2021 International Conference on Medical Imaging Physics and Engineering and the 10th National Annual Meeting of Medical Imaging Physics (ICMIPE 2021)

目的：通过OpenMP多核编程工具与简化的质子输运物理过程，在Archer平台上开发一款CPU版本快速的质子放疗辐射剂量计算的蒙卡软件，在计算速度显著提高的同时，保持其计算准确度。
方法：膜体包括CT与量程位移器，CT通过Schneider方法转换为材料，量程位移器的材料为PC聚碳酸酯，且简化为半无限大圆柱。物理过程考虑库伦散射、电离、核反应。对于次级粒子，忽略中性粒子对剂量的影响，带电粒子能量直接沉积，只追踪次级质子。质子源参数如平均能量、能散等通过对比水箱里计算的IDD曲线与质子加速器的测量值，调试得到。本文先模拟了纯水箱、纯骨头、半水箱半骨头三种情况，对比该软件与通用蒙卡Topas的能量分布，验证物理模型的准确性。然后通过模拟头、胸、腹三个病例，验证该软件建模的准确性与加速的有效性。在速度评估时，该软件运行环境为window10平台，其CPU型号为Intel(R) Core(TM) i7-6700(4核8线程)。Topas运行环境为linux,其有两块型号英特尔Xeon(R)CPU E5-2698 v4 的CPU，共80个线程。
结果：前三种情况平均全局相对误差分别为 0.097%，0.095%，0.11%，说明该物理模型的计算准确度高。后三个病例的gamma通过率3mm/3%均大于98%，2mm/2%均大于95%，可见该软件的计算精度满足临床要求。时间对比上，这三个病例比Topas快18倍以上。
结论: 目前该质子蒙卡软件的剂量计算速度已远远快于Topas，同时其计算的精度能符合临床的要求。下一步将开发GPU版本，使计算速度近一步提高。