本文關鍵詞：DPM程序并行化及在調強放射治療計劃系統(tǒng)應用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前我國癌癥死亡已位居各類死因的第一位,在世界上每年有近1000萬新發(fā)癌癥患者,僅中國每年有約200萬新發(fā)癌癥患者,其中約150萬人死于癌癥,癌癥正成為新世紀第一殺手。放射治療、手術治療和化學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。 調強適形放射治療(IMRT)是在三維適形放射治療(3D-CRT)基礎上發(fā)展起來的精確放療技術,該技術大大提高了惡性腫瘤的控制率,同時最大程度地降低正常組織并發(fā)癥發(fā)生率,是目前臨床上應用最廣的放射治療技術之一。放療過程中病人受照劑量的快速精確模擬與驗證是保證放療療效的重要因素。 本論文基于MPI并行技術實現(xiàn)了蒙特卡羅程序DPM的并行化,實現(xiàn)了調強放療計劃中基于蒙特卡羅程序DPM的快速精確的劑量驗證功能。研究并修改了DPM程序的隨機數(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)總進程數(shù)動態(tài)分配每個處理器的計算任務(模擬粒子數(shù))和隨機數(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過程,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果。 通過對比測試均勻水模和臨床病例發(fā)現(xiàn),DPM并行程序的計算結果與串行程序的劑量計算結果一致,可以用并行程序的劑量計算結果代替串行程序的劑量計算結果。而計算時間方面,并行程序的加速比與所用的計算核數(shù)目基本呈線性關系。在目前高性能工作站上,將DPM并行程序應用于臨床放療計劃系統(tǒng)中進行劑量驗證,通�？梢栽趲追昼妰染_得到臨床病人接受放療計劃后的三維劑量分布,在計算精度滿足臨床劑量計算要求的前提下,大幅提高了DPM程序的計算速度,對于DPM程序應用于臨床放療計劃系統(tǒng)中進行劑量驗證具有重要意義。
【關鍵詞】：精確放射治療 劑量計算 蒙特卡羅程序DPM 并行化
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：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 調強適形放射治療11-12
• 1.3 劑量計算方法簡介12-15
• 1.3.1 確定論計算方法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簡介15
• 1.5 研究內容及意義15-17
• 第二章 DPM計算程序和MPI并行設計方法介紹17-25
• 2.1 DPM源程序簡介17-18
• 2.2 DPM程序通用性改進18-22
• 2.2.1 DPM程序功能劃分18-19
• 2.2.2 真實人體模型建模19-20
• 2.2.3 照射源模型的改進20-22
• 2.3 MPI并行編程技術介紹22-24
• 2.3.1 并行編程技術簡介22
• 2.3.2 物理問題在并行機上的求解22-23
• 2.3.3 MPI并行程序設計23-24
• 2.4 小結24-25
• 第三章 DPM并行設計及實現(xiàn)25-41
• 3.1 DPM并行化可行性分析25-27
• 3.1.1 隨機數(shù)產生器分析25-26
• 3.1.2 粒子輸運過程分析26-27
• 3.2 DPM程序并行化設計27-32
• 3.2.1 劑量計算結果后處理27-28
• 3.2.2 隨機數(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程序并行化實現(xiàn)32-34
• 3.3.1 DPM程序計算流程32
• 3.3.2 DPM并行實現(xiàn)步驟32-34
• 3.4 DPM并行程序測試34-40
• 3.4.1 計算精度測試34-39
• 3.4.2 加速比分析39-40
• 3.5 小結40-41
• 第四章 DPM并行程序在調強適形放療計劃系統(tǒng)中應用41-51
• 4.1 三維適形放療計劃應用41-45
• 4.1.1 計算例題描述42-43
• 4.1.2 計算結果分析43-45
• 4.2 調強適形放療計劃應用45-49
• 4.2.1 計算例題描述45-47
• 4.2.2 計算結果分析47-49
• 4.3 小結49-51
• 第五章 總結與展望51-53
• 5.1 總結51-52
• 5.1.1 研究內容總結51
• 5.1.2 論文主要貢獻51-52
• 5.2 展望52-53
• 參考文獻53-56
• 致謝56-57
• 在讀期間發(fā)表的學術論文57

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：DPM程序并行化及在調強放射治療計劃系統(tǒng)應用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：424648