基于多算法的放射源反演方法

摘要

本发明公开了一种放射源反演方法。即利用水箱或者其他辐射剂量学测量设备测得PDD曲线，通过本方法反演得到高精度的放射源信息——光子能谱，或者质子能谱，或者电子能谱与光子污染等放射源信息。使用本发明具有如下优点：可同时实现重建放射源的光子能谱、电子能谱、质子能谱与光子污染等多种放射源信息；克服传统能谱计算方法不能获得精确多种放射源信息的缺点；获得精确的放射源能谱的同时，还可以获得光子污染等信息；为剂量计算提供正确的放射源信息；可以获得离散的或者连续的能谱与光子污染能谱信息；采用多种算法实现精确的放射源，克服传统单一算法不能保证能谱反演有解的问题。

主权项

基于多算法的放射源反演方法，其特征在于通过如下步骤实现：第一步，获得单能深度剂量曲线，单能深度剂量曲线是通过国际公开使用的蒙特卡罗程序模拟单向垂直入射水箱或者其他测量介质的放射源‑‑放射源包括：放射性同位素产生的α、β、γ射线，以及各类X射线机或由加速器产生的X射线、电子线、质子束，在10cm×10cm射野或者其他射野大小能量沉积获得‑‑由于电子平衡的影响，射野较大会更好，而小野会带来一定的计算误差；能量间隔从0到60MeV或者更大能量；第二步，利用三维水箱或者其他测量介质测量获取百分深度剂量曲线：把放射源机头和机架角度调整到0度，水箱或者其他测量介质放置在水平地面，中心点与机头中心点连线垂直于水平地面，机头开野大小设置为10cm×10cm射野或者其他射野大小‑‑由于电子平衡的影响，射野较大会更好，而小野会带来一定的计算误差；利用放射源的电离室探头或者其他测量仪器按照一定的深度间隔扫描；第三步，放射源反演；(1)采用如下的数学模型实现： Minσ = 1 m - ( N + 4 ) Σ j m [ D ′ ( z j ) - D ( z j ) ] 2 - - - ( 1 ) 其中，D′(zj)为根据反演出来的能谱重建出来的百分深度剂量曲线曲线； D ( z ) = Σ i = 1 N | a i | D ( E i , z ) + | D c | ( e - | μ p | z - | v | e - | μ e | z ) ; σ为均方根误差(Root Mean Squared Error)；m为用于拟合时的测量百分深度剂量曲线数据个数；N+4为需要拟合的系数个数；N为能群的个数；D(Ei，z)为能量为Ei的深度剂量曲线；能谱为Φ(E)＝|ai|；其中ai是常系数或者是带有待定系数的经验公式；Dc为归一化系数；μp为伴随射线入射的高能散射光平均衰减系数；μe为在轫致辐射光子和次级光子衰减系数；v为与入射表面剂量有关的系数。(2)放射源信息反演：通过利用传统成熟的非线性反演算法包括：C1：Levenberg‑Marquardt；C2：Quasi‑Newton；C3：Gradient；C4：Conjugate‑Gradient；C5：Newton；C6：Principal‑Axis；C7：NMinimize，根据已知的测量百分深度剂量曲线D(z)和单能百分深度剂量曲线D(E，z)，进行数据拟合求得能谱以及光子污染分布函数 P ( z ) = D c ( e - μ p z - ve - μ e z ) ; 第四步，多算法结果比较；根据以上提到的反演算法的计算结果：能谱与光子污染，以及对应的均方根误差，综合评价最优的计算结果；综合评价方法如下：测量百分深度剂量曲线与根据反演所得能谱反演计算D(z)对比；选取计算D(z)与测量百分深度剂量曲线在“建成”区附近的均方根误差比较小，采用公式(1)计算误差，并且总的均方根误差比较小的计算结果；第五步，最优结果输出与显示；将以上比较的最优结果同时以图像以及数据的形式输出。