【技术实现步骤摘要】
本公开涉及物理学和计算机领域，具体涉及物理学和计算机技术在放射医疗领域的应用，更具体地涉及一种碳离子蒙特卡洛剂量的计算方法、装置、设备、介质和程序产品。
技术介绍
1、在放射治疗领域中，通常基于蒙特卡洛方法模拟粒子在物质中的反应过程及粒子在介质中的输运和能量沉积。在gpu中进行碳离子的蒙特卡洛剂量计算可以大幅缩减计算时间。但在面对大量需要模型输运过程的粒子而言，在cpu与gpu之间的多次数据传输操作会极大的影响计算效率。此外，通过原子加的方式统计次级粒子也会造成线程阻塞。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本公开提供了提高计算效率的碳离子蒙特卡洛剂量的计算方法、装置、设备、介质和程序产品。
2、根据本公开的第一个方面，提供了一种碳离子蒙特卡洛剂量的计算方法，包括：通过两个队列异步执行多个批次碳离子的拷贝过程和输运过程，得到多个批次碳离子的输运结果；将输运过程中产生的次级粒子并行压入次级粒子栈；通过gpu内核的指定线程控制子内核执行次级粒子栈中次级粒子的输运过程，得到次级粒子的输运结果；以及根据多个批次碳离子的输运结果和次级粒子的输运结果，计算碳离子蒙特卡洛剂量。
3、根据本公开的实施例，两个队列包括第一队列和第二队列，多个批次碳离子包括i个批次碳离子；通过两个队列异步执行多个批次碳离子的拷贝过程和输运过程，得到多个批次碳离子的输运结果，包括：响应于第一队列发送的拷贝指令和输运指令，对i个批次碳离子中第i批次碳离子开始执行拷贝过程和输运过程，i＝1，2，…，i-
4、根据本公开的实施例，在确定对第i批次碳离子完成执行拷贝过程且开始执行输运过程的情况下，响应于第二队列发送的拷贝指令和输运指令，对第i+1批次碳离子开始执行拷贝过程和输运过程，包括：在确定对第i批次碳离子完成执行拷贝过程的情况下，响应于第一队列发送的输运指令，对第i批次碳离子执行输运过程；以及在对第i批次碳离子执行输运过程的同时，响应于第二队列发送的拷贝指令，对第i+1批次碳离子执行拷贝过程。
5、根据本公开的实施例，第i批次碳离子包括多个碳离子，对第i批次碳离子执行输运过程，包括：基于蒙特卡洛模型，利用多个线程并行计算多个碳离子的输运过程，以获取多个碳离子在完成当前输运后的剂量沉积，其中，多个线程的一个gpu线程计算一个粒子的输运过程，输运过程由步长迭代计算方式完成，碳离子的能量在输运过程中通过剂量沉积衰减完毕时，碳离子对应的线程终止计算；获取终止计算的线程对应的碳离子的沉积的位置信息；在每个步长迭代过程中，在确定位置信息位于目标区域中的情况下，计算碳离子在完成步长的输运后由电磁反应产生的平均损失能量；以及将平均损失能量沉积在剂量计数器中，剂量计数器为在gpu上对三维ct体素按分辨率划分的网格一一对应的连续显存空间。
6、根据本公开的实施例，对第i批次碳离子执行输运过程，还包括：在每个步长迭代过程中，计算碳离子的输运步长、电离损失能量和散射角度。
7、根据本公开的实施例，对第i+1批次碳离子执行拷贝过程，包括：将碳离子的初始状态信息从cpu拷贝至gpu中，初始状态信息包括碳离子的速度、位置、方向、能量和质量。
8、根据本公开的实施例，将输运过程中产生的次级粒子并行压入次级粒子栈，包括：分别模拟输运过程中具有预设能量的碳离子与多种元素的非弹性反应；根据非弹性反应，确定生成次级粒子的多个线程；利用gpu线程合并组将多个线程归并成一组，使多个线程之间具有连续的编码；以及将多个线程中次级粒子并行压入所述次级粒子栈。
9、根据本公开的实施例，通过gpu内核的指定线程控制子内核执行次级粒子栈中次级粒子的输运过程，得到次级粒子的输运结果，包括：利用gpu内核的指定线程判断次级粒子栈中次级粒子数量是否达到预设数量；以及在确定次级粒子栈中次级粒子数量达到预设数量的情况下，利用指定线程调用gpu内核的子内核执行次级粒子的输运过程，得到次级粒子的输运结果。
10、根据本公开的实施例，根据多个批次碳离子的输运结果和次级粒子的输运结果，计算碳离子蒙特卡洛剂量，包括：在剂量计数器中对多个批次碳离子的输运结果和次级粒子的输运结果进行归一化处理，得到碳离子蒙特卡洛剂量。
11、本公开的第二方面提供了一种碳离子蒙特卡洛剂量的计算装置，包括：执行模块，用于通过两个队列异步执行多个批次碳离子的拷贝过程和输运过程，得到多个批次碳离子的输运结果；压栈模块，用于将输运过程中产生的次级粒子并行压入次级粒子栈；控制模块，用于通过gpu内核的指定线程控制子内核执行次级粒子栈中次级粒子的输运过程，得到次级粒子的输运结果；以及计算模块，用于根据多个批次碳离子的输运结果和次级粒子的输运结果，计算碳离子蒙特卡洛剂量。
12、本公开的第三方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述碳离子蒙特卡洛剂量的计算方法。
13、本公开的第四方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行上述碳离子蒙特卡洛剂量的计算方法。
14、本公开的第五方面还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述碳离子蒙特卡洛剂量的计算方法。
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1.一种碳离子蒙特卡洛剂量的计算方法，包括：
2.根据权利要求1所述的计算方法，其中，所述两个队列包括第一队列和第二队列，所述多个批次碳离子包括I个批次碳离子；所述通过两个队列异步执行多个批次碳离子的拷贝过程和输运过程，得到所述多个批次碳离子的输运结果，包括：
3.根据权利要求2所述的计算方法，其中，所述在确定对第i批次碳离子完成执行拷贝过程且开始执行输运过程的情况下，响应于所述第二队列发送的拷贝指令和输运指令，对第i+1批次碳离子开始执行拷贝过程和输运过程，包括：
4.根据权利要求3所述的计算方法，其中，所述第i批次碳离子包括多个碳离子，所述对所述第i批次碳离子执行输运过程，包括：
5.根据权利要求4所述的计算方法，其中，所述对所述第i批次碳离子执行输运过程，还包括：
6.根据权利要求3所述的计算方法，其中，所述对所述第i+1批次碳离子执行拷贝过程，包括：
7.根据权利要求1所述的计算方法，其中，所述将所述输运过程中产生的次级粒子并行压入次级粒子栈，包括：
8.根据权利要求1所述的计算方法，其中
9.根据权利要求1所述的计算方法，其中，所述根据所述多个批次碳离子的输运结果和所述次级粒子的输运结果，计算碳离子蒙特卡洛剂量，包括：
10.一种碳离子蒙特卡洛剂量的计算装置，包括：
11.一种电子设备，包括：
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行根据权利要求1～9中任一项所述的方法。
13.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1～9中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种碳离子蒙特卡洛剂量的计算方法，包括：
2.根据权利要求1所述的计算方法，其中，所述两个队列包括第一队列和第二队列，所述多个批次碳离子包括i个批次碳离子；所述通过两个队列异步执行多个批次碳离子的拷贝过程和输运过程，得到所述多个批次碳离子的输运结果，包括：
3.根据权利要求2所述的计算方法，其中，所述在确定对第i批次碳离子完成执行拷贝过程且开始执行输运过程的情况下，响应于所述第二队列发送的拷贝指令和输运指令，对第i+1批次碳离子开始执行拷贝过程和输运过程，包括：
4.根据权利要求3所述的计算方法，其中，所述第i批次碳离子包括多个碳离子，所述对所述第i批次碳离子执行输运过程，包括：
5.根据权利要求4所述的计算方法，其中，所述对所述第i批次碳离子执行输运过程，还包括：
6.根据权利要求3所述的计算方法，其中，所述对所述第i+1批次碳离...
【专利技术属性】
技术研发人员：马力祯，王晓敏，石健，常城，李凯文，王子路，秦瑶，李伟光，
申请(专利权)人：国科离子医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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