[发明专利]一种云蒙特卡罗状态机系统和架构方法

说明书

本发明属于放疗和计算机计算领域，涉及一种云蒙特卡罗状态机架构方法、存储介质和系统。该系统包括主控端、数据处理中心和运算中心；所述的主控端适于将计算任务分成若干子任务，并将子任务分配给运算中心执行，通知数据处理中心关于运算中心所执行计算任务的分配状态、任务内容并向其传送计算任务所需的输入数据，以及监控运算中心。本发明提供的云蒙特卡罗状态机架构系统和方法能够动态分配资源，使整个蒙特卡罗计算系统运行均衡，计算效率提高，并能实现跨平台跨机器资源调度。另外，即使蒙特卡罗计算任务部分完成，例如某个运算中心无法完成计算任务，只要计算任务的完成率达到预设的阈值，也不会导致任务失败。

技术领域

本发明属于放疗和计算机计算领域，涉及一种云蒙特卡罗状态机系统、架构方法和存储介质。

背景技术

蒙特卡罗(MC)算法根据粒子与物质相互作用界面直接模拟电子、光子和中子在物质中的径迹和能量沉积，不像解析方法那样需要复杂的近似和必要的简化，因此被认为是模拟辐射输运和进行介质中剂量计算最精确的算法。MC模拟需要追踪每一光子或电子从入射起到出射到能量耗尽的整个径迹历程，包括次生的光子和电子的径迹，其计算统计误差与模拟粒子数N的平方根成反比。因此，MC模拟时具有计算量大、计算时间长和所需存储空间大等难题。

基于MC算法的放射治疗计划系统因为MC计算运算量大，所需时间长等原因一直难于用于临床的放射治疗计划的生成。

目前能使蒙特卡罗算法应用于临床的主要途径有两个：其一是利用超级计算机资源，其二是简化源模型；对于第一种方法，主要是将MC算法模块放在远程超级计算机内，用户端口可进行图像获取，靶区勾画及数据结果评估等功能，MC计算参数均由图形图像结构输入并传输到远端的超级计算机进行云计算，同时由一系列后台程序指令来监控计算状态。剂量计算结构后的计算结果再被传回用户工作站《基于蒙特卡罗算法的肿瘤放射治疗计划系统的研究进展》华西医学2010,25(12)。

然而上述方法对于超级计算机会造成运算压力巨大，同时使用费用高昂等问题，而世界各地还闲置有大量的高性能计算机。如果能将这些计算资源整合利用将可以大大减少资源浪费同时，极大的提高国民的经济效益，服务于更多的肿瘤患者。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种云蒙特卡罗状态机系统、架构方法和存储介质。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种云蒙特卡罗状态机系统，包括主控端、数据处理中心和运算中心，其中主控端、数据处理中心和运算中心之间通信连接；

所述的主控端适于将计算任务分成若干子任务，并将子任务分配给运算中心执行，通知数据处理中心关于运算中心所执行计算任务的分配状态、任务内容并向其传送计算任务所需的输入数据，以及监控运算中心；

所述的数据处理中心适于从主控端处获取数据，并将预处理数据传送给运算中心，以及将运算中心的计算结果进行后处理，并反馈给主控端；

所述的运算中心适于执行主控端分发的计算任务，接受数据处理中心传输的数据、报告主控端任务完成状态。

优选地，所述的主控端为主控云计算机。

所述的主控端将运算中心的任务完成状态通知数据处理中心。

所述的数据处理中心包括随机数种子生成器。

所述的运算中心包括随机数种子生成器。

所述的任务完成状态包括接收任务状态、完成任务进度、完成任务结果、任务结果存储位置。

其中，传送给运算中心的输入数据为预处理数据；所述的预处理数据由主控端或数据处理中心来实现，所述的预处理为将输入数据转换成运算中心所需的格式。