本文關(guān)鍵詞：DPM程序并行化及在調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃系統(tǒng)應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前我國(guó)癌癥死亡已位居各類死因的第一位,在世界上每年有近1000萬(wàn)新發(fā)癌癥患者,僅中國(guó)每年有約200萬(wàn)新發(fā)癌癥患者,其中約150萬(wàn)人死于癌癥,癌癥正成為新世紀(jì)第一殺手。放射治療、手術(shù)治療和化學(xué)治療是治療惡性腫瘤的三大手段,至少70%的腫瘤病人需要接受不同程度的放射治療。 調(diào)強(qiáng)適形放射治療(IMRT)是在三維適形放射治療(3D-CRT)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的精確放療技術(shù),該技術(shù)大大提高了惡性腫瘤的控制率,同時(shí)最大程度地降低正常組織并發(fā)癥發(fā)生率,是目前臨床上應(yīng)用最廣的放射治療技術(shù)之一。放療過(guò)程中病人受照劑量的快速精確模擬與驗(yàn)證是保證放療療效的重要因素。 本論文基于MPI并行技術(shù)實(shí)現(xiàn)了蒙特卡羅程序DPM的并行化,實(shí)現(xiàn)了調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃中基于蒙特卡羅程序DPM的快速精確的劑量驗(yàn)證功能。研究并修改了DPM程序的隨機(jī)數(shù)使用方式及能量沉積公式,使DPM串行程序具有良好的并行性。DPM并行化的主要流程是：首先,主處理器讀取DPM輸入文件信息并播發(fā)這些輸入文件信息,根據(jù)總進(jìn)程數(shù)動(dòng)態(tài)分配每個(gè)處理器的計(jì)算任務(wù)(模擬粒子數(shù))和隨機(jī)數(shù)；其次,從處理器讀取輸入文件信息,完成系統(tǒng)的初始化,開始粒子抽樣及輸運(yùn)過(guò)程,并將體模中的能量沉積信息寫入緩沖池；最后,從處理器將體模中的能量沉積信息歸并到主處理器中的能量沉積函數(shù),主處理器實(shí)現(xiàn)體模中所有沉積能量的后處理,最終得到體模中感興趣區(qū)域的劑量沉積信息并輸出結(jié)果。 通過(guò)對(duì)比測(cè)試均勻水模和臨床病例發(fā)現(xiàn),DPM并行程序的計(jì)算結(jié)果與串行程序的劑量計(jì)算結(jié)果一致,可以用并行程序的劑量計(jì)算結(jié)果代替串行程序的劑量計(jì)算結(jié)果。而計(jì)算時(shí)間方面,并行程序的加速比與所用的計(jì)算核數(shù)目基本呈線性關(guān)系。在目前高性能工作站上,將DPM并行程序應(yīng)用于臨床放療計(jì)劃系統(tǒng)中進(jìn)行劑量驗(yàn)證,通�？梢栽趲追昼妰�(nèi)精確得到臨床病人接受放療計(jì)劃后的三維劑量分布,在計(jì)算精度滿足臨床劑量計(jì)算要求的前提下,大幅提高了DPM程序的計(jì)算速度,對(duì)于DPM程序應(yīng)用于臨床放療計(jì)劃系統(tǒng)中進(jìn)行劑量驗(yàn)證具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：精確放射治療 劑量計(jì)算 蒙特卡羅程序DPM 并行化
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R730.55
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 引言9-17
• 1.1 研究背景9
• 1.2 放射治療的發(fā)展9-12
• 1.2.1 三維適形放射治療10-11
• 1.2.2 調(diào)強(qiáng)適形放射治療11-12
• 1.3 劑量計(jì)算方法簡(jiǎn)介12-15
• 1.3.1 確定論計(jì)算方法12-14
• 1.3.2 蒙特卡羅方法14-15
• 1.4 精確放射治療系統(tǒng)ARTS簡(jiǎn)介15
• 1.5 研究?jī)?nèi)容及意義15-17
• 第二章 DPM計(jì)算程序和MPI并行設(shè)計(jì)方法介紹17-25
• 2.1 DPM源程序簡(jiǎn)介17-18
• 2.2 DPM程序通用性改進(jìn)18-22
• 2.2.1 DPM程序功能劃分18-19
• 2.2.2 真實(shí)人體模型建模19-20
• 2.2.3 照射源模型的改進(jìn)20-22
• 2.3 MPI并行編程技術(shù)介紹22-24
• 2.3.1 并行編程技術(shù)簡(jiǎn)介22
• 2.3.2 物理問(wèn)題在并行機(jī)上的求解22-23
• 2.3.3 MPI并行程序設(shè)計(jì)23-24
• 2.4 小結(jié)24-25
• 第三章 DPM并行設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)25-41
• 3.1 DPM并行化可行性分析25-27
• 3.1.1 隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器分析25-26
• 3.1.2 粒子輸運(yùn)過(guò)程分析26-27
• 3.2 DPM程序并行化設(shè)計(jì)27-32
• 3.2.1 劑量計(jì)算結(jié)果后處理27-28
• 3.2.2 隨機(jī)數(shù)使用方式修改28-30
• 3.2.3 DPM程序并行化流程圖30-32
• 3.3 DPM程序并行化實(shí)現(xiàn)32-34
• 3.3.1 DPM程序計(jì)算流程32
• 3.3.2 DPM并行實(shí)現(xiàn)步驟32-34
• 3.4 DPM并行程序測(cè)試34-40
• 3.4.1 計(jì)算精度測(cè)試34-39
• 3.4.2 加速比分析39-40
• 3.5 小結(jié)40-41
• 第四章 DPM并行程序在調(diào)強(qiáng)適形放療計(jì)劃系統(tǒng)中應(yīng)用41-51
• 4.1 三維適形放療計(jì)劃應(yīng)用41-45
• 4.1.1 計(jì)算例題描述42-43
• 4.1.2 計(jì)算結(jié)果分析43-45
• 4.2 調(diào)強(qiáng)適形放療計(jì)劃應(yīng)用45-49
• 4.2.1 計(jì)算例題描述45-47
• 4.2.2 計(jì)算結(jié)果分析47-49
• 4.3 小結(jié)49-51
• 第五章 總結(jié)與展望51-53
• 5.1 總結(jié)51-52
• 5.1.1 研究?jī)?nèi)容總結(jié)51
• 5.1.2 論文主要貢獻(xiàn)51-52
• 5.2 展望52-53
• 參考文獻(xiàn)53-56
• 致謝56-57
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文57

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：424648