質子放療由于質子束在組織中深度劑量曲線的布拉格峰特性,近年來在國內外發(fā)展迅速。目前,商用的質子治療計劃系統(tǒng)完全被國外廠商的壟斷。開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)質子治療計劃系統(tǒng)能擺脫對國外廠商的依賴,造福國內的癌癥患者。質子調強放療治療計劃系統(tǒng)的研發(fā)主要面臨三個技術問題:1)掃描點眾多導致尋找最優(yōu)掃描路徑的難度大,優(yōu)化時間較長;2)完成劑量優(yōu)化的時間長,效率低;3)質子筆形束劑量計算在面對解剖結構較復雜的腫瘤時,比如肺和頭頸部腫瘤,劑量精度低。本論文的研究目標是彌補我國在開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)質子治療計劃系統(tǒng)方面的不足,針對質子調強放療治療計劃的核心技術進行研發(fā)并解決上述問題。首先,本論文開發(fā)了基于模擬退火算法的質子調強放療掃描路徑優(yōu)化方法,利用GPU并行計算技術加速優(yōu)化過程,并實現(xiàn)各能量層的掃描路徑的同時優(yōu)化,從而顯著提升掃描路徑優(yōu)化的速度。四個臨床病例掃描路徑優(yōu)化測試結果顯示,優(yōu)化后病例的掃描路徑長度分別降低30.0%、22.6%、55.4%和62.6%,優(yōu)化時間分別為0.217s,0.249s,0.173s和0.176s。本文方法實現(xiàn)了快速有效的掃描路徑優(yōu)化,使治療計劃的質量得以提...

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.1幾種常見粒子的劑量深度曲線

質子治療計劃系統(tǒng)核心技術研發(fā)4的RBE是要大于光子的，因而在相同的劑量下，質子治療對癌細胞造成的損傷理論上要強于光子治療[15]。圖1.1幾種常見粒子的劑量深度曲線1.2.3質子治療的照射方法無論是通過同步加速器或是回旋加速器來加速質子束，質子束在被引出時都是束斑尺寸很小（通常只....

圖1.2質子治療的照射方法：被動散射式和主動掃描式

第一章緒論5按照照射方法進行分類，質子治療主要分為兩類：被動散射式和主動掃描式[5,17,18]。被動散射和掃描照射是束流進行橫向拓展的常用方法。質子束經(jīng)過加速器加速，通過束流引出系統(tǒng)引出后，還需要一個束流控制裝置使得引出的束流能符合治療計劃的要求。這個通常安裝在固定機架或者旋轉....

圖2.1典型的CPU與GPU的異構計算架構示意圖

質子治療計劃系統(tǒng)核心技術研發(fā)13圖2.1典型的CPU與GPU的異構計算架構示意圖2007年6月23日，NVIDIA公司發(fā)布了基于GPGPU的編程模型統(tǒng)一計算設備架構(ComputeUnifiedDeviceArchitecture,CUDA)[35]。NVIDIAG80成為全球首....

圖2.2CUDA編程中的存儲器模型示意圖

質子治療計劃系統(tǒng)核心技術研發(fā)（LocalMemory）、共享內存（SharedMemory）、全局內存（GlobalMemory）、紋理內存（TextureMemory）和常量內存等[47]。圖2.2展示了CUDA編程中的存儲器模型示意圖。

本文編號：3923933