[发明专利]基于CUDA的剂量计算优化方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算优化技术，尤其涉及一种基于CUDA的剂量计算优化 方法和系统。

背景技术

在三维立体放射治疗系统中，在治疗前需要模拟得到放射剂量的分布 数据，以对潜在的治疗效果进行评估。该系统因此具有治疗规划系统以进 行治疗前的剂量模拟。

治疗规划系统在模拟当中需要在不同照射角度下进行3D剂量场的计 算，而在单个照射角度下又要对很多个放射源(对于多源放疗设备)下的 剂量数据进行叠加。这些计算的运算量非常巨大，其中还涉及到大量的图 像和轮廓数据的调用以及查表运算等。目前是利用CPU技术对3D剂量场 进行计算，由于CPU的串行运算机制，对于处理大量数据运算来说，其速 度是比较慢的。虽然计算机市场长期以来CPU处理器速度稳步上升并出现 多核处理器，但是对于3D剂量场的计算来说，成本增加而计算速度提高 有限的问题一直没有得到解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能有效提高速度的基于CUDA 的剂量计算优化方法和系统

本发明的技术问题通过以下技术方案加以解决：

一种基于CUDA的剂量计算优化方法，包括：中央处理单元将剂量计 算可以并行计算部分的数据下发给显示处理单元；显示处理单元对接收的 数据按照预定算法进行并行计算；显示处理单元将计算结果返回。

上述中央处理单元将剂量计算可以并行计算部分的数据下发给显示处 理单元包括：将图像和轮廓数据下发到显示处理单元的纹理存储器；将剂 量计算用到的表数据以及网格数据下发到显示处理单元的常量存储器；将 剂量计算用到的网格数据下发到显示处理单元的全局存储器。

上述显示处理单元对接收的数据按照预定算法进行并行计算还包括： 根据所述图像、轮廓数据和所述网格数据计算网格点的坐标；根据所述坐 标和轮廓数据以及所述表数据按照所述预定算法计算网格点的剂量；所述 显示处理单元将计算结果返回包括将所述网格点的剂量返回的过程。

上述显示处理单元对接收的数据按照预定算法进行并行计算还包括： 将计算得出的所述网格点的坐标和剂量存储在显示处理单元的全局内存 中；所述显示处理单元将计算结果返回通过读取所述全局内存而获得所述 网格点的坐标和剂量来实现。

基于CUDA的剂量计算优化系统，包括中央处理单元和显示处理单 元；所述中央处理单元用于将剂量计算可以并行计算部分的数据下发给所 述显示处理单元；所述显示处理单元对接收的数据按照预定算法进行并行 计算，并将计算结果返回。

上述剂量计算可以并行计算部分的数据是指网格点的剂量计算数据。

上述显示处理单元包括纹理存储器、常量存储器和全局存储器，所述 纹理存储器用于接收和存储所述中央处理单元下发的图像和轮廓数据；所 述常量存储器用于接收和存储所述中央处理单元下发的剂量计算用到的表 数据；所述全局存储器用于接收和存储网格数据。

上述显示处理单元还包括处理器，用于根据所述纹理存储器存储的所 述图像、轮廓数据和所述常量存储器存储的所述表数据，以及所述全局存 储器存储的网格数据计算网格点的坐标；根据所述坐标和轮廓数据以及所 述表数据按照所述预定算法计算网格点的剂量；所述显示处理单元还用于 将所述网格点的剂量返回。

上述显示处理单元还包括全局内存，用于存储计算得出的所述网格点 的坐标和剂量；所述中央处理单元还用于通过读取所述全局内存而获得所 述网格点的坐标和剂量。

本发明与现有技术相比较的有益效果是：

(1)本发明利用GPU硬件能提供更高的计算加速比，将可以并行计算 的部分下发给GPU进行计算，充分发挥GPU并行计算的优势，有效提高 了计算速度；

(2)本发明将网格点的计算作为可以并行计算的部分，是针对网格点的 剂量互相之间无耦合性之特点，能更好地发挥GPU并行计算的优势；

(3)本发明将图像和轮廓数据放入纹理存储器中，这些数据量大，读取 频繁，而纹理存储器的访问可以采用其快速纹理拾取的特性而得到加速； 将表数据放入常量存储器中也正是利用GPU访问该缓存速度快的特点；

(4)本发明实现简单，成本低廉，加速效果显著。

附图说明

图1是本发明系统具体实施方式结构示意图；

图2是本发明方法一种具体实施方式剂量计算流程图；