一种用于眼晶体剂量计算与评价的模型

技术领域

本发明涉及电离辐射剂量与防护领域，尤其是一种用于眼晶体剂量计算与评价的模型。

背景技术

眼晶体(晶状体)为一个双凸面透明组织，是眼球中重要的屈光间质之一，同时也是电离辐射敏感组织。当其接受单次大剂量或多次小剂量辐射照射后，将会产生辐射损伤导致眼晶体病变，形成晶体浑浊，更为严重的会发展成白内障。

为防止过量受照带来的风险，国际和国内都规定了相应的眼晶体剂量限值。近期国际权威组织(如国际原子能组织IAEA及国际辐射防护委员会ICRP)将眼晶体职业照射年剂量限值大幅降低，从原来的每年150mSv改为连续5年内年平均剂量不超过20mSv，并且任何单一年份内剂量当量不超过50mSv。这一重要变化使得对眼晶体的剂量监测和安全防护变得格外迫切和必要。

眼晶体剂量模型是计算眼晶体剂量、评价辐射风险、进行辐射防护的重要基础，它的结构、元素组成等因素直接影响着最终结果。

虽然现有技术中已经计算获得了眼晶体剂量，但所用的模型尺寸过大且不够精细。如使用人体程式化数学模型MIRD(medical internal protection dose committee)计算了眼晶体剂量，但MIRD模型只简单使用了两个圆柱体来代替眼睛，尺寸过大且没有任何精细结构，体现不出辐射敏感组织(眼晶体)。在MIRD模型之后，又采用体素模型(voxelphantom)来计算眼晶体外照射剂量，如ICRP 110号报告的体素模型。虽然体素模型相比MIRD模型有了较大进步，眼部有一定的精细结构，但由于体素体积相比眼晶体及其它眼部组织过大，因此将会导致剂量高估。因此眼剂量计算模型长期以来没有得到细致深入地研究和开发。为了能准确估算眼晶体外照射剂量，需要针对眼晶体及其它眼部组织建立更为精细、尺寸更为真实的眼部模型。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种用于眼晶体剂量计算与评价的模型。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于眼晶体剂量计算与评价的模型，包括头部模型和眼球模型，头部模型上设有两个眼窝模型，用于分别安放左右两个眼球模型，所述头部模型从外到里依次为外部软组织模型、头骨模型及内部软组织模型，外部软组织模型代表皮肤、头骨模型代表头骨、内部软组织模型代表头骨内组织；

所述眼球模型包括眼睑模型、角膜模型、前室模型、晶状体模型、玻璃体模型、视网膜模型、脉络膜模型和巩膜模型；头部模型和眼球模型配备防护器具及辐射剂量计。

进一步，所述头部模型用于实现对辐射的散射和吸收，眼球模型用于实现眼晶体剂量的计算与统计分析。

进一步，所述头部模型整体形状为圆柱、椭圆柱、球形或立方体型。

进一步，所述头部模型整体形状为椭圆柱型。

进一步，建立椭圆柱型头部模型时，椭圆柱的长轴、短轴和头高分别为18.4cm、15.4cm和21.0cm；椭圆柱的长轴方向作为人脸正方向，椭圆柱的短轴方向作为头侧方向。

进一步，使用此模型进行眼晶体剂量计算与评价工作时，使用光子平行射束正向照射头部模型和眼球模型，通过计算与统计得到眼球模型的眼晶体上沉积的辐射剂量及不同深度处的剂量沉积情况；

进一步，在模型外附加防护器具或材料，同时使用光子平行射束正向照射头部模型和眼球模型，通过计算与统计得到眼球模型的眼晶体上沉积的辐射剂量及不同深度处的剂量沉积情况，进行辐射防护计算与验证工作。

本发明的有益效果为：本发明包含的眼球模型具有细致解剖结构，尺寸与真实眼球大小相当，各组织密度及元素比例来源于医学数据，有助于进一步完善眼晶体剂量精细计算、辐射风险评价及辐射防护优化工作。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的纵剖面图；

图3为本发明眼球模型的剖面图；

图4为通过光子平行束正向照射模型时的示意图；

图5为通过光子平行束正向照射模型时的剂量沉积变化图；

图6为通过光子平行束正向照射模型时眼晶体防护计算与验证的示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种用于眼晶体剂量计算与评价的模型，包括头部模型1和眼球模型2，头部模型1上设有两个眼窝模型3，用于分别安放左右两个眼球模型2，头部模型1从外到里依次为外部软组织模型11、头骨模型12及内部软组织模型13，外部软组织11模型代表皮肤、头骨模型12代表头骨、内部软组织模型13代表头骨内组织；

眼球模型2包括眼睑模型21、角膜模型22、前室模型23、晶状体模型24、玻璃体模型25、视网膜模型26、脉络膜模型27和巩膜模型28；头部模型1和眼球模型2配备防护器具4及辐射剂量计。

其中，头部模型1的主要功能是实现对辐射的散射与吸收。参考医学及辐射防护数据，可对头部模型1的形状、尺寸、密度和元素组成进行调整。如参考GB 10000-88《中国成年人人体尺寸》、中国成年男性参考人体素模型等资料，同时考虑辐射计算需求，建立了椭圆柱型头部模型，长轴、短轴和头高分别为18.4cm、15.4cm和21.0cm；长轴方向作为人脸正方向，短轴方向作为头侧方向；尺寸可参考实际情况进行调整；各组织材料可参考实际情况进行调整，各组织材料的密度和元素组成示例如表1所示；两个眼窝模型3左右对称的位于人脸正向两侧，中心高度为14.0cm；

眼球模型2具有细致解剖结构，可考虑辐射敏感性和计算效率等因素对眼球所包含的组织进行取舍；参考医学及辐射防护数据，可对各组织的形状、尺寸、密度和元素组成进行调整。如根据《眼科学》、国际辐射防护委员会ICRP报告、美国辐射防护委员会NCRP报告等资料，建立了图3所示的眼球模型。各个模型分别代表了眼睑、角膜、前室、晶状体、玻璃体、视网膜、脉络膜和巩膜等多种组织，各组织形状各异，并非标准对称几何体，各组织的典型体积及质量如表2所示，各组织材料的密度和元素组成示例如表1所示。

具体如下：

表1眼晶体剂量计算模型组织的元素组成和密度

表2眼晶体剂量计算模型部分组织的体积及质量

进一步，如图4，图5所示，使用此模型进行眼晶体剂量计算与评价工作时，使用光子平行射束5正向照射头部模型1和眼球模型2，通过辐射剂量计计算与统计得到眼球模型2的眼晶体上沉积的辐射剂量及不同深度处的剂量沉积情况；

进一步，如图6所示，在模型外附加防护器具4或材料，同时使用光子平行射束5正向照射头部模型1和眼球模型2，通过辐射剂量计计算与统计得到眼球模型2的眼晶体上沉积的辐射剂量及不同深度处的剂量沉积情况，进行辐射防护计算与验证工作。

本发明包含的眼球模型具有细致解剖结构，尺寸与真实眼球大小相当，各组织密度及元素比例来源于医学数据，有助于进一步完善眼晶体剂量精细计算、辐射风险评价及辐射防护优化工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。