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问题 2
在利用 MRCP 体模分析 MCNP 模拟结果时，因数据量大易耗时出错。研究人员开发软件 DoseCV 处理输出数据，结合 POLY2TET 体模四面体化。结果显示多数靶组织误差＜5%，该工具为剂量计算提供高效准确支持。
问题 5
研究背景与意义
在辐射防护与医学物理领域，精准计算人体受辐射后的剂量分布至关重要。随着计算技术的发展，计算机体模（Computational Phantoms）逐渐成为模拟人体辐射响应的核心工具。早期的体模基于数学方程和几何形状构建，分辨率有限，难以真实再现人体细微结构。20 世纪 80 年代后，基于医学影像的体素化体模（Voxelized Phantoms）提升了内部结构的细节，但受限于体素分辨率，仍无法刻画微小器官。21 世纪以来，网格型参考计算体模（Mesh-type Reference Computational Phantoms, MRCP）应运而生，它通过将国际辐射防护委员会（ICRP）发布的传统体模（如 ICRP Publication 110 中的体模）转换为高分辨率多边形网格（Polygonal Mesh, PM），不仅能逼真呈现人体器官形态，甚至可模拟不同姿势（如坐姿、蹲姿）和体型特征（体重、身高）的个体，为辐射剂量计算提供了更贴近真实的模型。
然而，蒙特卡罗 N 粒子输运程序（Monte Carlo N-Particle, MCNP）作为主流的辐射输运模拟工具，无法直接兼容多边形网格体模，需通过四面体化（Tetrahedralization）将其转换为四面体网格（Tetrahedral Mesh, TM）体模以确保兼容性。此外，高分辨率 MRCP 体模在 MCNP 模拟中会生成海量数据，传统手动处理方式耗时且易出错，成为制约研究效率和准确性的瓶颈。为此，汉阳大学辐射工程实验室（HUREL）的研究团队开展了相关研究，旨在开发一款自动化工具，简化数据处理流程，提升数值剂量学（Numerical Dosimetry）研究的效率与可靠性。该研究成果发表在《Applied Radiation and Isotopes》，为辐射防护、放射治疗、核医学等领域提供了重要的技术支撑。
关键技术方法
研究主要采用以下关键技术：
- POLY2TET 软件：由汉阳大学核工程系开发，基于 TetGen 1.5.1 源代码，用于将 MRCP 的多边形网格体模（OBJ 格式）四面体化，并生成适用于 MCNP、Geant4、PHITS 等辐射输运代码的输入文件，确保体模与 MCNP 的兼容性。
- DoseCV 软件：本研究开发的核心工具，用于自动化处理 MCNP 模拟输出数据，可计算剂量系数（Dose Coefficient, DC）、等效剂量转换系数（Conversion Coefficient for Equivalent Dose, CC [HT]）、有效剂量转换系数（Conversion Coefficient for Effective Dose, CC [E]）、等效剂量（Equivalent Dose, HT）和有效剂量（Effective Dose, E），并支持与 ICRP 参考数据的对比分析。
- 数据验证方法：将模拟所得剂量系数与 ICRP Publication 116 中的参考数据进行对比，验证 DoseCV 计算结果的准确性，重点分析不同能量光子束照射下 MRCP-AF（成年女性体模）和 MRCP-AM（成年男性体模）各靶组织的误差范围。
研究结果
MRCP 体模特性
ICRP 发布的 MRCP 体模（MRCP-AF 和 MRCP-AM）包含四面体化的 Abaqus 格式文件和可通过 Blender 等 3D 软件编辑的 OBJ 格式文件。其高分辨率网格可精确再现人体器官结构，且具备良好的可变形性，支持不同场景下的剂量模拟，为辐射输运研究提供了灵活且真实的模型基础。
剂量系数计算与验证
通过 MCNP 模拟不同能量（6 种模拟能量）的平行矩形单能光子束从前向后照射体模的场景，利用 DoseCV 处理输出数据并计算剂量系数。结果显示：
- 对于 MRCP-AF 的靶组织，88.9% 的数据与 ICRP Publication 116 参考值的误差小于 5%；
- 对于 MRCP-AM 的靶组织，76.7% 的数据误差小于 5%，表明 DoseCV 的计算结果与参考数据具有较高的一致性，验证了其准确性和可靠性。
与现有研究的对比
研究对比了本实验模拟结果、ICRP Publication 116 数据及 Han 等人（2019）利用 POLY2TET 所得结果，发现三者在肝脏等组织的剂量系数值上具有较好的吻合性，进一步证明了 POLY2TET 与 DoseCV 联用在数据处理中的有效性。
研究结论与讨论
本研究成功开发了 DoseCV 软件，结合 POLY2TET 实现了 MRCP 体模在 MCNP 模拟中的高效数据处理流程。实验结果表明，该工具链能显著减少手动处理数据的时间和误差，其计算的剂量系数与 ICRP 参考数据高度吻合，为辐射防护、放射治疗等领域的剂量评估提供了自动化、高精度的解决方案。
对于数值剂量学领域的研究人员和学生而言，DoseCV 不仅是优化研究工作流的实用工具，更是学习蒙特卡罗剂量学方法的教育资源。其支持多种剂量参数计算（如 HT、E）的功能，可广泛应用于放疗计划设计、核医学辐射安全评估等场景，有助于推动辐射防护研究的标准化和高效化。未来，随着 MRCP 体模的进一步普及和计算技术的发展，DoseCV 有望在更多复杂场景中发挥关键作用，助力提升辐射剂量评估的准确性和可及性。
