[发明专利]利用GPU加速确定电子束剂量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定电子束剂量分布的方法，具体的说，是用于在电子束外照射放射治疗中，快速、准确地确定电子线在被照射的均匀体模中的三维剂量分布的方法。 

背景技术

目前比较成熟的肿瘤治疗和控制手段包括手术治疗、放射治疗和化疗。其中放射治疗占了相当大的比例。按照源的位置的不同，放射治疗分为外照射放射治疗和内照射放射治疗。按照源的种类，外照射放射治疗包括X线放射治疗、电子线放射治疗、质子放射治疗和重粒子放射治疗。其中电子线放射治疗对于浅表肿瘤具有一定的优势，受到临床应用的关注。 

在电子线放射治疗的临床应用上，快速、准确地确定电子束在人体或体模中的三维剂量分布是一个基本的问题。目前使用的确定电子束剂量的算法，包括Monte Carlo方法和解析算法。前者包括MMC(Macro Monte Carlo)方法、VMC(Voxel Monte Carlo)方法，后者包括PBRA(Electron Pencil-Beam Redefinition Algorithm)和HPBM(Hybrid Pencil Beam Model，发明专利：确定电子束剂量分布的方法，ZL200610022709.7)等。 

GPU(Graphic Processing Unit)最初应用于图形显示的加速。GPU的单指令多数据流(SIMD：Single Instruction Multiple Data)的处理方式可并行地对大规模的数据进行操作，可大大缩短计算的时间。 

本发明将GPU应用于HPBM的剂量计算。通过同时进行大量剂量矩阵单元的计算，其计算精度和使用CPU(Central Process Unit)的计算精度相当，其计算时间较使用CPU平台计算大大减少。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速、准确地确定电子束在均匀体模中的三维剂量分布的方法。 

本发明的技术方案是： 

一种利用GPU加速确定电子束剂量分布的方法，其特征在于包含以下步骤： 

1、在CPU平台上形成电子束照射野的强度矩阵I＝I_i，j和加速器电子束的参数。电子束参数包括：电子束能量(E)、SSD(电子束照射野的源皮距)、测量的深度剂量(D_M(z))、不同深度电子束的散射参数A(z)。 

2、选定用于确定电子束剂量的GPU，为GPU分配存储器空间，向GPU传送计算数据。需要传送的数据包括强度矩阵、测量的深度剂量、散射参数； 

3、利用GPU并行计算三维剂量矩阵的每个单元的剂量分布。对于给定单元的剂量分布，是由所有有限电子笔束剂量的加权累积得到，权重为强度矩阵。 

能量为E的有限电子笔束(笔束的截面为有限大，截面大小为2a×2b)垂直入射在介质表面。以电子束入射方向为深度方向(z轴正方向)，以入射点为坐标原点。该电子束在介质中产生的三维剂量分布为：