放射治疗剂量计算的蒙特卡罗方法研究-生物医学工程专业毕业论文.docx

摘 甓
摘 要
放射治疗是治疗肿瘤的主要方法之一,剂量计算是放射治疗计划系统的重要组成部分,其准确性对于放射治疗的效果影响很大。长期以来临床上使用的荆量计算模型在精度上还未能完全令人满意。蒙特}罗方法擅长处理粒子输运问题,大量实验证明蒙特卡罗方法是计算精度最高的剂量计算方法,但存在计算时间长的问题。本文分蔓个部分对蒙特卡罗剂量计算方法进行了系统研究。
第一部分主要研究适用于放射治疗计划系统的蒙特卡罗剂最计算模型。介绍了电子和光子耦合输运的蒙特卡罗模拟原理;详细研究了模拟电子输运的浓缩历史方法和多次散射理论;讨论了基于直线加速器的辐射源模拟和多源模型的使用;详细研究了根据CT值推导人体组织参数的多种方法及存在问题;给出了基于二次蓝面描述射线束修正设备的方法;阐述了人体内部蒙特常罗剂量分布计算的特点。
第二部分主要研究r蒙特卡罗剂量计算的快速算法,这是~个国际上的研究热点。在对前人成果深入研究的基础上,总结出提高蒙特卡罗剂量计算速度的四个基本原则,即空间换时间原则、降低计算方差原则、物理模型简化原则和最大化利用计算资源原则。然后以此为基础,对电子输运、光子输运、多源模型和射线束修正设备模拟等四个方面的快速模拟进行了系统研究。在这里, 我们提出了可以提高模拟效率的描述复杂射线柬修正设备的离散网格方法,给出了快速模拟光子和电子通过射线柬修正设备的方法以及对人体周围空气的简化模拟方法。
第三部分重点研究了向量蒙特卡罗模拟方法,提出了一种基于SSE技术的电子输运向量化模拟算法,并将其推广到光子输运模拟;我们用这一方法实现了快速蒙特卡罗剂量计算程序DPM的向量化模拟,,%。本文同时给出了基于向量化模拟的蒙特卡罗剂量计算快速算法模型,该模型以Kawrakow等人提出的电子历史记录复用方法为基础并进行了修正,改进了DPM的GS模型
东南大学博七学位论文
快速算法和随机链式算法,结合虚拟截面、光了分裂和俄罗斯轮擞赌等技巧, 实现了多个电子输运模拟的高度欠量化。R基准测试计算中,新的向量化模型取得了更好的结果。
关键词:放射治疗、治疗计划系统、剂晟计算、蒙特卡罗模拟、电子输运、光子输运、方差降低技巧、快速算法、多源模型、向量化模拟、SSE技术。
Il
Abstract
ABSTRACT
Radiotherapy is one of the most important methods for tumor calculation plays all important role in a radiotherapy treatment planning(RTP) precision of dose calculation has great influence upon radiotherapy. Even now,the dose calculation models used in practice arc not precise enough The Monte Carlo(MC)method is good at simulating particle transport Lots of investigations suggested that it is the most precise method among all dose calculation methods The principal disadvantage of applying the Monte Carlo method to dose calculation is consuming too much thesis intends to give a
systematic investigation on the Monte Carlo method for dose calculation and it is
composed ofthree parts.
Part one mainly deals with the Monte Carlo dose calculation model uSed in radiotherapy treatment planning this part,we will in仃oduee the Monte Carlo simulation of electron-photon coupled transport;study the condensed history method and multiple scattering theo