GPU加速的蒙卡计算方法在X线CT辐射防护剂量学中的应用

The rapidly increasing medical X-ray CT radiation exposure to patient have drawn international attention involving radiology, radiation protection and dosimetry. Recently, GPU-accelerated Monte Carlo methods are emerging in radiation dosimetry applications. Development of application software in our country, however, is generally lagging behind advanced international research activities. This project aims to explore hardware-accelerated parallel Monte Carlo methods which are used to address critical issues in CT patient dose dosimetry. A complete Monte Carlo code will be developed by solving the critical need for software optimization under GPU/CUD, modeling CT source term accurately, integrating Chinese patient phantoms and, finally, reducing the patient CT dose while keeping a high image quality. The project will yield a set of Chinese human phantoms for radiation dosimetry, thus directly aiding the effort in radiation safety regulation in China. GPU-based Monte Carlo methods will also find applications in nuclear reactor safety analysis and radiotherapy.

医用X射线CT所致受检者辐射剂量的迅速增加和罹患癌症的潜在概率已成为国际放射医学、辐射防护与剂量学等相关学科领域共同关注的热点之一。近年来，世界上基于硬件GPU加速的蒙特卡罗计算方法开始在辐射剂量学方法中显露头角，但我国应用软件开发与国际先进水平总体差距仍然较大。 本项目在基于硬件加速的蒙特卡罗并行计算方法科研领域进行开拓性的探索，并应用于CT机受检者辐射剂量的核心问题。本项目将开发完整的ＧＰＵ的蒙特卡罗软件， 解决软件优化的关键问题，准确模拟CT的X射线源参数，在ＢＲＥＰ人体模型之上开发具有中国人体特征的病人体模， 最后研究如何在保障CT图像质量的前提下最大程度减少受检者辐射剂量。本项目将人体模型工作与中国人特征相结合，为今后中国辐射安全法规标准提供直接的科技支撑。ＧＰＵ快速蒙特卡罗研究还可以在将来用于广泛的核科学技术领域，特别是核反应堆安全分析和放射治疗等。

医用X射线CT所致受检者辐射剂量的迅速增加和罹患癌症的潜在概率已成为国际放射医学、辐射防护与剂量学等相关学科领域共同关注的热点之一。本项目探索了基于硬件加速的蒙特卡罗并行计算方法，开发了完整的GPU的蒙特卡罗软件和具有中国人体特征的病人体模，并解决了软件优化的关键问题，可以准确模拟了CT的X射线源参数，实现了在保障CT图像质量的前提下最大程度减少受检者辐射剂量。本项目为今后中国辐射安全法规标准提供直接的科技支撑，同时GPU快速蒙特卡罗研究还可以在将来用于广泛的核科学技术领域，特别是核反应堆安全分析和放射治疗等。