基于GPU的快速劑量計(jì)算方法.pdf

1、放射治療是目前治療惡性腫瘤的主要手段之一，放射治療計(jì)劃的快速制定具有很現(xiàn)實(shí)的意義。而劑量計(jì)算是放射治療計(jì)劃的核心，劑量計(jì)算的速度與精度，對(duì)放射治療計(jì)劃制定的效率和質(zhì)量具有重要影響。
　　常用的劑量計(jì)算方法有蒙特卡羅法、筆形束法和卷積疊加算法。蒙特卡羅方法的計(jì)算精度較高，但耗時(shí)很長(zhǎng);筆形束法的計(jì)算速度比蒙特卡羅方法快，但精度較低;卷積疊加算法的計(jì)算速度比蒙特卡羅方法快，同時(shí)精度比筆形束法高，其中一種改進(jìn)的卷積疊加算法，即Collap

2、sedCone卷積疊加算法(Collapsed Cone Convolution/Superposition，CCCS)降低了計(jì)算復(fù)雜度，計(jì)算速度獲得較大提高，但實(shí)際應(yīng)用特別是調(diào)強(qiáng)放射治療(Intensity Modulated Radiotherapy,IMRT)治療計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)，其計(jì)算速度還有待于進(jìn)一步提高。
　　能譜是CCCS劑量計(jì)算的重要參數(shù)之一。醫(yī)用直線加速器高能射束能譜的直接測(cè)量很困難，根據(jù)百分深度劑量的測(cè)量數(shù)據(jù)，本文提

3、出利用模擬退火優(yōu)化算法對(duì)光子束能譜進(jìn)行重建，并利用蒙特卡羅軟件對(duì)光子束能譜進(jìn)行模擬，對(duì)模擬退火法重建的光子束能譜進(jìn)行評(píng)估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明利用模擬退火算法進(jìn)行光子束能譜重建可靠有效。
　　在放射治療計(jì)劃制定過(guò)程中，計(jì)劃優(yōu)化過(guò)程需要反復(fù)進(jìn)行劑量計(jì)算，為了提高治療計(jì)劃的優(yōu)化速度，CCCS算法的計(jì)算速度依然需要大幅提高以滿足實(shí)際臨床的需要。近年來(lái)圖形處理器(Graphics Processing Units，GPU)以高并行度、高浮點(diǎn)處理能

4、力，在各個(gè)領(lǐng)域得到快速發(fā)展，并開(kāi)始應(yīng)用在劑量計(jì)算和治療計(jì)劃優(yōu)化方面。本文提出利用GPU對(duì)CCCS算法的四個(gè)核心模塊進(jìn)行加速計(jì)算，采用計(jì)算統(tǒng)一設(shè)備架構(gòu)(Compute Unified Device Architecture，CUDA)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境是Windows7系統(tǒng)、Visual Studio2010開(kāi)發(fā)平臺(tái)，CUDA4.1環(huán)境，型號(hào)為NVIDIA QuadroFX380 LP、計(jì)算能力為1.2的GPU。
　　為了評(píng)估基于GPU加速