蒙特卡罗方法在外照射X（γ）射线放射治疗计划中的临床应用研究

放射治疗是肿瘤的三大治疗手段之一，剂量计算的精确度直接影响放射治疗的效果，而剂量计算的精确度基本上是由放疗计划中使用的剂量算法所决定。目前用于临床放疗计划中的剂量计算方法主要是基于模型的解析算法，其主要思想是由蒙特卡罗模拟计算辐射能量范围内各单能辐射在均匀的组织等效模体中的点扩散函数或线扩散函数和辐射场的卷积叠加得到辐射在人体内剂量分布。但这种算法在计算辐射在非均匀组织中的剂量分布时精度不是很高，特别是计算肺部的剂量分布时精度比较差。蒙特卡罗方法是被公认为计算放疗剂量精确度最高的一种方法，但由于计算时间长，其临床应用受到限制。本项目提出一种结合蒙特卡罗方法的高精度和解析算法的快速的特点的一种混合模拟方法，把在蒙特卡罗模拟中占用大部分时间的对电子的模拟改为用快速算法计算其能量沉积分布，对光子仍然用蒙特卡罗模拟对其跟踪，结合各种方差减小技巧并利用GPU并行计算使得本项目提出的算法满足临床应用。

在肿瘤的放射治疗计划中，剂量计算是非常重要的部分，其精度直接影响放射治疗的效果，目前，临床使用的放射治疗计划中的剂量计算主要采用基于模型的方法，少部分采用基于做了一定简化的蒙特卡洛模拟计算方法，这些方法在非均匀模体特别是在两种密度差异较大的组织界面附近剂量计算的误差较大，本项目旨在探索蒙特卡洛方法在外照射X（伽马）射线放射治疗计划中的临床应用的可能性，为了解决蒙特卡洛模拟方法计算速度慢的问题，本项目采用基于通用GPU卡的并行计算的方法，在项目申请书中计划采用混合蒙特卡洛并行计算的方法以适应临床应用的速度需要，但在本项目进行的期间，我们找到了加快基于GPU的蒙特卡洛模拟的并行计算的方法，也就是按照粒子输运过程中的相互作用类型分类后再把同类相互作用的过程集中后进行并行计算，极大提高了并行计算的效率，从而加快了剂量计算的速度，最终使得基于全蒙特卡洛模拟的剂量计算可以满足临床应用的需要，获得比项目申请时所期望的更好的成果，而且，由于计算采用全蒙特卡洛模拟，因此，该方法也同样适用于电子线放疗计划的剂量计算。本项目的基于GPU的全蒙特卡洛模拟剂量计算的临床应用的可行性最终在肿瘤医院的放疗科得到验证。

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