PHITS Multi-Purpose Particle and Heavy Ion Transport code System 治療応用実習(IV) X線の多門照射シミュレーション 2014年3月改訂 title 1 本実習の目標 複数方向からX線を照射した場合の吸収線 量の評価を行い、多門照射によるX線治療の シミュレーションができるようになる。 10MeVの電子をW+Cu標的にあてて発生するX線を 4方向から水ファントムに照射した場合の吸収線量分布 Purpose 2 実習内容 1. 2. 3. 4. 5. 体系の確認 粒子フルエンスと吸収線量の空間分布 [transform]を用いたX線の照射方向の変更 照射方向を変えた複数の計算方法 複数のタリー結果の足し合わせ Table of contents 3 MultipleBeamIrradiation.inp Water phantom 初期設定の体系 30 cm X-ray (photon) Electron 10 MeV 約50 cm 10 cm 0.1+1.0 cm 6 cm Flattening filter Movable collimator 6 cm 10 cm 4 cm 1 cm W + Cu target 1 cm Primary collimator 1 cm Input file 6 cm 1辺10 cmの立方体×4 4 体系の確認 はじめに、このインプットファイルで構築している 3次元体系を描画機能を用いて把握する。 Icntl=7としてPHITSを実行すると[t-gshow]が、 Icntl=11として実行すると[t-3dshow]が有効とな り、これらのタリー結果が出力されます。 [ T - Gshow ] title = Geometry check on xz-plane ・・・・・・ file = gshow-xz.dat ・・・・・・ [ T - 3Dshow ] title = Geometry check using [T-3dshow] file = 3dshow.dat ・・・・・・ ・・・・・・ ・・・・・・ [ T - Gshow ] title = Geometry check on yz-plane ・・・・・・ file = gshow-yz.dat ・・・・・・ Geometry 5 体系の確認(icntl=7) gshow-xz.eps gshow-yz.eps Geometry 6 体系の確認(icntl=11) 3dshow.eps 3dshow.eps（e-the=90） Geometry 7 実習内容 1. 2. 3. 4. 5. 体系の確認 粒子フルエンスと吸収線量の空間分布 [transform]を用いたX線の照射方向の変更 照射方向を変えた複数の計算方法 複数のタリー結果の足し合わせ Table of contents 8 空間分布 icntl=0として輸送計算を実行させ、各粒子のフル エンス分布（[t-track]を使用）と各物質における吸 収線量の空間分布（[t-deposit]を使用）を確認して みましょう。 粒子フルエンス [T-Track] title = Track in xyz mesh ・・・・・・ ・・・・・・ axis = xz file = track.out ・・・・・・ ・・・・・・ 吸収線量 [ T - Deposit ] title = Dose in xyz mesh ・・・・・・ ・・・・・・ axis = xz file = dose.out ・・・・・・ ・・・・・・ Analysis 9 粒子フルエンス track.eps (1枚目) 電子のフルエンス分布 W+Cu標的 コリメーター 水ファントム 10MeV電子線 Analysis 10 粒子フルエンス track.eps (2枚目) 光子のフルエンス分布 コリメーター W+Cu標的 水ファントム X線 Analysis 11 粒子フルエンス track.eps (3枚目) 中性子のフルエンス分布 統計量が十分でないため中性子は生成されていない。 Analysis 12 吸収線量 dose.eps 吸収線量分布 コリメーター W+Cu標的 水ファントム 10MeV電子線 Analysis 13 ビーム幅の調整 (step1)可変コリメーターの間隔を変更して、X線の ビーム幅を2cm程度に小さくしてみましょう。 • [surface]セクションにある変数c1の値を変更 • [t-track]の結果(track.epsの2ページ目)で効果を確認 6 cm Movable collimator 6 cm 1辺10 cmの立方体×4 幅の大きさ =c1*2 [Surface] ・・・・・・ ・・・・・・ set:c1[3.0] 31 rpp 32 rpp 33 rpp 34 rpp ・・・・・・ -10-c1 -c1 -5.0 5.0 c1 10+c1 -5.0 5.0 -5.0 5.0 -10-c1 -c1 -5.0 5.0 c1 10+c1 -75.0 -65.0 -75.0 -65.0 -63.0 -53.0 -63.0 -53.0 rpp: 直方体の表面を定義する マクロボディーパラメーター Setting of equipment 14 ビーム幅の調整 (step1)可変コリメーターの間隔を変更して、X線の ビーム幅を2cm程度に小さくしてみましょう。 c1=1.0とした場合 track.eps (2枚目) 光子のフルエンス分布 • X線のビーム幅は2cm程度となっている Setting of equipment 15 実習内容 1. 2. 3. 4. 5. 体系の確認 粒子フルエンスと吸収線量の空間分布 [transform]を用いたX線の照射方向の変更 照射方向を変えた複数の計算方法 複数のタリー結果の足し合わせ Table of contents 16 [transform]セクション ソース、surfaceやcellの定義、タリーのr-zやxyzメッシュ、磁場 の定義等の際に、回転や平行移動を行うことが可能。 [ Transform ] $ Transform X-ray beam set: c81[0] $ angle of around Z (degree) Z軸, Y軸, X軸の周りに set: c82[0] $ angle of around Y (degree) 回転させる角度 set: c83[0] $ angle of around X (degree) set: c84[0] $ displacement of Z (cm) set: c85[0] $ displacement of Y (cm) 平行移動のZ,Y,X成分 set: c86[0] $ displacement of X (cm) tr500 c86 c85 c84 cos(c81/180*pi)*cos(c82/180*pi) sin(c81/180*pi)*cos(c83/180*pi)+cos(c81/180*pi)*sin(c82/180*pi)*sin(c83/180*pi) sin(c81/180*pi)*sin(c83/180*pi)-cos(c81/180*pi)*sin(c82/180*pi)*cos(c83/180*pi) -sin(c81/180*pi)*cos(c82/180*pi) cos(c81/180*pi)*cos(c83/180*pi)-sin(c81/180*pi)*sin(c82/180*pi)*sin(c83/180*pi) cos(c81/180*pi)*sin(c83/180*pi)+sin(c81/180*pi)*sin(c82/180*pi)*cos(c83/180*pi) sin(c82/180*pi) -cos(c82/180*pi)*sin(c83/180*pi) 各セクションにtrcl=500を cos(c82/180*pi)*cos(c83/180*pi) 加えることで機能する 1 [transform] 17 X線の照射方向の変更 (step2)[transform]を使って、電子線源やW+Cu標 的、コリメーターを水ファントムを中心に回転させ、X 線の照射方向を変えてみましょう。 Water phantom X-ray (photon) Electron 10 MeV 水ファントムは固定 X線の線源部分を まとめて回転 [transform] 18 X線の照射方向の変更 (step2)[transform]を使って、電子線源やW+Cu標 的、コリメーターを水ファントムを中心に回転させ、X 線の照射方向を変えてみましょう。 まずは、[source]と[cell]セクションにtrcl=500が 設定されていることを確認 [Source] s-type = 1 proj = electron e0 = 10.00 r0 = 0.1000 x0 = 0.0000 y0 = 0.0000 z0 = -120.00 z1 = -120.00 dir = 1.0000 trcl = 500 [Cell] 1 3 -19.25 11 -12 -14 trcl=500 $ W for X-ray generator 2 4 -8.94 12 -13 -14 trcl=500 $ Cu for X-ray generator 11 1 -1.0 -1 $ Water phantom 98 2 -1.20e-3 #1 #2 #11 -999 #3 #4 #5 #6 #7 #8 $ Air 99 -1 999 $ Outer region 3 5 -17.0 21 -22 -23 24 trcl=500 $ Primary collimator 4 5 -17.0 -31 trcl=500 $ Movable collimator (X-1) 5 5 -17.0 -32 trcl=500 $ Movable collimator (X-2) 6 5 -17.0 -33 trcl=500 $ Movable collimator (Y-1) 7 5 -17.0 -34 trcl=500 $ Movable collimator (Y-2) 8 6 -8.94 -35 trcl=500 $ Flattening filter [transform] 19 X線の照射方向の変更 (step2)[transform]を使って、電子線源やW+Cu標 的、コリメーターを水ファントムを中心に回転させ、X 線の照射方向を変えてみましょう。 Y軸周りに15度回転した場合 track.eps (2枚目) [ Transform ] $ Transform X-ray beam set: c81[0] $ angle of around Z (degree) set: c82[15] $ angle of around Y (degree) set: c83[0] $ angle of around X (degree) set: c84[0] $ displacement of Z (cm) set: c85[0] $ displacement of Y (cm) set: c86[0] $ displacement of X (cm) ・・・・・・ ・・・・・・ タリー領域の外側に飛 び出してしまっている [transform] 20 タリー範囲の拡大 (step3)回転後の線源部分を確認できるように、 [t-track]と[t-deposit]のタリー領域を拡げてみましょ う。 • axis=xzであるので、xとzに関する範囲のみで良い • Y軸周りに1周させても確認できるようにする [T-Track] title = Track in xyz mesh mesh = xyz x-type = 2 xmin = -25.00000 xmax = 25.00000 nx = 50 y-type = 2 ymin = -5.000000 ymax = 5.000000 ny = 1 z-type = 2 zmin = -120.0000 zmax = 20.00000 nz = 140 ・・・・・・ track.eps (2枚目) 1周した場合を考える Expansion of tally region 21 タリー範囲の拡大 (step3)回転後の線源部分を確認できるように、 [t-track]と[t-deposit]のタリー領域を拡げてみましょ う。 • axis=xzであるので、xとzに関する範囲のみで良い • Y軸周りに1周させても確認できるようにする [T-Track] title = Track in xyz mesh mesh = xyz x-type = 2 xmin = -120.00000 xmax = 120.00000 nx = 240 y-type = 2 ymin = -5.000000 ymax = 5.000000 ny = 1 z-type = 2 zmin = -120.0000 zmax = 120.0000 nz = 240 ・・・・・・ track.eps (2枚目) Expansion of tally region X線の線源部分 水ファントム 22 タリー範囲の拡大 (step3)回転後の線源部分を確認できるように、 [t-track]と[t-deposit]のタリー領域を拡げてみましょ う。 • axis=xzであるので、xとzに関する範囲のみで良い • Y軸周りに1周させても確認できるようにする [T - Deposit ] title = Dose in xyz mesh mesh = xyz x-type = 2 xmin = -120.00000 xmax = 120.00000 nx = 240 y-type = 2 ymin = -5.000000 ymax = 5.000000 ny = 1 z-type = 2 zmin = -120.0000 zmax = 120.0000 nz = 240 ・・・・・・ dose.eps Expansion of tally region X線の線源部分 水ファントム 23 統計量の増加 (step4)水ファントムにおける吸収線量がきちんと評価 できるように、統計量を増やしてみましょう。 • maxcas=10000程度 • 計算時間短縮のために2つの[t-gshow]の後にoffを 加えて読み飛ばす dose.eps 少し水ファントムに おける吸収線量が 評価できた Increase of total history 24 実習内容 1. 2. 3. 4. 5. 体系の確認 粒子フルエンスと吸収線量の空間分布 [transform]を用いたX線の照射方向の変更 照射方向を変えた複数の計算方法 複数のタリー結果の足し合わせ Table of contents 25 多門照射 (step5)照射方向を変えた複数のインプットファイ ルを作成し、それぞれの計算結果を求めましょ う。 • result1, result2といった名前のフォルダを作成する • 各フォルダにインプットファイルMultipleBeamIrradiation.inp をコピーし、Y軸周りの回転角度をそれぞれ90, 180度とする ＊時間のある人は3つ、4つと増やしてみてください \result1\MultipleBeamIrradiation.inp \result2\MultipleBeamIrradiation.inp [ Transform ] $ Transform X-ray beam set: c81[0] $ angle of around Z (degree) set: c82[90] $ angle of around Y (degree) set: c83[0] $ angle of around X (degree) set: c84[0] $ displacement of Z (cm) set: c85[0] $ displacement of Y (cm) set: c86[0] $ displacement of X (cm) ・・・・・・ ・・・・・・ [ Transform ] $ Transform X-ray beam set: c81[0] $ angle of around Z (degree) set: c82[180] $ angle of around Y (degree) set: c83[0] $ angle of around X (degree) set: c84[0] $ displacement of Z (cm) set: c85[0] $ displacement of Y (cm) set: c86[0] $ displacement of X (cm) ・・・・・・ ・・・・・・ Multiple beam irradiation 26 多門照射 (step5)照射方向を変えた複数のインプットファイ ルを作成し、それぞれの計算結果を求めましょ う。 • PHITSを実行し、それぞれの計算結果を確認する \result1\dose.eps 回転角度が90度の結果 \result2\dose.eps 回転角度が180度の結果 Multiple beam irradiation 27 実習内容 1. 2. 3. 4. 5. 体系の確認 粒子フルエンスと吸収線量の空間分布 [transform]を用いたX線の照射方向の変更 照射方向を変えた複数の計算方法 複数のタリー結果の足し合わせ Table of contents 28 タリー結果の足し合わせ (step6)外部プログラムsumtallyを用いて、照射角度を変え て得られた複数のタリー結果を足し合わせてみましょう。 ① 基本情報ファイルを作成（sumtally.inp） "dose-2.out" 2 1.0 "result1/dose.out" 1.0 "result2/dose.out" 足し合わせた結果の出力ファイル名 足し合わせるタリー結果の数 足し合わせる際のそれぞれの ウエイト値（重み付け）とタリーファイル名 10文字 ② (Windows) sumtally_win.batにsumtally.inpをドラッグ&ドロップ (Mac) sumtally_mac.commnadをダブルクリックし、現れる窓にsumtally.inpと入力 ⇒ 足し合わせた結果を出力したdose-2.outが作成される ③ dose-2.outをインプットファイルとしてANGELを実行する ⇒ グラフ化したdose-2.epsが作成される Sum of tally results 29 タリー結果の足し合わせ (step6)外部プログラムsumtallyを用いて、照射角度を変え て得られた複数のタリー結果を足し合わせてみましょう。 dose-2.eps • 2つのタリー結果を足し合わせた線量分布が得られた Sum of tally results 30 タリー結果の足し合わせ（補足） 十分に統計量を増やし、照射方向も4方向にした 場合の結果 一度、それぞれの照射角度での計算を行っておけば、 sumtally.inpにおいてウエイト値を設定することで、様々な 照射条件のシミュレーション結果を得ることが可能です。 Sum of tally results 31 まとめ • 10MeV電子を線源とするX線の照射をシミュレーション した。 • [transform]セクションを設定することで、X線の線源部 分を回転させ、任意の角度からの照射が可能となっ た。 • 照射角度を変え、複数の照射によるタリー結果を得 た。 • 複数のタリー結果を外部プログラムを用いて足し合わ せ、多門照射のシミュレーションを行った。 Summary 32
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