用于重离子肿瘤放疗治疗计划的高性能蒙特卡罗辐射剂量计算方法

China is the fourth country after the U.S., Japan, and Germany to have developed its own abilities in heavy ion radiation therapy for cancer. Recently, GPU-accelerated Monte Carlo methods are emerging in radiation dosimetry applications. This project aims to explore hardware-accelerated parallel Monte Carlo methods which are used to address critical issues in heavy-ion radiation therapy dosimetric core module. A complete Monte Carlo code will be developed by solving the critical need for software optimization and integration into the treatment planning system. GPU-based Monte Carlo methods will also find applications in radiation protection in nuclear plants, nuclear reactor safety analysis, imaging, high-energy physics device and detector design, and space radiation protection for astronauts.

我国是继美国、日本和德国三个发达国家之后，成为世界上第四个自主实现重离子治癌的国家。近年来，世界上基于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。本项目在基于GPU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，并应用于重离子治癌治疗计划的辐射剂量学核心部分。本项目将开发完整的ＧＰＵ的重离子蒙特卡罗软件， 解决治疗计划软件优化的关键问题。ＧＰＵ快速蒙特卡罗研究还可以对其他核科学技术领域，包括核电站辐射防护、核安全、放射影像学、高能物理实验装置和探测器的模拟、以及宇航员空间辐射防护带来深远的影响｡

我国是世界上第四个自主实现重离子治癌的国家，2019年10月安装在甘肃省武威肿瘤医院的国内首台国产碳离子治疗系统成功获得国家药品监督管理局注册批准。而蒙特卡罗计算方法作为重离子治疗中的关键核心技术也开始显露头角，本项目开展了基于GPU加速的蒙特卡罗并行计算方法研究，并成功应用在重离子治癌治疗计划的辐射剂量学。同时，本项目开发了完整的基于GPU的重离子蒙特卡罗计算软件， 解决了治疗计划软件优化的关键问题。并开展了前沿探索性研究，例如基于磁场环境中的放射治疗蒙特卡罗计算方法等。