基于蒙特卡洛的医学图像重建体积计算算法GPU加速研究

目的:确定基于蒙特卡洛算法计算体积的精度及提高其速度,为医学图像的应用领域快速提供可靠的数据。方法:在Fonics Plan计划系统平台上,实现基于蒙特卡洛方法的体积计算,并使用C++AMP对算法做GPU并行加速,然后对体积计算结果在精度和速度上进行比较分析。结果:与像素累加法、体元累加法相比,蒙特卡洛算法的准确性最高但其算法用时也最长。通过充分利用计算机的显卡计算性能,可将计算速度平均提高50倍。结论:经GPU加速后的蒙特卡洛算法在计算体积的速度和精度两方面都能满足临床要求,在医学图像处理及临床诊疗具有较高的应用价值。

利用蒙特卡罗模拟比较医用电子直线加速器均整模式和非均整模式下光子束的半影分布特性

目的:通过蒙特卡罗模拟对比分析不同能量条件下光子均整(FF)射束和非均整(FFF)射束的半影分布特性。方法:利用BEAMnrc程序构建医科达Versa HD加速器FF模式和FFF模式下的机头模型,同时使用DOSXYZnrc程序建立标准水箱模型,模拟计算不同模式、不同打靶电子能量下的光子束在标准水模中的百分深度剂量(PDD)和射野离轴比(OAR),并与测量数据进行对比,确定不同模式下光子束的打靶电子能量。对FF射束采用射束中心轴剂量20%~80%之间的宽度计算半影,对FFF射束采用Ponisch方法计算半影,比较不同射束的半影宽度。结果:相同打靶电子能量条件下,6 MV FFF射束的半影相较于6 MV FF射束更锐利,但随着射野尺寸的增大,FFF射束的半影优势逐渐消失。当打靶电子能量提高到7.0 MeV时,6 MV FFF射束的半影与6 MV FF射束的半影趋于一致。对于10 MV FF和10 MV FFF射束,小野时FFF射束半影有明显优势。结论:打靶电子能量是决定不同射束半影特性的主要因素。

利用蒙特卡罗模拟评估空气间隙对点扫描质子治疗的剂量影响

目的:利用蒙特卡罗模拟探究空气间隙对点扫描质子治疗的剂量影响。方法:利用通用蒙特卡罗程序Geant4平台构建使用射程移位器的治疗头末端的点扫描质子束流模型,并进行验证。模拟计算不同能量、不同射程移位器、不同束斑尺寸、不同束斑数目在不同空气间隙条件下的质子束流在水模体中的剂量沉积,并通过获得的积分深度剂量生成剂量修正因子对剂量的差异进行比较。结果:不同空气间隙会造成剂量损失,随空气间隙增大而增大,随水模体中深度增加而减小。对于能量更高的射束和使用水等效厚度更薄的射程移位器,剂量损失越大。束斑尺寸改变和束斑数目增加较少时造成的剂量损失与同条件下单一束流无显著差别。结论:当使用射程移位器、肿瘤位置较浅、空气间隙较大时,建议建立剂量修正因子数据库应用于治疗计划系统对剂量进行修正。