The TOPAS Tool for Particle Simulation, a Monte Carlo Simulation Tool for Physics, Biology and Clinical Research
用于粒子模拟的 TOPAS 工具,一种用于物理、生物学和临床研究的蒙特卡罗模拟工具
基本信息
- 批准号:10415892
- 负责人:
- 金额:$ 83.17万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-06-04 至 2024-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAddressAdoptedAdvanced DevelopmentAgeAlgorithmsAwardBenchmarkingBiological ModelsBiologyClinical ResearchCollaborationsCombined Modality TherapyCommunitiesComplexComputer softwareCountryCustomDatabasesDevelopmentDoseE-learningEcosystemEducational workshopElectronsElementary ParticlesEnvironmentFour-dimensionalFundingGenderGoldHumanImageInstitutionIonsKnowledgeLibrariesMathematicsMedicalMedical ImagingMethodsModalityModelingMonte Carlo MethodMotionOperating SystemPatient SimulationPatientsPersonsPhysicsPositron-Emission TomographyProtonsQuality ControlRadiationRadiation ProtectionRadiation therapyRadiobiologyRandomized Clinical TrialsResearchResource SharingRoentgen RaysSource CodeSpecialistSpeedSystemSystems DevelopmentTechniquesTestingTherapeutic StudiesTimeTissuesTrainingTravelUnited States National Institutes of Healthanticancer researchbasecancer therapyclinical applicationcomputer programdesigndetectordigitalexperienceflexibilitygraphical user interfaceimage guidedimaging modalityimaging systemimprovedinnovationinter-institutionalmalignant breast neoplasmmodels and simulationmulticore processornovel strategiesopen sourceparticlepre-clinical researchprogramsproton therapyprototyperepositorysimulationsymposiumsynergismtooltranslational applicationstreatment planningusabilityuser-friendlyvectorweb site
项目摘要
The TOPAS TOol for PArticle Simulation, launched on NCI funding in 2009, is a breakthrough software project
that struck down a usability barrier that was limiting cancer research and treatment. Improvements to
radiotherapy and imaging require understanding how subatomic particles travel through apparatus and tissue.
The most precise calculations of such motion follow the Monte Carlo (MC) method. Yet MC's painstaking
specialized computer programming techniques had limited its availability to a small number of specialists.
TOPAS brings a reliable, experimentally validated and easy-to-use MC tool within reach of every physicist.
Requiring no programming knowledge, TOPAS provides nearly unlimited flexibility. It enables both clinical
applications (e.g. high precision patient dose calculation) and cutting edge research (e.g. four dimensional
time-of-flight simulations for detector developments), while its design promotes inter-institutional collaboration.
In 2013, on a second NCI award, TOPAS was expanded from its initial focus on proton therapy physics to also
cover radiation biology. TOPAS has been widely accepted in proton therapy physics and biology with 272
users at 121 institutions in 24 countries, but those working on other radiotherapy modalities and medical
imaging lack such a tool. We seek to address these needs, creating the only fully integrated platform for
advanced radiotherapy including multi-modality treatments and a broad range of image guidance. We shall:
Specific Aim 1: Enhance the TOPAS Environment for User-Friendly Interactive Modeling and Simulation
· Expand support for multi-processor, cluster, cloud and grid environments
· Improve I/O compatibility with other medical physics standards
· Improve computational speed and Graphical User Interface
Specific Aim 2: Extend TOPAS Capabilities for Translational and Clinical Applications
· Library of radiotherapy and imaging components, simplify simulation of complex therapy, QA and shielding
· Biological models for radiation protection and pre-clinical research
· Imaging systems and patient simulation, including more complex patient models
Specific Aim 3: Maintain TOPAS for all User Communities
· Respond to changes in underlying software packages and operating systems
· Expand automated regression testing system for quality control
Specific Aim 4: Disseminate TOPAS with Full Participation in ITCR Program Activities
· Disseminate TOPAS through workshops at key conferences and web site
· Provide user support through online user forum, web-based training and twice-yearly in-person trainings
· Develop TOPAS user collaboration, initiate projects to address key user needs identified post-award,
maintain depository for users to exchange customizations and extensions, move TOPAS to open source
用于粒子模拟的 TOPAS TOol 于 2009 年在 NCI 资助下推出,是一个突破性的软件项目
消除了限制癌症研究和治疗改进的可用性障碍。
放射治疗和成像需要了解亚原子粒子如何穿过装置和组织。
这种运动的最精确计算遵循蒙特卡罗 (MC) 方法,然而 MC 的艰苦努力。
专门的计算机编程技术限制了少数专家的使用。
TOPAS 为每个物理学家带来了可靠、经过实验验证且易于使用的 MC 工具。
无需编程知识,TOPAS 提供了近乎无限的灵活性,可实现临床。
应用(例如高精度患者剂量计算)和前沿研究(例如四维
探测器开发的飞行时间模拟),而其设计促进了机构间的合作。
2013 年,在获得第二个 NCI 奖项后,TOPAS 从最初的质子治疗物理学扩展到了
涵盖放射生物学。 TOPAS 已在质子治疗物理和生物学领域得到广泛接受 272
24 个国家 121 个机构的用户,但从事其他放射治疗方式和医疗工作的机构的用户
成像缺乏这样的工具,我们寻求满足这些需求,创建唯一的完全集成的平台。
先进的放射治疗,包括多模式治疗和广泛的影像引导,我们将:
具体目标 1:增强 TOPAS 环境以实现用户友好的交互式建模和仿真
· 扩展对多处理器、集群、云和网格环境的支持
· 提高 I/O 与其他医学物理标准的兼容性
· 提高计算速度和图形用户界面
具体目标 2:扩展 TOPAS 的转化和临床应用能力
· 放射治疗和成像组件库,简化复杂治疗、QA 和屏蔽的模拟
· 辐射防护和临床前研究的生物模型
· 成像系统和患者模拟,包括更复杂的患者模型
具体目标 3:为所有用户社区维护 TOPAS
· 响应底层软件包和操作系统的变化
· 扩展用于质量控制的自动化回归测试系统
具体目标4:通过充分参与ITCR项目活动来传播TOPAS
· 通过重要会议和网站的研讨会传播 TOPAS
· 通过在线用户论坛、网络培训和每年两次的现场培训提供用户支持
· 发展 TOPAS 用户协作,启动项目以满足获奖后确定的关键用户需求,
维护存储库供用户交换定制和扩展,将 TOPAS 移至开源
项目成果
期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Validation of the TOPAS Monte Carlo toolkit for HDR brachytherapy simulations.
验证用于 HDR 近距离放射治疗模拟的 TOPAS 蒙特卡罗工具包。
- DOI:
- 发表时间:2021-07
- 期刊:
- 影响因子:1.9
- 作者:Berumen, Francisco;Ma, Yunzhi;Ramos;Perl, Joseph;Beaulieu, Luc
- 通讯作者:Beaulieu, Luc
The TOPAS tool for particle simulation, a Monte Carlo simulation tool for physics, biology and clinical research.
用于粒子模拟的 TOPAS 工具,一种用于物理、生物学和临床研究的蒙特卡罗模拟工具。
- DOI:10.1016/j.ejmp.2020.03.019
- 发表时间:2020-04-01
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:B. Faddegon;J. Ramos;J. Schuemann;A. McNamara;Jungwook Shin;J. Perl;H. Paganetti
- 通讯作者:H. Paganetti
DICOM-RT Ion interface to utilize MC simulations in routine clinical workflow for proton pencil beam radiotherapy.
DICOM-RT Ion 接口可在质子笔形束放射治疗的常规临床工作流程中利用 MC 模拟。
- DOI:
- 发表时间:2020
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Shin, Jungwook;Kooy, Hanne M;Paganetti, Harald;Clasie, Benjamin
- 通讯作者:Clasie, Benjamin
Report on G4-Med, a Geant4 benchmarking system for medical physics applications developed by the Geant4 Medical Simulation Benchmarking Group.
关于 G4-Med 的报告,G4-Med 是由 Geant4 医学模拟基准测试小组开发的用于医学物理应用的 Geant4 基准测试系统。
- DOI:
- 发表时间:2021-01
- 期刊:
- 影响因子:3.8
- 作者:Arce, P;Bolst, D;Bordage, M;Brown, J M C;Cirrone, P;Cortés;Cutajar, D;Cuttone, G;Desorgher, L;Dondero, P;Dotti, A;Faddegon, B;Fedon, C;Guatelli, S;Incerti, S;Ivanchenko, V;Konstantinov, D;Kyriakou, I;Latyshev, G;Le, A;Ma
- 通讯作者:Ma
Intensity modulated Ir-192 brachytherapy using high-Z 3D printed applicators.
使用高 Z 3D 打印涂抹器进行强度调制 Ir-192 近距离治疗。
- DOI:
- 发表时间:2020
- 期刊:
- 影响因子:3.5
- 作者:Skinner, Lawrie B;Niedermayr, Thomas;Prionas, Nicolas;Perl, Joseph;Fahimian, Benjamin;Kidd, Elizabeth A
- 通讯作者:Kidd, Elizabeth A
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