基于GPU的快速调强算法研究

研究了使用图形处理器（GPU）对调强放射治疗计划系统（IMRT）中分子动力学优化方法的加速方法及效果。利用统一计算设备构架（CUDA）平台,分别对4个临床肿瘤调强病例的笔束剂量响应矩阵的乘积运算进行GPU并行优化加速。比较和分析GPU并行加速笔束剂量响应矩阵的乘积运算的结果。结果表明,GPU平台上的计算结果与CPU平台的计算结果存在一定的差异,其最大相对误差为5.822×10^-7,这一差异在临床上是可以接受的,GPU并行运算可以使计算速度提升9-12倍。     

电子调强放射治疗中多叶准直器的研究

电子调强放射治疗浅表肿瘤优于光子调强放射治疗,但光子调强放射治疗中光子的多叶准直器不适用,需专门的电子多叶准直器EMLC。用Monte Carlo模拟计算研究EMLC叶片的材料、厚度、端面形状和宽度等对剂量的影响。计算结果表明,W比Pb、Fe、Cu更适合做EMLC材料,且厚度2cm时足以挡住大部分电子,并产生相对较少的轫致辐射;直立端面作EMLC叶片端面时会产生较小剂量半影,并在射野边缘有更好平坦度;电子束通过宽度5mm的EMLC叶片比1cm的射野边缘剂量明显增加,但宽度太大不利于准确控制子野形状,因此选择1cm作EMLC叶片宽度较优。     

有共线边的多边形窗口的线裁剪算法

采用参考坐标系B、顶点类型、重合段、处理单位Unit等概念，有效地处理了交点的计算以及裁剪线通过顶点或边的情况．由于利用了多边形窗口结构上的有序性和完整性的特点，文中算法不仅适用于凹多边形窗口，而且适用于相邻边共线等特殊情况的多边形窗口。     

低能电磁扫描IMRT光子注量分布M-C模拟

电磁扫描调强是用电子笔束轰击离散分布的靶点,产生脉冲化X线光子束,是实现调强放疗的技术方案之一。本文主要是考察当电子加速能量为低中能时,从可产生的光子注量分布的角度,来探讨低能电磁扫描调强技术的可行性。通过Monte Carlo模拟,计算了不同能量的电子笔束轰击靶材料产生的光子笔束注量分布,以确定较优的靶材料及其几何结构。然后计算不同靶点密度下的光子注量分布,确定合适的入射靶点间隔。最后,以两种常规放射治疗最常用的注量分布为例,通过最优化电子笔束强度来获得所要的注量分布。模拟结果表明,通过选用合适的靶材料结构,结合对电子轰击靶点的强度的最优化,可以实现临床要求的常规光子注量分布。     

基于图形处理器的射线追踪数字重建影像方法

为提高肿瘤放射治疗计划系统中数字重建影像部分的计算效率,采用基于图形处理器的并行计算技术,对数字重建影像过程中最耗费计算机时的两部分,即由计算机断层扫描获取射野坐标系中的模体密度分布和射线追踪生成数字重建影像图像,实现了加速计算.在常用的个人计算机上,它们分别能够达到14～50和20～90倍的加速,对于实施实时治疗计划有重要实用价值.     

GPU加速剂量计算中微分卷积/积分算法的实现

微分卷积/积分算法是计算精度较高的光子线剂量计算算法,较长的计算时间限制了该算法在临床上的使用。本文对微分卷积/积分算法中最耗时的部分实现了基于GPU的并行化计算,与基于CPU的计算相比,在Tesla C1060上计算速度提高可达30X-60X。利用γ因子对计算结果的准确性进行了分析,结果显示,无论是均匀水模还是非均匀头模,在单照射野还是多照射野情况下,加速后的结果都与CPU的计算结果有相同的准确性。通过GPU并行加速,微分卷积/积分算法能成为日常的剂量计算算法。     

区域填充极点判别算法

在深入分析现有的边标志算法的基础上，提出一种适用于图像处理的区域填充算法．在图像处理中，经轮廓跟踪得到的轮廓点是目标区域内的像素，这与边标志算法的边界像素的约定不一致．文中算法利用轮廓点与其前后邻点的相对位置关系将轮廓点分为极点和非极点，再对扫描线上的非极点进行两两配对和填充．在具有较高运算效率的同时，该算法适用于任意复杂形状的区域．     

基于相邻层轮廓线几何形状匹配的三维重建

当轮廓线比较复杂,常用的三维表面重建方法就不是很有效,有时还会出错。为此,提出一种新的基于相邻层轮廓线几何形状匹配的三维重建算法：首先提取轮廓线的关键转折点,再根据相邻层的几何形状来匹配关键点,然后连接上下匹配关键点将轮廓线分成几个独立的部分,再分别拼接各个独立部分,从而完成整个重建的轮廓拼接。实验证明,该方法对凹凸多变、复杂的封闭轮廓线有较好的效果。     

三维放射治疗计划的坐标系统

介绍了三维放射治疗计划的坐标系统。阐述了以等中心坐标系、人体坐标系、射束坐标系为基础的坐标体系，推导了它们之间的坐标变换解析式，说明了坐标系的应用和相关处理方法。该系统组织严紧、结构优，对提高3D-TPS的整体性能具有重要意义，有很好的实用性和通用性。     

磁场对MERT中次级光子剂量分布影响的蒙特卡罗研究

目的:磁场调制下的电子调强放射治疗可以有效的增加电子束的剂量跌落。电子束产生的次级光子将对靶区后的正常器官产生受量,本文以Monte Carlo的模拟计算研究磁场对电子束产生次级光子的剂量和剂量分布的影响。方法:将几种不同能量的电子束作为外照射源,以置于不同强度磁场下的三维水模为介质模型,使用FLUKA程序模拟电子束垂直入射到水模中引起的电子与物质的相互作用。结果:磁场对电子束的作用会减少水模次级光子的剂量,特别是穿透深度后的X射线污染区剂量迅速跌落。结论:磁场调制下的电子调强减少了电子束的X射线污染,这进一步降低了靶区后正常器官的受量,这意味着磁场调制下的电子调强放射治疗具有相当大的应用前景,但同时为磁场与放疗设备的整合和剂量算法研究带来了挑战。