Multi-Purpose Particle and Heavy Ion Transport code System PHITS Multi-Purpose Particle and Heavy Ion Transport code System X線治療シミュレーション実習 PHITS講習会　入門実習 2017年2月改訂 Title 1

実習内容 頭部ファントム（模型）をCT（スライス厚2mm）で撮影したDICOM画像を用いて、X線治療シミュレーションをPHITSで実行し、治療計画装置の結果と比較する 照射野8cm x 8 cm の4MV X線 Tumor 頭部ファントム Contents 2

DICOMイメージの読み込み dicom2phits.inpを以下のように変更してDICOM2PHITSを実行 DICOM2PHITS input "data/HumanVoxelTable.data" ! File for conversion of human voxel data "work_Kanazawa/DICOM/” ! DICOM file directory "work_Kanazawa/PHITSinput/" ! Filename for PHITS input 1 120 ! Minimum slice number, Maximum slice number 110 400 120 430 ! Clipping: Nxmin, Nxmax, Nymin, Nymax 4 4 2 ! Coarse graining: Nxc, Nyc, Nzc 1 ! Coordinates 0:Zero at center 1:DICOM system 1 ! PHITS parameter: 1:PhotonTherapy 2:ParticleTherapy [ Source ] s-type = 4 $ cylindrical source with energy spectrum … proj = photon $ Varian 6MV photon spectrum based on D. Sheikh-Bagheri et al. PMB 29 (2002) 391 e-type = 1 ne = 24 0.0000E+00 2.1400E-03 2.5000E-01 1.2600E-02 5.0000E-01 1.3100E-02 6MV X線スペクトル（初期設定） DICOM2PHITS 3

巨大なボクセルデータをあらかじめバイナリー化して読込時間短縮！ 読込の高速化 目的 PHITSでは一度インプットファイルを全てバイナリー化してから再読込 巨大なボクセルデータをあらかじめバイナリー化して読込時間短縮！ 手順 ①　[Parameters]セクションのivoxelを有効にする（$を消す） ivoxel = 2 # LatticeのFill部分をバイナリー化としてfile(18)に出力させるオプション file(18) = voxel.bin # 出力するバイナリーファイルのファイル名 ②　PHITSを実行する　→ Binary file was successfully generated!!　 ③　ivoxel = 1に変更し，Latticeを定義するinflコマンドをコメントアウト ivoxel = 1　# LatticeのFill部分をfile(18)から読み込むオプション 高速化！ $ infl:{voxel.inp} 112行目 Binary generation 4

詳しくはマニュアルのEGS5用パラメータの項目を参照 マテリアル数が多い場合の注意点 マテリアル数が多い場合にEGSを使用すると、EGS用断面積データを用意するの に非常に時間がかかる（PHITS実行の最初に全てのマテリアルについて用意）。 複数回PHITSを実行する場合には、PHITS実行時にEGS用断面積データを毎回 準備するのではなく、一度作成した断面積データを使いまわすことができる。 実行方法 ①　ipegs=-1 をパラメータセクションで設定し、PHITSを実行 　　　⇒　ＥＧＳ用断面積データを生成し、輸送計算を実行せずに終了 ②　ipegs=2 をパラメータセクションで設定し、PHITSを実行 　　　⇒　既存のEGS用断面積データを使用して、輸送計算を実行 詳しくはマニュアルのEGS5用パラメータの項目を参照 Many materials with EGS 5

PHITS実行による体型の確認 icntl=8 deposit-xy.eps deposit-xz.eps icntl=0 Geometry check 6

線源の変更1 Adjustment of source 7 円柱スペクトル線源 直方体スペクトル線源 [ Transform ] $ Transform source directing beam along x-axis tr400 -0.29115 -10.88558 0.00000 … [ Source ] s-type = 4 $ Create radiation field centered on 0 $ Adjust center of radiation field in trcl=400 x0 = 0.0 y0 = 0.0 z0 = 0.0 z1 = 0.0 r0 = 5.0 dir = 1.0 trcl = 400 [ Transform ] $ Transform source directing beam along x-axis tr400 -0.29115 -10.88558 0.00000 … [ Source ] s-type = 5 $ Create radiation field centered on 0 $ Adjust center of radiation field in trcl=400 x0 = -0.049-4.0 x1 = -0.049+4.0 y0 = -1.266-4.0 y1 = -1.266+4.0 z0 = -0.3 z1 = -0.3 dir = 1.0 trcl = 400 円柱スペクトル線源 直方体スペクトル線源 Trcl=400でy軸向きにビームを回転 (-0.049, -1.266, -0.3)[cm] を中心に、xy平面で8x8cm2の照射野を設定 icntl=0でPHITSを実行し、deposit-xz.epsでビーム形状を確認 Adjustment of source 7

線源の変更2 Adjustment of source 8 4MV X線スペクトル に変更する 6MV X線スペクトル s-type = 4 … $ Varian 6MV photon spectrum based on D. Sheikh-Bagheri et al. PMB 29 (2002) 391 e-type = 1 ne = 24 0.0000E+00 2.1400E-03 2.5000E-01 1.2600E-02 5.0000E-01 1.3100E-02 7.5000E-01 1.1400E-02 1.0000E+00 9.7600E-03 [ Source ] s-type = 4 … $ Varian 6MV photon spectrum based on D. Sheikh-Bagheri et al. PMB 29 (2002) 391 e-type = 1 ne = 16 infl:{spectrum-4MV.inp} 4MV X線スペクトル に変更する 6MV X線スペクトル （初期設定） 初期設定のデータは削除 Adjustment of source 8

三次元線量分布出力と変換 PHITS2DICOM 9 ①PHITSで三次元線量分布を計算 ・ phits.inpの一つ目と二つ目のt-depositタリーにOFF、最後のt-depositタリーのOFFを削除 ・ icntl=0でPHITSを実行 DICOMフォルダにあるファイルをどれでも良いので1つ指定 ②入力ファイルを作成（phits2dicom.inp） PHITS2DICOM input PHITS2DICOM用のインプットであることを明示 data/sample.dcm DICOM RT-doseサンプルファイルを指定 work_Kanazawa/DICOM/2.16.840…………….dcm DICOM2PHITSの変換に使用したDICOMファイル work_Kanazawa/PHITSinput/deposit-3D.out PHITSで計算した三次元線量分布データを指定 work_Kanazawa/PHITSinput/phits.out PHITS実行で出力されたphits.outを指定 work_Kanazawa/PHITSinput/RTD.deposit-3D.dcm RT-dose形式で出力するファイル名を指定 0 線量の規格化を設定 0:しない（最大値が1で規格化） 1:する ③ PHITS2DICOM実行 (Windows) dicom2phits_win.batにphits2dicom.inpをドラッグ&ドロップ 　 　 (Mac) dicom2phits_mac.commnadをダブルクリック、現れる窓にphits2dicom.inpと入力 ④ DICOM viewer (例：dicompyler)で確認 ・ work_Tokushimaのフォルダを指定 ・ Rx値は1 cGyを選択 PHITS2DICOM 9

三次元線量分布 統計量が足りず、滑らかな分布が得られていない maxcasを１０倍に増やして確認してみましょう 3D dose distribution 10

Improvement of statistics 統計精度 １０倍程度ではまだ分布が滑らかにならない ⇒　１０００倍以上の計算量が必要 phits2dicom.inpを次の様に変更し、PHITS2DICOMを実行 PHITS2DICOM input PHITS2DICOM用のインプットであることを明示 data/sample.dcm DICOM RT-doseサンプルファイルを指定 work_Kanazawa/DICOM/2.16.840…………….dcm DICOM2PHITSの変換に使用したDICOMファイル work_Kanazawa/PHITSinput/LONGdeposit-3D.out PHITSで計算した三次元線量分布データを指定 work_Kanazawa/PHITSinput/LONGphits.out PHITS実行で出力されたphits.outを指定 work_Kanazawa/PHITSinput/RTD.deposit-3D.dcm RT-dose形式で出力するファイル名を指定 0 線量の規格化を設定 0:しない（最大値が1で規格化） 1:する 1000倍の統計量の計算結果 DICOM viewer で確認 （Rx値は100cGyを選択） 分布が滑らかに Improvement of statistics 11

治療計画装置の出力との比較 DICOM viewer でTP_Kanazawaフォルダを指定 規格化は？ RT-imageと治療計画装置の RT-plan, RT-doseを内包 規格化は？ Comparison with TP 12

治療計画装置の出力の規格化 DICOM Treeのタグ選択 プルダウンからRT Plan選択 規格化の位置 規格値 Comparison with TP 13

線量分布比較のための規格化 Comparison with TP 14 phits2dicom.inpを次の様に変更し、PHITS2DICOMを実行 PHITS2DICOM input PHITS2DICOM用のインプットであることを明示 data/sample.dcm DICOM RT-doseサンプルファイルを指定 work_Kanazawa/DICOM/2.16.840…………….dcm DICOM2PHITSの変換に使用したDICOMファイル work_Kanazawa/PHITSinput/LONGdeposit-3D.out PHITSで計算した三次元線量分布データを指定 work_Kanazawa/PHITSinput/LONGphits.out PHITS実行で出力されたphits.outを指定 work_Kanazawa/PHITSinput/RTD.deposit-3D.dcm RT-dose形式で出力するファイル名を指定 1 線量の規格化を設定 0:しない（最大値が1で規格化） 1:する -0.5 -12.6 -2.0 規格化する位置座標(x,y,z) [mm] 2.0 上記位置での線量値 治療計画装置のRT-planヘッダーから読み取った情報 DICOM viewer で比較　（Rx値は200cGyを選択） 　　治療計画装置の出力結果　(TP_Kanazawa) PHITSシミュレーション結果　(work_Kanazawa) Comparison with TP 14

線量分布の比較 Z=-3mm Z=-3mm 治療計画装置の出力 (TP_Kanazawa) PHITSシミュレーション (work_Kanazawa) Comparison with TP 15

(DICOM2PHITS→PHITS→PHITS2DICOM) まとめ DICOMイメージを使用したPHITSシミュレーション (DICOM2PHITS→PHITS→PHITS2DICOM) 線源を状況に合わせて変更 PHITS2DICOMを使用することで、PHITS出力の三次元線量分布をRT-dose形式に変換 十分な統計精度を得るためには入射粒子数を増やす必要あり 線量分布の比較のためには規格化が重要 Summary 16