中国科学技术大学核医学物理研究所博士研究生李仕军为第一作者、徐榭教授为通讯作者的论文“A GPU-based fast Monte Carlo code that supports proton transport in magnetic field for radiation therapy”在Journal of Applied Clinical Medical Physics上发表。

ArcherQA是一款团队多年来使用基于GPU的蒙特卡罗算法的独立剂量验证软件，支持各种光子放疗设备和流程，已在多家医院放疗科使用。本论文在以前工作基础上将计算功能扩展到质子放疗。质子输运物理建模采用浓缩历史Ⅱ类算法，考虑多次库伦散射、连续慢化近似、能量歧离，电子产生，核弹性碰撞与非弹性碰撞。在GPU编程上本基于CUDA框架,使用C++语言,遵循典型的CUDA编程模式。最后，使用被业界誉为辐射剂量计算“黄金标准”的通用蒙卡软件TOPAS来对Archer进行对比验证，考虑了从水箱到临床患者放疗计划数据。结果表明Archer模拟的剂量分布准确性与TOPAS相比有很高的一致性，且Archer模拟每千万初级质子仅耗时约3s，速度远远快于TOPAS。本论文还探究了磁场存在对质子放疗剂量分布的影响，为将来核磁引导质子放疗初步探索。结果表明在磁场存在时，必须使用蒙特卡罗算法来计算洛伦兹力对质子束流的影响。

程序框架图

结果图1

上图1中，水箱验证结果(A)为水箱IDD曲线对比结果。(B)为100MeV质子束在不同水深度横向剂量分布对比结果。(C)为200MeV质子束在不同水深度横向剂量分布对比结果。

结果图2

在结果图2中，由于磁场存在对剂量的影响，(A)(B)分别为在1.5T磁场下TOPAS与Archer所算的剂量分布图，(C)(D)分别为图(A)红色虚线所对应的剂量剖线对比图。

临床病例定量分析表格