Accélération du calcul de la dose en radiothérapie sur processeurs graphiques

The project presented here is related to treatment planning in radiotherapy. More precisely, it is a mean of finding the configuration of irradiation, in terms of dosage, which will be able to answer the amount prescribed by the radio oncologist and this, in a way faster than the data-processing techniques used at present at the department of radio-oncology of the Centre hospitalier de l'Université de Montréal (CHUM). The computing time is at present of in the order of one minute for a precise calculation and we want to bring this time to the order of a second. The dose calculation module is part of a complete treatment planning software, PLUNC, developed at the University of North Carolina. Our application uses the computing power which is available with the use of graphics hardware to complete most of the work. The CUDA platform,by nVidia, is used to program the graphics hardware. The calculation of the dose consists in determining the quantity of primary and secondary radiation to each unit of volume (voxel) forming the model of the patient. The data necessary to carry out this calculation are the density in all voxels forming the patient and a precise and detailed characterization of the irradiation beam as well as the ray which is produced.

Résumé

Le projet présenté a trait à la planification de traitement en radiothérapie. Plus précisément, il a comme objectif de calculer la dose étant donné une configuration d'irradiation pour vérifier que celle-ci est conforme à la dose prescrite par le médecin traitant, et ce, de façon plus rapide que les techniques informatiques utilisées présentement. Le temps de calcul pour une dose complète est présentement de quelques minutes pour un calcul précis et on veut ramener ce délai à quelques secondes. Un module de calcul a été développé et inséré dans un logiciel de planification de traitement complet, PlanUNC, développé à l'Université de Caroline du Nord. Le module développé utilise la puissance de calcul d'une carte graphique pour réaliser la majeure partie du travail numérique. La plateforme CUDA de nVidia a été utilisée pour programmer la carte graphique. Le calcul de la dose consiste à déterminer la quantité de radiation primaire et secondaire à chaque unité de volume (voxel) représentant le modèle du patient tel qu'obtenu par une modalité d'imagerie médicale. Les données nécessaires pour réaliser ce calcul sont la densité de chaque voxel représentant le patient et les caractéristiques de l'accélérateur linéaire utilisé pour l'irradiation (énergie, spectre, collimation, etc.).