质子治疗计划系统核心技术研发

发布时间：2024-03-09 21:06

　　质子放疗由于质子束在组织中深度剂量曲线的布拉格峰特性,近年来在国内外发展迅速。目前,商用的质子治疗计划系统完全被国外厂商的垄断。开发具有自主知识产权的国产质子治疗计划系统能摆脱对国外厂商的依赖,造福国内的癌症患者。质子调强放疗治疗计划系统的研发主要面临三个技术问题:1)扫描点众多导致寻找最优扫描路径的难度大,优化时间较长;2)完成剂量优化的时间长,效率低;3)质子笔形束剂量计算在面对解剖结构较复杂的肿瘤时,比如肺和头颈部肿瘤,剂量精度低。本论文的研究目标是弥补我国在开发具有自主知识产权的国产质子治疗计划系统方面的不足,针对质子调强放疗治疗计划的核心技术进行研发并解决上述问题。首先,本论文开发了基于模拟退火算法的质子调强放疗扫描路径优化方法,利用GPU并行计算技术加速优化过程,并实现各能量层的扫描路径的同时优化,从而显著提升扫描路径优化的速度。四个临床病例扫描路径优化测试结果显示,优化后病例的扫描路径长度分别降低30.0%、22.6%、55.4%和62.6%,优化时间分别为0.217s,0.249s,0.173s和0.176s。本文方法实现了快速有效的扫描路径优化,使治疗计划的质量得以提...

【文章页数】：101 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1几种常见粒子的剂量深度曲线

质子治疗计划系统核心技术研发4的RBE是要大于光子的，因而在相同的剂量下，质子治疗对癌细胞造成的损伤理论上要强于光子治疗[15]。图1.1几种常见粒子的剂量深度曲线1.2.3质子治疗的照射方法无论是通过同步加速器或是回旋加速器来加速质子束，质子束在被引出时都是束斑尺寸很小（通常只....

图1.2质子治疗的照射方法：被动散射式和主动扫描式

第一章绪论5按照照射方法进行分类，质子治疗主要分为两类：被动散射式和主动扫描式[5,17,18]。被动散射和扫描照射是束流进行横向拓展的常用方法。质子束经过加速器加速，通过束流引出系统引出后，还需要一个束流控制装置使得引出的束流能符合治疗计划的要求。这个通常安装在固定机架或者旋转....

图2.1典型的CPU与GPU的异构计算架构示意图

质子治疗计划系统核心技术研发13图2.1典型的CPU与GPU的异构计算架构示意图2007年6月23日，NVIDIA公司发布了基于GPGPU的编程模型统一计算设备架构(ComputeUnifiedDeviceArchitecture,CUDA)[35]。NVIDIAG80成为全球首....

图2.2CUDA编程中的存储器模型示意图

质子治疗计划系统核心技术研发（LocalMemory）、共享内存（SharedMemory）、全局内存（GlobalMemory）、纹理内存（TextureMemory）和常量内存等[47]。图2.2展示了CUDA编程中的存储器模型示意图。

本文编号：3923933