次世代放射線治療のための超並列放射線輸送アルゴリズムの高度化

推进下一代放射治疗的大规模并行辐射传输算法

基本信息

批准号：
22K12066
负责人：
村上晃一
金额：
$ 2.58万
依托单位：
High Energy Accelerator Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

近年、粒子線によるがんの放射線治療の手法が高度化している。アダプティブ放射線治療や、ホウ素中性子捕捉治療(BNCT)、高線量率超短時間照射(FLASH)などといった次世代の放射線治療においては、その線量評価に用いる線量計算エンジンの高精度化、高速化が求められる。本研究では、モンテカルロシミュレーションを利用した高精度かつ超高速な線量計算エンジンを開発する。最新のGPUコンピューティングの技術を取り入れた国産線量計算エンジンを開発し、次世代の放射線治療への応用を計る。従来のモンテカルロシミュレーションと同精度で数百倍の高速化を実現し、次世代の放射線治療に応用展開していく。本年度は、GPUによる線量線量計算プログラムの改善を実施し、電磁相互作用やハドロン相互作用に関して、Geant4の物理過程の実装とその物理検証作業を実施した。X線を用いたアダプティブ放射線治療や陽子線のスポットスキャンニング治療での応用において、本研究の線量計算プログラムが、既存のモンテカルロシミュレーションと同精度の計算精度を実現していることを確認した。また、実行速度面でも、CPUを用いた既存コードとの比較で、X線のシミュレーションで500倍、陽子線のシミュレーションで、100倍程度 (1CPUコア比)の高速化を実現した。年度末には、新型のGPUが発売され、さらなる性能向上が期待できる。

近年来，使用粒子束的癌症放射治疗技术变得更加复杂。自适应放射治疗、硼中子俘获治疗（BNCT）和高剂量率超短照射（FLASH）等下一代放射治疗需要用于剂量评估的剂量计算引擎具有更高的精度和更快的速度。。在这项研究中，我们将利用蒙特卡罗模拟开发一种高精度、超快速的剂量计算引擎。我们将开发一款采用最新GPU计算技术的国产剂量计算引擎，旨在将其应用于下一代放射治疗。它达到了与传统蒙特卡罗模拟相同的精度，但速度快了数百倍，并将应用于下一代放射治疗。今年，我们利用GPU改进了剂量计算程序，实现了Geant4的物理过程，并对电磁相互作用和强子相互作用进行了物理验证。当应用于使用X射线的自适应放射治疗和使用质子束的点扫描治疗时，我们证实本研究的剂量计算程序达到了与现有蒙特卡罗模拟相同的计算精度。此外，在执行速度方面，与使用CPU的现有代码相比，我们将X射线模拟的速度提高了500倍，将质子束模拟的速度提高了约100倍（与1个CPU核心相比）。新型GPU将于本财年末发布，我们可以期待性能的进一步提升。