di修正，从而在改变模拟的粒子的数量的情况下，能够对辐射剂量分布的结果进行修正，避免为了精度或模拟时间调整的模拟的粒子个数影响得到的辐射剂量分布结果。
在大型CT设备的模拟过程中，一方面，由于设备体积大，需要模拟粒子数需要比小型设备多1个数量级以上。另一方面，根据辐射剂量的距离平方反比规律，射线源到关心位置处的距离越远，到达关心位置处的粒子数就越少，而且是平方反比下降，粒子数少就会带来统计误差变大的问题。再一方面，大型CT的设备射线源的主束射线数量率比较高，但是最终的辐射防护标准和小型设备是一样的，这就意味着大型设备的屏蔽衰减要比小型设备高出许多，精度要求更高，计算的统计涨落对大型设备的精度影响将会大。由于上述原因，用蒙特卡罗计算方法对大型设备需要模拟的数量要大大多于对小型设备的模拟数量，例如多2个数量级。假设对小型设备的辐射剂量分布模拟一次需要1个小时，大型设备就要100个小时，时间成本太过于庞大。
通过上文实施例中的方式，能够在以次级面源作为射线源的基础上，等比例的调节模拟的次级源出射的粒子数量，从而无需增加运算一次射线与预定物体相互作用的过程中使用的粒子的数量，避免增加运算压力，同时提高了运算精度，保证了运算效率，保证应对辐射的防护效果。在一些实施例中，模拟的射线源粒子数可以小于实际应用中的射线的粒子数，如十分之一，从而进一步降低运算一次射线与预定物体相互作用的过程中的运算量。
通过上文实施例中的方法，在蒙特卡罗模拟中将预定物体表面作为射线源，相比于仅从实际的射线源出发的模拟方式相比，为达到相同的统计精度，模拟粒子的数量大大降低(如小于从实际的射线源出发的模拟方式的十分之一)。另外，从实际的射线源出发的模拟方式中，每次模拟都需要模拟射线和预定物体的相互作用，而这一部分的模拟占用了模拟过程中相当长的一部分时间。通过上文中设置次级面源的方式，只需要模拟一次射线与预定物体的相互作用，大大节省了每次射线与预定物体相互作用的时间，提高了运算效率。
在一些实施例中，次级面源的设置除了按照预定物体的形状外，还可以根据预定物体的表面各个位置的重要性或射线密度确定对应位置划分的次级面源的数量，进而将预定物体的表面划分为多个次级面源。例如图5所示：
在模拟完成射线与预定物体相互作用后统计以下信息：从预定物体出射的粒子的数量Nscat，从预定物体射出的每条X射线(包含散射和直射)的能量，出束角度(theta，phi)和空间坐标(x，y，z)。
将预定物体(以长方体预定物体为例)的6个面单独进行统计。通过对6个面的统计结果，可以得到每个面的射线分布状况，然后根据射线的笛卡尔坐标出束数量对这6个面进行划分，出束多的区域划分为一个区域，出束少的划分为一个区域。对于笛卡尔坐标中面积比较大的区域可以再进行细分。
针对每一个划分的细小区域，单独统计该区域的以下信息：该区域出射粒子数量Ni(i＝1,2,3,…)，该区域出束射线的能谱，角度(theta，phi)的统计直方图，位置(x，y，z)的统计直方图。
分别将这些小的区域作为次级面源，次级面源的设置可以如下：位置中心在统计的(x，y，z)中心，边界为面的大小，面源的出束角度、能谱、出束位置根据上一步统计的该区域的统计直方图，也即根据概率密度函数进行抽样，在Geant4中通过设置射线源的抽样即可。
通过这样的方法，能够结合射线的出射密度等信息进行次级面源划分，提高细致程度，进一步提高分析的准确性。
在一些实施例中，还可以根据射线在出束角度上的数量进行分类，出束多的角度范围的射线划分为属于同一个次级面源，出束少的角度范围划分为属于另一个次级面源。在一些实施例中，对于出束立体角覆盖面比较大的区域可以再进行细分。通过这样的方法，由于每个次级面源的射线出射角度相似，能够降低运算的难度，提高分析效率。
在一些实施例中，可以预先将预定物体的表面划分为多个次级面源，如均分或按照重要性划分，每一部分作为一个次级面源，从而无需进一步划分的操作，提高通用性。
在一些实施例中，在划分次级面源的过程中，可以根据实际需求，统计多于或者少于6个面的信息，比如圆柱体可以统计上底面、下底面、侧面的信息，球面可以根据空间角度划分多个面，提高了数据采集的准确性和辐射分析的普适性。在一些实施例中，多个面闭合且包围预定物体，从而避免射线漏分析造成辐射防护设计不能达到实际要求。
在一些实施例中，当得到散射射线的辐射剂量分布情况后，可以进行辐射防护设计。本公开的辐射防护设计的一些实施例的流程图如图6所示。
在步骤601中，采用预定数量的射线模拟扫描预定物体。
在步骤602中，获取从预定物体出射的散射射线的分布信息。
在步骤603中，将预定物体的表面划分为多个次级面源。在一些实施例中，可以采用上文中提到的一种或多种次级面源划分方法对预定物体的表面进行划分。
在步骤604中，确定从预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息。
在步骤605中，确定各个次级面源的用于模拟的出束粒子数量。在一些实施例中，可以根据运算精准度的需求、设备能够承受的运算量或运算时长要求中的一项或多项确定预定的用于模拟的粒子数量，进而基于散射射线在各个次级面源的分布信息得到各个次级面源的用于模拟的出束粒子数量。
在步骤606中，将各个次级面源作为射线源，基于蒙特卡罗方法确定散射射线的辐射剂量分布情况，并根据散射射线的辐射剂量分布情况设计辐射屏蔽装备。在一些实施例中，可以根据散射射线的辐射剂量分布情况，结合辐射屏蔽材料的屏蔽性能，确定辐射屏蔽材料在各个位置的厚度。在一些实施例中，可以通过模拟设置不同的防护参数的方式设计辐射屏蔽装置，如设置防护模型，在不同的屏蔽位置处加上不同厚度的防护材料，模拟设备周围的辐射剂量分布，在未满足辐射屏蔽要求的情况下更新防护模型，直到设备的周围剂量满足辐射屏蔽要求。
通过这样的方法，能够提高对大型CT设备的辐射剂量分布的模拟的准确度，降低保守估计对防护设备重量的非必要的增加，提高大型CT设备配套设备的灵活度，降低防护成本。
本公开的辐射分析装置的一些实施例的示意图如图7所示。
扫描单元701能够采用预定数量的射线模拟扫描预定物体。
次级源获取单元702能够获取从预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息，其中，预定物体的表面划分为多个次级面源。在一些实施例中，可以基于木块的形状划分次级面源。以长方体为例，可以设置6个次级面源，其中长方体的每一个面为一个次级面源。
分析单元703能够将各个次级面源作为射线源，基于蒙特卡罗方法确定散射射线的辐射剂量分布情况。在一些实施例中，将该次级面源上散射射线的分布信息作为该射线源的出射信息，从而便于完成辐射分布情况分析。
这样的辐射分析装置能够将辐射分析模拟中从物体散射出的射线作为次级射线源，基于次级射线源来分析辐射剂量分布情况，从而只需要运算一次射线与预定物体相互作用的过程，降低了运算量，提高了采用蒙特卡罗方法分析辐射分析的可行性，提高了辐射分析的准确度。
在一些实施例中，如图7所示，辐射分析装置还可以包括粒子数量调节单元704，能够根据次级源获取单元获取的分布信息确定每个次级面源的出束粒子数量。根据每个次级面源的出束粒子数量确定各个次级面源的出束粒子数量的比例，从而基于预定的用于模拟的粒子数量和比例，确定各个次级面源的用于模拟的出束粒子数量。分析单元703根据各个次级面源的用于模拟的出束例子数量，基于蒙特卡罗方法确定散射射线的辐射剂量分布情况。
这样的辐射分析装置能够在以次级面源作为射线源的基础上，等比例的调节模拟的次级源出射的粒子数量，从而无需增加运算一次射线与预定物体相互作用的过程中使用的粒子的数量，提高了运算的精准度，也避免增加大量的运算压力，保证应对辐射的防护效果。
在一些实施例中，如图7所示，辐射分析装置还可以包括次级面源划分单元705，能够将预定物体的表面划分为多个次级面源。在一些实施例中，可以根据预定物体的形状，将预定物体的每个面划分为一个或多个次级面源。在一些实施例中，还可以根据预定物体的表面各个位置的重要性或射线密度确定对应位置划分的次级面源的数量，进而将预定物体的表面划分为多个次级面源。在一些实施例中，次级面源划分单元705可以预先将预定物体的表面划分为多个次级面源，如均分或按照重要性划分，每一部分作为一个次级面源，从而无需进一步划分的操作，提高通用性。
在一些实施例中，次级面源划分单元705还可以根据射线在出束角度上的数量进行分类，出束多的角度范围的射线划分为属于同一个次级面源，出束少的角度范围划分为属于另一个次级面源。在一些实施例中，对于出束立体角覆盖面比较大的区域可以再进行细分。由于每个次级面源的射线出射角度相似，这样的辐射分析装置能够降低运算的难度，提高分析效率。
在一些实施例中，如图7所示，辐射分析装置还可以包括屏蔽设计单元706，能够根据散射射线的辐射剂量分布情况设计辐射屏蔽装备。在一些实施例中，可以根据散射射线的辐射剂量分布情况，结合辐射屏蔽材料的屏蔽性能，确定辐射屏蔽材料在各个位置的厚度。
这样的辐射分析装置能够提高对大型CT设备的辐射剂量分布的模拟的准确度，降低保守估计对防护设备重量的非必要的增加，提高大型CT设备配套设备的灵活度，降低防护成本。
本公开还提出一种辐射防护设计装置，包括扫描单元701、次级源获取单元702、分析单元703和屏蔽设计单元706，各单元的功能和连接关系如上文实施例和图7中所示。在一些实施例中，屏蔽设计单元706完成屏蔽体设计后，辐射防护设计装置可执行模拟过程查看辐射防护结果。屏蔽设计单元706根据结果调整设计参数，直至满足防护要求。
在一些实施例中，辐射防护设计装置还可以包括粒子数量调节单元704，以便以能够接受的运算量提高运算的精准度。在一些实施例中，辐射防护设计装置还可以包括次级面源划分单元705，其功能和连接关系如上文实施例中所示。
本公开辐射分析装置的一个实施例的结构示意图如图8所示。辐射分析装置包括存储器801和处理器802。其中：存储器801可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器用于存储上文中辐射分析方法的对应实施例中的指令。处理器802耦接至存储器801，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器802用于执行存储器中存储的指令，能够降低采用蒙特卡罗方法分析辐射分析的运算量，提高了辐射分析的准确度。
在一个实施例中，还可以如图9所示，辐射分析装置900包括存储器901和处理器902。处理器902通过BUS总线903耦合至存储器901。该辐射分析装置900还可以通过存储接口904连接至外部存储装置905以便调用外部数据，还可以通过网络接口906连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)。此处不再进行详细介绍。
在该实施例中，通过存储器存储数据指令，再通过处理器处理上述指令，能够降低采用蒙特卡罗方法分析辐射分析的运算量，提高了辐射分析的准确度。
在另一个实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现辐射分析方法对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
可能以许多方式来实现本公开的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本公开技术方案的精神，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (14)

1.一种辐射分析方法，包括：
采用预定数量的射线模拟扫描预定物体；
获取从所述预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息，其中，所述预定物体的表面划分为多个次级面源；
将各个所述次级面源作为射线源，基于蒙特卡罗方法确定所述散射射线的辐射剂量分布情况。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括，在获取从所述预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息后：
确定每个所述次级面源的出束粒子数量；
确定各个所述次级面源的出束粒子数量的比例；
基于预定的用于模拟的粒子数量和所述比例，确定各个所述次级面源的用于模拟的出束粒子数量；
所述基于蒙特卡罗方法确定辐射剂量分布情况包括：根据各个所述次级面源的用于模拟的出束粒子数量，基于蒙特卡罗方法确定所述散射射线的分布情况。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过以下方式中的至少一种将所述预定物体的表面划分为多个所述次级面源：
将所述预定物体的每个面划分为一个或多个所述次级面源；
获取从所述预定物体出射的散射射线的分布信息，根据所述散射射线的出射角度划分所述次级面源；或，
根据所述预定物体的表面各个位置的重要性或射线密度中的至少一种确定对应位置划分的次级面源的数量，将所述预定物体的表面划分为多个所述次级面源。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，还包括：
根据所述散射射线的所述辐射剂量分布情况设计辐射屏蔽装备。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述设计辐射屏蔽装备包括：
根据所述散射射线的辐射剂量分布情况和辐射屏蔽材料的屏蔽性能确定辐射屏蔽材料在各个位置的厚度。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述分布信息包括出射位置、出射角度和能谱。
7.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述采用预定数量的射线扫描预定物体的扫描方式为电子计算机断层CT扫描。
8.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述预定物体为厚度大于预定厚度的木块。
9.一种辐射分析装置，包括：
扫描单元，被配置为采用预定第一数量的射线模拟扫描预定物体；
次级源获取单元，被配置为获取从所述预定物体出射的散射射线在各个次级面源的分布信息，其中，所述预定物体的表面划分为多个次级面源；
分析单元，被配置为将各个所述次级面源作为射线源，基于蒙特卡罗方法确定所述散射射线的辐射剂量分布情况。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括，
粒子数量调节单元，被配置为根据所述次级源获取单元获取的所述分布信息：确定每个所述次级面源的出束粒子数量；确定各个所述次级面源的出束粒子数量的比例；基于预定的用于模拟的粒子数量和所述比例，确定各个所述次级面源的用于模拟的出束粒子数量；
所述分析单元被配置为根据各个所述次级面源的用于模拟的出束粒子数量，基于蒙特卡罗方法确定所述散射射线的辐射剂量分布情况。
11.根据权利要求9所述的装置，还包括：
次级面源划分单元，被配置为通过以下方式中的至少一种将所述预定物体的表面划分为多个所述次级面源：
将所述预定物体的每个面划分为一个或多个所述次级面源；
获取从所述预定物体出射的散射射线的分布信息，根据所述散射射线的出射角度划分所述次级面源；或，
根据所述预定物体的表面各个位置的重要性或射线密度中的至少一种确定对应位置划分的次级面源的数量，将所述预定物体的表面划分为多个所述次级面源。
12.根据权利要求9或10所述的装置，还包括：
屏蔽设计单元，被配置为根据所述散射射线的所述辐射剂量分布情况设计辐射屏蔽装备。
13.一种辐射分析装置，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如权利要求1至8任一项所述的方法。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现权利要求1至8任意一项所述的方法的步骤。
CN201910540196.6A 2019-06-21 2019-06-21 辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质 Active CN112114349B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310952671.7A CN116973966A (zh) 2019-06-21 2019-06-21 辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质
CN201910540196.6A CN112114349B (zh) 2019-06-21 2019-06-21 辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910540196.6A CN112114349B (zh) 2019-06-21 2019-06-21 辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310952671.7A Division CN116973966A (zh) 2019-06-21 2019-06-21 辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112114349A true CN112114349A (zh) 2020-12-22
CN112114349B CN112114349B (zh) 2023-07-04

Family

ID=73796095

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310952671.7A Pending CN116973966A (zh) 2019-06-21 2019-06-21 辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质
CN201910540196.6A Active CN112114349B (zh) 2019-06-21 2019-06-21 辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310952671.7A Pending CN116973966A (zh) 2019-06-21 2019-06-21 辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN116973966A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115910418A (zh) * 2021-08-05 2023-04-04 合肥锐视医疗科技有限公司 一种基于蒙特卡罗模拟的辐射防护箱体的制备方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004361240A (ja) * 2003-06-04 2004-12-24 Tokyo Electric Power Co Inc:The 放射線量算出システム、放射線量算出方法、およびプログラム
US20050192764A1 (en) * 2004-03-01 2005-09-01 Holland Richard A. Computation of radiating particle and wave distributions using a generalized discrete field constructed from representative ray sets
CN101472524A (zh) * 2006-06-22 2009-07-01 皇家飞利浦电子股份有限公司 多管成像系统散射校正
CN101678211A (zh) * 2007-02-27 2010-03-24 皇家飞利浦电子股份有限公司 散射辐射的仿真以及可视化
CN105204056A (zh) * 2015-09-29 2015-12-30 广州瑞多思医疗科技有限公司 放射治疗中在线剂量监测和验证的方法
CN105740573A (zh) * 2016-03-02 2016-07-06 苏州网颢信息科技有限公司 一种用于放射线剂量计算的双步蒙特卡洛模拟方法
JP2017009371A (ja) * 2015-06-19 2017-01-12 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 コンクリート構造物の水分推定方法及びコンクリート構造物の水分推定システム
CN106503425A (zh) * 2016-10-10 2017-03-15 北京信息科技大学 一种计算辐射传递系数的方法
FR3061554A1 (fr) * 2016-12-30 2018-07-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de traitement d’un spectre d’un rayonnement transmis par un objet
US20180199908A1 (en) * 2017-01-17 2018-07-19 Siemens Healthcare Gmbh Adjusting an x-ray parameter of an x-ray unit
CN108549753A (zh) * 2018-03-28 2018-09-18 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种点核积分法与蒙特卡罗方法耦合的辐射屏蔽计算方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004361240A (ja) * 2003-06-04 2004-12-24 Tokyo Electric Power Co Inc:The 放射線量算出システム、放射線量算出方法、およびプログラム
US20050192764A1 (en) * 2004-03-01 2005-09-01 Holland Richard A. Computation of radiating particle and wave distributions using a generalized discrete field constructed from representative ray sets
CN101472524A (zh) * 2006-06-22 2009-07-01 皇家飞利浦电子股份有限公司 多管成像系统散射校正
CN101678211A (zh) * 2007-02-27 2010-03-24 皇家飞利浦电子股份有限公司 散射辐射的仿真以及可视化
US20100127859A1 (en) * 2007-02-27 2010-05-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Simulation and visualization of scattered radiation
JP2017009371A (ja) * 2015-06-19 2017-01-12 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 コンクリート構造物の水分推定方法及びコンクリート構造物の水分推定システム
CN105204056A (zh) * 2015-09-29 2015-12-30 广州瑞多思医疗科技有限公司 放射治疗中在线剂量监测和验证的方法
CN105740573A (zh) * 2016-03-02 2016-07-06 苏州网颢信息科技有限公司 一种用于放射线剂量计算的双步蒙特卡洛模拟方法
CN106503425A (zh) * 2016-10-10 2017-03-15 北京信息科技大学 一种计算辐射传递系数的方法
FR3061554A1 (fr) * 2016-12-30 2018-07-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de traitement d’un spectre d’un rayonnement transmis par un objet
US20180199908A1 (en) * 2017-01-17 2018-07-19 Siemens Healthcare Gmbh Adjusting an x-ray parameter of an x-ray unit
CN108549753A (zh) * 2018-03-28 2018-09-18 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种点核积分法与蒙特卡罗方法耦合的辐射屏蔽计算方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孔巢城等: "电子加速器屏蔽室空间散射的蒙特卡罗计算", 《高能物理与核物理》 *
孔巢城等: "电子加速器屏蔽室空间散射的蒙特卡罗计算", 《高能物理与核物理》, vol. 28, no. 04, 30 April 2004 (2004-04-30), pages 1 - 5 *
孙勇等: "散射大厅内中子导管屏蔽计算", 《原子能科学技术》 *
孙勇等: "散射大厅内中子导管屏蔽计算", 《原子能科学技术》, vol. 47, no. 02, 28 February 2013 (2013-02-28), pages 290 - 294 *
郝樊华等: "钚体源样品γ能谱计算的蒙特卡罗方法", 《物理学报》 *
郝樊华等: "钚体源样品γ能谱计算的蒙特卡罗方法", 《物理学报》, vol. 54, no. 08, 31 August 2005 (2005-08-31), pages 3523 - 3529 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115910418A (zh) * 2021-08-05 2023-04-04 合肥锐视医疗科技有限公司 一种基于蒙特卡罗模拟的辐射防护箱体的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116973966A (zh) 2023-10-31
CN112114349B (zh) 2023-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ojala et al. The accuracy of Acuros XB algorithm for radiation beams traversing a metallic hip implant—comparison with measurements and Monte Carlo calculations
Fix et al. A multiple source model for 6 MV photon beam dose calculations using Monte Carlo
Yepes et al. A GPU implementation of a track-repeating algorithm for proton radiotherapy dose calculations
Panettieri et al. SBRT of lung tumours: Monte Carlo simulation with PENELOPE of dose distributions including respiratory motion and comparison with different treatment planning systems
Gajewski et al. Commissioning of GPU–accelerated Monte Carlo code FRED for clinical applications in proton therapy
CN108415058A (zh) 放射线的剂量计算方法及系统
TWI600451B (zh) 粒子射線治療裝置及治療計畫補正方法
Cornelius et al. Benchmarking and validation of a Geant4–SHADOW Monte Carlo simulation for dose calculations in microbeam radiation therapy
CN109985316B (zh) 一种复杂射野的放疗剂量快速计算设备和存储介质
Sterpin et al. Monte Carlo simulation of helical tomotherapy with PENELOPE
TWI612493B (zh) 線量分布演算裝置及具有線量分布演算裝置之粒子射線治療裝置
Mittone et al. An efficient numerical tool for dose deposition prediction applied to synchrotron medical imaging and radiation therapy
Rohling et al. Comparison of PHITS, GEANT4, and HIBRAC simulations of depth-dependent yields of β+-emitting nuclei during therapeutic particle irradiation to measured data
Cranmer-Sargison et al. Modelling an extreme water–lung interface using a single pencil beam algorithm and the Monte Carlo method
Fix et al. Monte Carlo simulation of a dynamic MLC based on a multiple source model
Dedes et al. The role of Monte Carlo simulation in understanding the performance of proton computed tomography
Tian et al. Automatic commissioning of a GPU-based Monte Carlo radiation dose calculation code for photon radiotherapy
Day et al. A Monte Carlo model of synchrotron radiotherapy shows good agreement with experimental dosimetry measurements: Data from the imaging and medical beamline at the Australian Synchrotron
CN112114349B (zh) 辐射分析方法、装置和计算机可读存储介质
US11170974B2 (en) Obtaining an energy spectrum of a focused ion beam
Brualla et al. Comparison between PENELOPE and electron Monte Carlo simulations of electron fields used in the treatment of conjunctival lymphoma
CN109655473B (zh) 点探测器计数的闪光照相图像接收装置的模拟方法及系统
McCurdy et al. Photon scatter in portal images: accuracy of a fluence based pencil beam superposition algorithm
Habib et al. Evaluation of PENFAST–A fast Monte Carlo code for dose calculations in photon and electron radiotherapy treatment planning
Gajewski et al. Implementation of a compact spot-scanning proton therapy system in a GPU Monte Carlo code to support clinical routine

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant