用于精确计算光子和质子放疗剂量的玻尔兹曼-福克-普朗克输运方程快速数值解方法研究

项目名称： 用于精确计算光子和质子放疗剂量的玻尔兹曼-福克-普朗克输运方程快速数值解方法研究

项目编号： No.11405105

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 高浩

作者单位： 上海交通大学

项目金额： 28万元

中文摘要： 粒子放疗是治愈或控制癌症的重要手段。其中，基于精确粒子传输模型的放疗剂量计算是前提，对于制定有效的放疗计划和精确验证实际放疗剂量的在体分布具有关键用途。 玻尔兹曼输运方程是描述粒子在体输运过程的精确模型，其计算方法通常是蒙特卡罗统计解法或偏微分方程数值解法。由于数值解法速度上的优势，该方法已被瓦里安放疗系统公司用于光子放疗的剂量计算。但是，瓦里安技术团队是放疗领域里目前唯一地系统研究该问题数值解法的团队，且该团队尚未针对质子放疗的数值解法或光子和质子放疗的并行数值解法开展研究。 本项目将首次开展可用于质子放疗的包括逐步减速能量算子和福克-普朗克算子的玻尔兹曼-福克-普朗克输运方程的有效数值解法研究，并系统研究该方程在光子和质子放疗中的数值加速方法和并行算法。

中文关键词： 粒子放疗；玻尔兹曼-福克-普朗克输运方程；有限元；数值解法；最优化

英文摘要： Radiation therapy is an important method for cancer treatment, for which the precise dose calculation based on the accurate particle transport model is a prerequisite, such as the effective inverse treatment planning or accurate dose verification of actua

英文关键词： particle radiotherapy；Boltzmann-Fokker-Planck transport equations；finite element method；numerical solution；optimization