1、放射治療是腫瘤治療的重要手段，三維放射治療計劃系統(tǒng)(Three dimensionalradiation therapy planning system，3D-RTPS)是精確放射治療核心子系統(tǒng)。3D-RTPS利用計算機程序模擬整個治療過程，計算出患者體內劑量分布數(shù)據(jù)，通過分析與評估，制定出合理的治療方案，從而有效的減少放射治療的副作用，增加腫瘤控制率。
　　本文基于3D-RTPS產(chǎn)品需求，對3D-RTPS涉及的核心技術進行了比較

2、全面和詳細的研究，并進行了相關功能的驗證與分析，力求提供一個滿足臨床需求、具有良好擴展性的軟件產(chǎn)品平臺。
　　本文研究工作包括三維可視化、組織分割、劑量計算、逆向調強、GPU加速及軟件開發(fā)實現(xiàn)。
　　在三維可視化領域，主要做了兩方面創(chuàng)新工作。一方面基于Phong光照模型，提出預先計算體元法向量并基于球坐標索引進行存儲。該方法在光線追蹤過程直接獲得當前體元的法向量，避免了法向量重復計算，有效減少了可視化時間。基于球坐標索引進行

3、存儲避免了存儲法向量三個浮點分量，減少了內存開銷。另一方面，將光線投射方法的體繪制技術應用于劑量三維分布顯示。在光線投射采樣過程中，系統(tǒng)使得醫(yī)生根據(jù)臨床需要對阻光度及顏色進行分類，使用該方法，醫(yī)生能直觀的判斷器官的劑量分布情況。
　　在組織分割方面，實現(xiàn)了體輪廓、肺及脊髓的自動提取功能。基于CT影像人體結構的特征知識，提出了三個主要步驟實現(xiàn)脊髓的自動提取功能。在檢測脊髓概率區(qū)關鍵步驟中，基于脊髓及其周圍結構的特征知識，建立了一個全

4、新的特征模型用于脊髓內一點的檢測，基于該點進行區(qū)域增長得到脊髓概率區(qū)后，在該區(qū)域內實現(xiàn)脊髓的檢測。引入特征模型自適應修正，實現(xiàn)了60例患者CT圖像序列脊髓自動提取100％的成功率。軟件運行于筆記本電腦，患者CT圖像序列脊髓檢測時間可以達到3秒左右，滿足臨床要求。
　　在劑量計算方面，基于點核卷積疊加劑量計算模型，本文將治療床CT影像象素加入到患者CT影像數(shù)據(jù)中，使系統(tǒng)在劑量計算過程引入治療床對X射線束的衰減作用，降低了治療床引起的

5、劑量偏差，提高了系統(tǒng)劑量計算精度。在模型匹配方面，基于模型參數(shù)自身特征，提出了基于模擬退火優(yōu)化算法進行模型自動匹配，降低了軟件對操作人員業(yè)務能力的依賴，降低了產(chǎn)品維護成本，增加了產(chǎn)品市場競爭力。
　　在逆向調強方面，提出用點核疊加構建筆形束核進行劑量計算，該方法提高了優(yōu)化迭代過程中的劑量計算速度，使得基于點核疊加技術的計劃系統(tǒng)得以集成直接孔隙的逆向調強技術。模體及臨床實際病例試驗表明，該方法與使用精確劑量計算模型得到的優(yōu)化結果一致

6、，可用于調強優(yōu)化過程中的劑量計算。
　　在GPU加速技術方面，對原有劑量計算模型進行了修改，基于CUDA編程技術將NVIDIA的GPGPU模型應用于點核卷積/迭加模型的3D-RTPS產(chǎn)品。在程序架構設計中使用MFC導出類及動態(tài)庫技術，避免了大量代碼移植工作。對結果數(shù)據(jù)進行比較與分析，確定了基于特定顯卡效率最高的thread數(shù)目。
　　基于以上工作，作者開發(fā)了我國首套基于點核卷積疊加劑量計算模型的3D-RTPS商業(yè)化產(chǎn)品軟件，