基于笔形束核的快速剂量计算方法研究
发布时间：2021-10-19 15:11
放射治疗技术是目前恶性肿瘤的一种局部治疗手段,广泛应用于临床医学治疗。精准快速的剂量计算过程是放射治疗计划系统具有可行性的必要条件。针对传统笔形束核剂量计算过程复杂,速度较慢的问题,本课题提出一种减少算法复杂度的快速剂量计算方法,并对该方法中比较复杂的等效深度计算和剂量叠加部分进行GPU加速。在计算精度基本一致的情况下,加快了剂量计算的速度。本文的主要研究内容如下:（1）基于笔形束核的剂量计算新方法研究。传统的笔形束核剂量算法以能量沉积点为中心来计算剂量分布,大量的时间用来计算不同射束的能量核轴线与体素的相交情况,计算过程复杂,速度较慢。因此,本文提出一种新算法,即在球壳坐标系下,利用射束在不同球壳层的碰撞点处轴线与体素相交情况的相似性,以碰撞点为中心计算剂量分布。首先利用模体和能谱信息得到笔形束核深度分量和侧向分量的相关参数,同时提前计算射野范围内每条射束在初始球壳层碰撞点处不同方向轴线与体素的相交情况。其次将初始球壳层深度与其它球壳层深度的比值作为校正因子得到其他层碰撞点处轴线与体素的相交情况。最后在球壳坐标系中计算不同射束在碰撞点处的剂量分布。实验结果表明,与传统笔形束核剂量算法...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 放射治疗
1.2.2 剂量计算
1.2.3 GPU在放疗中的应用
1.3 研究内容及结构安排
第二章 放射治疗基础理论介绍
2.1 放射治疗背景
2.2 放射治疗计划系统
2.3 剂量计算方法介绍
2.3.1 能量沉积物理过程
2.3.2 剂量计算算法分类
2.3.3 基于核模型的剂量计算分类
2.4 本章小结
第三章 剂量计算新方法
3.1 笔形束剂量计算
3.2 基于笔形束核的剂量计算新方法
3.2.1 获取核函数
3.2.2 剂量计算
3.2.3 改进算法
3.3 实验结果讨论与分析
3.3.1 实验材料
3.3.2 水模体结果
3.3.3 肺阻块模体和骨阻块模体结果
3.4 本章小结
第四章 GPU加速新算法
4.1 GPU在剂量计算中的应用
4.2 GPU加速在本文算法中的应用
4.2.1 GPU加速新算法
4.2.2 实验结果与分析
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 工作总结
5.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于笔形束核的快速剂量计算方法[J]. 毛凯娜,张鹏程,桂志国. 中国医学物理学杂志. 2019(12)
[2]放射肿瘤学的进展与未来[J]. 李涛,郎锦义. 肿瘤预防与治疗. 2019(01)
[3]2015年中国恶性肿瘤流行情况分析[J]. 郑荣寿,孙可欣,张思维,曾红梅,邹小农,陈茹,顾秀瑛,魏文强,赫捷. 中华肿瘤杂志. 2019 (01)
[4]动态调强精准放射治疗计划系统KylinRay-IMRT的研发及验证[J]. 吴宜灿,曹瑞芬,胡丽琴,龙鹏程,贾婧,郑华庆,宋钢,宋婧,何桃,程梦云,汪冬,汪晖,江河,赵锦波,王永亮,金雏凤,FDS团队. 中国医疗器械杂志. 2018(01)
[5]中国放疗三十年回顾、思考与展望[J]. 郎锦义. 肿瘤预防与治疗. 2017(01)
[6]AXB算法与AAA算法在直肠癌VMAT放射治疗中的剂量学差异[J]. 黎旦,宾石珍,程品晶,单冬勇,成树林,张俊俊. 肿瘤学杂志. 2017(02)
[7]放射治疗设备与技术的最新进展及应用[J]. 王大虎. 医疗装备. 2016(18)
[8]Acuros XB、各向异性解析算法与蒙特卡罗算法在非均匀组织中剂量计算准确性对比研究[J]. 吕晓平,张艺宝,吴昊,岳海振. 中国医学物理学杂志. 2016(04)
[9]用CUDA实现放射治疗中剂量的快速计算[J]. 王先良,刘操,侯氢. 生物医学工程学杂志. 2011(05)
[10]三维放射治疗计划系统的研究[J]. 李建东,张铁,康雁,王中文. 小型微型计算机系统. 2009(07)
博士论文
[1]调强放射治疗方案优化方法研究[D]. 杨婕.中北大学 2018
[2]基于GPU的高性能并行算法研究[D]. 白洪涛.吉林大学 2010
硕士论文
[1]精准放射治疗中肺部剂量特性及非均匀修正方法研究[D]. 李洁.中国科学技术大学 2019
[2]应用第三方计划系统验算放疗计划的可行性研究[D]. 唐慧敏.南华大学 2016
[3]基于GPU的快速剂量计算方法[D]. 刘娟.南京航空航天大学 2013
[4]基于笔射束核阵列的三维适形放射治疗剂量计算方法研究[D]. 吕健.南方医科大学 2011
[5]CUDA平台上的CPU/GPU异步计算模式[D]. 姚平.中国科学技术大学 2010
[6]CUDA在高性能计算中的应用[D]. 田力.浙江大学 2008
本文编号：3445109
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 放射治疗
1.2.2 剂量计算
1.2.3 GPU在放疗中的应用
1.3 研究内容及结构安排
第二章 放射治疗基础理论介绍
2.1 放射治疗背景
2.2 放射治疗计划系统
2.3 剂量计算方法介绍
2.3.1 能量沉积物理过程
2.3.2 剂量计算算法分类
2.3.3 基于核模型的剂量计算分类
2.4 本章小结
第三章 剂量计算新方法
3.1 笔形束剂量计算
3.2 基于笔形束核的剂量计算新方法
3.2.1 获取核函数
3.2.2 剂量计算
3.2.3 改进算法
3.3 实验结果讨论与分析
3.3.1 实验材料
3.3.2 水模体结果
3.3.3 肺阻块模体和骨阻块模体结果
3.4 本章小结
第四章 GPU加速新算法
4.1 GPU在剂量计算中的应用
4.2 GPU加速在本文算法中的应用
4.2.1 GPU加速新算法
4.2.2 实验结果与分析
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 工作总结
5.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于笔形束核的快速剂量计算方法[J]. 毛凯娜,张鹏程,桂志国. 中国医学物理学杂志. 2019(12)
[2]放射肿瘤学的进展与未来[J]. 李涛,郎锦义. 肿瘤预防与治疗. 2019(01)
[3]2015年中国恶性肿瘤流行情况分析[J]. 郑荣寿,孙可欣,张思维,曾红梅,邹小农,陈茹,顾秀瑛,魏文强,赫捷. 中华肿瘤杂志. 2019 (01)
[4]动态调强精准放射治疗计划系统KylinRay-IMRT的研发及验证[J]. 吴宜灿,曹瑞芬,胡丽琴,龙鹏程,贾婧,郑华庆,宋钢,宋婧,何桃,程梦云,汪冬,汪晖,江河,赵锦波,王永亮,金雏凤,FDS团队. 中国医疗器械杂志. 2018(01)
[5]中国放疗三十年回顾、思考与展望[J]. 郎锦义. 肿瘤预防与治疗. 2017(01)
[6]AXB算法与AAA算法在直肠癌VMAT放射治疗中的剂量学差异[J]. 黎旦,宾石珍,程品晶,单冬勇,成树林,张俊俊. 肿瘤学杂志. 2017(02)
[7]放射治疗设备与技术的最新进展及应用[J]. 王大虎. 医疗装备. 2016(18)
[8]Acuros XB、各向异性解析算法与蒙特卡罗算法在非均匀组织中剂量计算准确性对比研究[J]. 吕晓平,张艺宝,吴昊,岳海振. 中国医学物理学杂志. 2016(04)
[9]用CUDA实现放射治疗中剂量的快速计算[J]. 王先良,刘操,侯氢. 生物医学工程学杂志. 2011(05)
[10]三维放射治疗计划系统的研究[J]. 李建东,张铁,康雁,王中文. 小型微型计算机系统. 2009(07)
博士论文
[1]调强放射治疗方案优化方法研究[D]. 杨婕.中北大学 2018
[2]基于GPU的高性能并行算法研究[D]. 白洪涛.吉林大学 2010
硕士论文
[1]精准放射治疗中肺部剂量特性及非均匀修正方法研究[D]. 李洁.中国科学技术大学 2019
[2]应用第三方计划系统验算放疗计划的可行性研究[D]. 唐慧敏.南华大学 2016
[3]基于GPU的快速剂量计算方法[D]. 刘娟.南京航空航天大学 2013
[4]基于笔射束核阵列的三维适形放射治疗剂量计算方法研究[D]. 吕健.南方医科大学 2011
[5]CUDA平台上的CPU/GPU异步计算模式[D]. 姚平.中国科学技术大学 2010
[6]CUDA在高性能计算中的应用[D]. 田力.浙江大学 2008
本文编号：3445109
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