一种人体辐射剂量测算方法、存储介质及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种人体辐射剂量测算方法，包括步骤：根据人体真实姿态及动作，获取关键点的三维坐标；利用关节点的三维坐标数据建立人体面元模型；将人体面元模型进行四面体切割，以将其转化为四面体空间网格；建立辐射场景模型，并将转化后的四面体空间网格放入辐射场景模型内，实现剂量计算。本发明专利技术还提供一种存储介质及人体辐射剂量测算系统，采用一种人体辐射剂量测算方法、存储介质及系统可实现核辐射条件下受照人体的4D剂量计算，大幅提高剂量计算精度。算精度。算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种人体辐射剂量测算方法、存储介质及系统


[0001]本专利技术属于辐射防护领域，具体涉及一种人体辐射剂量测算方法、存储介质及系统。

技术介绍

[0002]人体辐射剂量计算是评价核辐射所致人体剂量的关键手段，是评估受照个体所受辐射伤害的重要方法。相较于实际剂量测量，辐射剂量计算能给出人体全身任意处所受剂量，且空间分辨率高，同时，计算过程不受限于现场测量条件，可以实现对未开展的辐射作业进行剂量预测和对未及时测量的辐射事故进行剂量重建，因此在核设施运行、核事故应急等场景下的人体辐射防护中有重要和广泛的应用。
[0003]此前，受限于人体数字模型技术，所使用的人体数字体素模型仅能实现3D人体辐射剂量计算，只能给出静态人体全身剂量分布结果。然而在实际受照过程中人体往往伴随各种姿态、动作，而不仅仅是处于直立静止状态。当核辐射强度较弱、辐射分布较均匀时，人体直立静止状态下的剂量计算结果或许能满足人体辐射防护需求，但当辐射较强、辐射高度不均匀时，例如在核事故条件下，人体姿态对剂量结果影响很大。有研究表明，在事故条件下，3D静态辐射剂量计算结果可能严重低估某些器官剂量，如性腺剂量在极端情况下会被低估高达两个数量级。因此，亟需一种能够实现对动态人体进行精确剂量计算的方法，在这里将这种区别于传统3D计算模式、与动态人体关联的方法称为4D剂量计算方法。
[0004]近期一种全新的基于表面约束几何的人体数字面元计算模型被开发出来，为4D剂量计算提供了可能。面元模型同时具备可姿态调整和高分辨率两方面优势：模型所有部分均可以进行移动、变形，可人为改变模型姿态，实现与实际人体一致的模型姿态；同时，模型的空间分辨率没有下限，并保证这些结构的轮廓光滑性。尽管如此，如何实现面元模型的变形、如何使面元模型复现人体真实姿态、动作、面元模型如何进行剂量计算均是实现基于面元模型的4D辐射剂量计算的关键科学问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种人体辐射剂量测算方法、存储介质及系统，实现核辐射条件下受照人体的4D剂量计算，大幅提高剂量计算精度。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种人体辐射剂量测算方法，包括步骤：根据人体真实姿态及动作，获取关键点的三维坐标；利用关节点的三维坐标数据建立人体面元模型；将人体面元模型进行四面体切割，以将其转化为四面体空间网格；建立辐射场景模型，并将转化后的四面体空间网格放入辐射场景模型内，实现剂量计算。
[0007]进一步，所述人体真实姿态及动作通过动作捕捉技术进行捕捉并实时记录，以对人体关键点的时序坐标进行记录。
[0008]进一步，所述关键点为人体的关节点。
[0009]进一步，所述建立人体面元模型包括对模型骨骼变形、对人体软组织变形及对内
部器官变形。
[0010]进一步，所述人体软组织变形采用体积图拉普拉斯算子法，所述内部器官变形使用近似刚体变形算法。
[0011]进一步，所述四面体切割采用Delaunay算法。
[0012]本专利技术还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种人体辐射剂量测算方法。
[0013]本专利技术还提供一种人体辐射剂量测算系统，包括：姿态及动作获取单元，用于根据人体真实姿态及动作，获取关键点的三维坐标；面元模型建立单元，用于利用关键点的三维坐标数据建立人体面元模型；转化单元，用于将人体面元模型进行四面体切割，以将其转化为四面体空间网格；计算单元，用于建立辐射场景模型，并将转化后的四面体空间网格放入辐射场景模型内，实现剂量计算。
[0014]本专利技术的效果在于：针对当前核设施运行、核事故应急等条件下对人员精准防护的需求，解决数字模型对人体真实姿态精准复现、人体数字面元模型自动变形、面元模型高速计算等关键难题，实现核辐射条件下受照人体的4D剂量计算，大幅提高剂量计算精度。
附图说明
[0015]图1是本专利技术中一种人体辐射剂量测算方法的步骤流程图；
[0016]图2为四面体切割算法的步骤流程示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步描述。
[0018]如图1
‑
2所示，本专利技术提出了一种人体辐射剂量测算方法包括步骤：
[0019]S1，根据人体真实姿态及动作，获取关键点的三维坐标；
[0020]具体的，采用动作捕捉技术实现对人体真实姿态、动作的实时记录。动作捕捉是一种利用光学追踪等手段实现对人体关键点时序坐标记录的前沿技术，从追踪原理上包括机械式、声学式、电磁式、主动光学式和被动光学式等，根据捕捉到的人体真实姿态及动作，获取关节点的三维坐标，以为后续建立人体面元模型做准备。
[0021]进一步地，关键点为人体的关节点。
[0022]以一个具体实例作为说明，利用动作捕捉设备Kinect v2.0，在现场固定点架设该设备，则该设备利用视觉定位、识别等技术实现实时输出人体32个关节点的三维坐标(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),
…
,(x
32
,y
32
,z
32
)。
[0023]S2，利用关键点的三维坐标数据建立人体面元模型；
[0024]具体的，利用步骤S1中捕获的人体关键点(关节点)坐标可计算出人体各段骨骼的旋转角度。得到骨骼旋转角度后，即可实现对模型骨骼的变形。根据骨骼变形位置，接下来可依次实现对人体软组织、内部器官的变形。其中，为防止软组织在变形中出现破裂、自相交等情况，采用体积图拉普拉斯算子法(volumetric graph Laplacian,VGL)；同时为模拟内部器官的真实物理形变规律，采用近似刚体变形(as
‑
rigid
‑
as
‑
possible，ARAP)算法。
[0025]S3，将人体面元模型进行四面体切割，以将其转化为四面体空间网格；
[0026]具体的，面元模型由大量多边形面围成，直接对其进行辐射输运计算时，射线每一
步输运均需要与该几何体所有面进行位置比较才能确定其自身位置，从而使得计算速度非常慢，往往需要十几个小时，难以满足实际应用需求。为提高计算速度，采用将人体面元模型进行四面体切割的技术，将面元模型转化为四面体空间网格，这样在每一步射线输运时，该射线只需与所在四面体的四个面进行位置比较，从而大大提高了计算效率。
[0027]进一步，四面体切割算法采用Delaunay算法，Delaunay算法如图2所示。
[0028]S4，建立辐射场景模型，并将转化后的四面体空间网格放入辐射场景模型内，实现剂量计算；
[0029]具体的，建立现场辐射源项、输运空间等的数字模型，并将转化后的四面体空间网格放入辐射场景模型内，使用蒙特卡洛算法进行辐射输运计算，最终得到4D人体辐射剂量结果。
[0030本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人体辐射剂量测算方法，其特征在于，包括：根据人体真实姿态及动作，获取关键点的三维坐标；利用关键点的三维坐标数据建立人体面元模型；将人体面元模型进行四面体切割，以将其转化为四面体空间网格；建立辐射场景模型，并将转化后的四面体空间网格放入辐射场景模型内，实现剂量计算。2.如权利要求1所述的一种人体辐射剂量测算方法，其特征在于：所述人体真实姿态及动作通过动作捕捉技术进行捕捉并实时记录，以对人体关键点的时序坐标进行记录。3.如权利要求1所述的一种人体辐射剂量测算方法，其特征在：所述关键点为人体的关节点。4.如权利要求1所述的一种人体辐射剂量测算方法，其特征在于：所述建立人体面元模型包括对模型骨骼变形、对人体软组织变形及对内部器官变形。5.如权利要求4所述的一种人体辐射剂量测算方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵日，刘立业，刘兆行，梁润成，张静，刘鑫，陈法国，戴雨玲，令狐仁静，刘娜，王佳，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：