IAEA phase space fileを用いた X線治療シミュレーション PHITS Multi-Purpose Particle and Heavy Ion Transport code System IAEA phase space fileを用いた X線治療シミュレーション 2017年1月改訂 title 1

本実習の目標 PHITS形式に変換したphase space fileのデータを線源としたシミュレーションができるようになる。 Phase space file(Varian_Clinac_600C_6MV_1x1)を線源としたシミュレーション結果。光子の空間分布（左）と水ファントムにおける吸収線量分布（右）。 Purpose 2

はじめに PSFC4PHITSで変換したデータファイル(dmp-PHITS.out)をPSF.inpが置かれたフォルダにコピーしましょう [ S o u r c e ] set:c1[69184770] set:c2[9414373] totfact = c2/c1 s-type = 17 file = dmp-PHITS.out dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [source]セクションで指定しているdump data fileがないとエラーになる Dump data file 3

実習内容 体系の確認 変換したphase space fileの利用 線源の分析 吸収線量の空間分布の評価 分析したエネルギー分布を線源とした2段階計算 まとめ Table of contents 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しましょう。 icntl=8としてPHITSを実行すると、[t-track]からaxis=xzの2次元平面図が出力されます。 track_xz.epsを開いて体系を確認してみよう！ PSF.inp ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ P a r a m e t e r s ] icntl = 8 [ T - T r a c k ] title = Track in xyz mesh axis = xz file = track_xz.out track_xz.eps Water phantom 40 cm z=90～130cmの位置に、1辺40cmの立方体の水ファントムが置かれている 40 cm Geometry 5

実習内容 体系の確認 変換したphase space fileの利用 線源の分析 吸収線量の空間分布の評価 分析したエネルギー分布を線源とした2段階計算 まとめ Table of contents 6

課題1 変換したphase space fileを線源として設定してみましょう。 icntl=0として輸送計算を実行 Source 7 PSF.inp icntl=0として輸送計算を実行 [ P a r a m e t e r s ] icntl = 8 ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ S o u r c e ] set:c1[69184770] set:c2[9414373] totfact = c2/c1 s-type = 17 file = dmp-PHITS.out dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 変数c1やc2の数値とDump定義文を確認 Source 7

課題1の答え合わせ 変換したphase space fileを線源として設定してみましょう。 Source 8 PSF.inp z=66.8cmの位置からz軸のプラスの方向に飛んでいる [ P a r a m e t e r s ] icntl = 0 ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ S o u r c e ] set:c1[69184770] set:c2[9414373] totfact = c2/c1 s-type = 17 file = dmp-PHITS.out dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 track_xz.eps (1ページ目): photon Source 8

実習内容 体系の確認 変換したphase space fileの利用 線源の分析 吸収線量の空間分布の評価 分析したエネルギー分布を線源とした2段階計算 まとめ Table of contents 9

課題2 線源がどのようなエネルギー分布や空間的な広がりをもっているかを調べましょう。 Source 10 PSF.inp [parameters]セクションにあるmaxcasを40000に増やす axis=engとなっている[t-cross]セクションを有効にする axis=xyとなっている[t-deposit]セクションを有効にする [ P a r a m e t e r s ] icntl = 0 maxcas = 2000 maxbch = 1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ T - C r o s s ] off title = energy spectrum axis = eng file = cross_eng.out [ T - Deposit ] off title = xy-distribution of dose axis = xy file = deposit_xy.out どういう線源になっているだろう？ track_xz.eps (1ページ目): photon Source 10

課題2の答え合わせ1 線源がどのようなエネルギー分布や空間的な広がりをもっているかを調べましょう。 Source 11 PSF.inp [ P a r a m e t e r s ] icntl = 0 maxcas = 40000 maxbch = 1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ T - C r o s s ] title = energy spectrum z-type = 1 nz = 1 70.0 90.0 axis = eng file = cross_eng.out cross_eng.eps (1ページ目): z=70cm （光子）700keVをピークとし、6MeVまで指数関数的に減少するエネルギー分布。 （電子）ほとんど含まれていない。 1ページ目はz=70cm 2ページ目はz=90cm Source 11

課題2の答え合わせ2 線源がどのようなエネルギー分布や空間的な広がりをもっているかを調べましょう。 Source 12 PSF.inp [ P a r a m e t e r s ] icntl = 0 maxcas = 40000 maxbch = 1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ T - Deposit ] title = xy-distribution of dose z-type = 2 zmin = 95.0 zmax = 105.0 nz = 1 axis = xy file = deposit_xy.out deposit_xy.eps zに関して95～105cmの範囲の平均値 x=0cm, y=0cmを中心とした1cm×1cmの照射野 Source 12

課題3 ビーム領域を拡大し、その広がりを調べましょう Source 13 [t-deposit]のタリー範囲を変更する x,yに関して-2cmから2cmの範囲 x,yに関するメッシュ幅を0.04cmとする（nx,nyを変更する） PSF.inp [ T - Deposit ] title = xy-distribution of dose mesh = xyz x-type = 2 xmin = -25.0 xmax = 25.0 nx = 50 y-type = 2 ymin = -25.0 ymax = 25.0 ny = 50 z-type = 2 zmin = 95.0 zmax = 105.0 nz = 1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ axis = xy file = deposit_xy.out 中心部分を拡大する deposit_xy.eps Source 13

課題3の答え合わせ ビーム領域を拡大し、その広がりを調べましょう Source 14 PSF.inp [ T - Deposit ] title = xy-distribution of dose mesh = xyz x-type = 2 xmin = -2.0 xmax = 2.0 nx = 100 y-type = 2 ymin = -2.0 ymax = 2.0 ny = 100 z-type = 2 zmin = 95.0 zmax = 105.0 nz = 1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ axis = xy file = deposit_xy.out deposit_xy.eps xとyに関して-0.5cmから0.5cmまでの範囲を覆う1cm×1cmの照射野となっている Source 14

実習内容 体系の確認 変換したphase space fileの利用 線源の分析 吸収線量の空間分布の評価 分析したエネルギー分布を線源とした2段階計算 まとめ Table of contents 15

課題4 水ファントムにおける吸収線量の深さ分布を調べましょう Source 16 PSF.inp axis=zとしてz軸方向の分布を出力する 出力ファイル名をdeposit_z.outに変更 nx,nyは共に1（x,yのタリー範囲はそのまま） zに関するタリー範囲を水ファントムの領域に設定し、そのメッシュ幅を0.2cmとする angel = ylinを加える [ T - Deposit ] title = xy-distribution of dose mesh = xyz x-type = 2 xmin = -2.0 xmax = 2.0 nx = 100 y-type = 2 ymin = -2.0 ymax = 2.0 ny = 100 z-type = 2 zmin = 95.0 zmax = 105.0 nz = 1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ axis = xy file = deposit_xy.out 吸収線量はどうなっているだろう？ track_xz.eps (1ページ目): photon Source 16

課題4の答え合わせ 水ファントムにおける吸収線量の深さ分布を調べましょう Source 17 PSF.inp [ T - Deposit ] title = xy-distribution of dose mesh = xyz x-type = 2 xmin = -2.0 xmax = 2.0 nx = 1 y-type = 2 ymin = -2.0 ymax = 2.0 ny = 1 z-type = 2 zmin = 90.0 zmax = 130.0 nz = 200 ・ ・ ・ ・ ・ ・ axis = z file = deposit_z.out angel = ylin deposit_z.eps z=90~93cmの領域でビルドアップしている Source 17

課題5 水ファントムにおける吸収線量のビーム軸に対する垂直方向の広がりを調べましょう Source 18 PSF.inp [parameters]セクションにあるmaxcasを100000に増やす。 [t-deposit]セクションをコピーし、以下の変更を行う。 axis=xとし、出力ファイル名をdeposit_x.outに変更 xに関して、タリー範囲を-1cmから1cmとし、メッシュ幅を0.04cmとする。 yに関して、タリー範囲を-0.2cmから0.2cmとし、メッシュ幅を0.4cm(ny=1)とする。 zに関しては、z=100cmを中心に幅1cmの範囲をタリーする（ただし、nz=1）。 PSF.inp [ T - Deposit ] title = xy-distribution of dose mesh = xyz x-type = 2 xmin = -2.0 xmax = 2.0 nx = 1 y-type = 2 ymin = -2.0 ymax = 2.0 ny = 1 z-type = 2 zmin = 90.0 zmax = 130.0 nz = 200 ・ ・ ・ ・ ・ ・ axis = z file = deposit_z.out ビーム軸に垂直な成分を調べる track_xz.eps (1ページ目): photon Source 18

課題5の答え合わせ 水ファントムにおける吸収線量のビーム軸に対する垂直方向の広がりを調べましょう Source 19 PSF.inp [ T - Deposit ] title = xy-distribution of dose mesh = xyz x-type = 2 xmin = -1.0 xmax = 1.0 nx = 50 y-type = 2 ymin = -0.2 ymax = 0.2 ny = 1 z-type = 2 zmin = 99.5 zmax = 100.5 nz = 1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ axis = x file = deposit_x.out deposit_x.eps Phase space fileの設定通り、1cm幅の照射野を形成している Source 19

実習内容 体系の確認 変換したphase space fileの利用 線源の分析 吸収線量の空間分布の評価 分析したエネルギー分布を線源とした2段階計算 まとめ Table of contents 20

Phase space fileを分析して得られたエネルギー分布を線源として設定し、2段階計算を実行してみましょう。 →水ファントムにおける吸収線量は、同様の結果となることが予想される。 （利点）dmp-PHITS.outを使用しないので、データ数の制限を受けない。 （欠点）元のphase space fileに含まれる粒子の方向（運動量）の情報を無視することになる。 Phase space fileを分析し、その特徴をふまえて設定することが重要！ 十分な統計量をもったエネルギー分布のタリー結果を得る。 粒子の方向は+Z軸とする。 cross_eng.eps (1ページ目): z=70cm Source 21

課題6 [source]セクションにおいてe-type=20とし、タリー結果を線源のエネルギー分布として設定してみましょう。 Source 1つ目の[source]セクションを”off”により無効にする。 e-type=20, file= cross_eng.outとしている2つ目の[source]セクションの”off”を消し、有効にする。 file= cross_eng.outとしている[t-cross]を”off”により無効にする。 PSF.inp [ S o u r c e ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ S o u r c e ] off set:c1[69184770] set:c2[9414373] totfact = c2/c1 s-type = 5 e-type =20 file = cross_eng.out proj = photon dir = 1.0 z0 = 70.0 z1 = 70.0 e-type=20の場合はe0=等によるエネルギーの情報は不要 タリーの出力ファイル名を指定する 発生する粒子や方向、場所は指定する Source 22

課題6の答え合わせ [source]セクションにおいてe-type=20とし、タリー結果を線源のエネルギー分布として設定してみましょう。 PSF.inp [ S o u r c e ] off ・ ・ ・ ・ ・ ・ dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ S o u r c e ] set:c1[69184770] set:c2[9414373] totfact = c2/c1 s-type = 4 e-type =20 [ T - C r o s s ] off file = cross_eng.out deposit_z.eps deposit_x.eps 課題4,5の結果と同様の結果が得られた Source 23

実習内容 体系の確認 変換したphase space fileの利用 線源の分析 吸収線量の空間分布の評価 分析したエネルギー分布を線源とした2段階計算 まとめ Table of contents 24

まとめ Phase space fileをPHITS形式に変換したデータを線源としたシミュレーションを行った。 複数のタリーを組み合わせて線源データのエネルギー分布と空間的な広がりを調べた。 水ファントムにおける吸収線量の空間的な分布を調べた。 Phase space fileを分析して得られたエネルギー分布を線源とした2段階計算を行った。 《休憩はさむ》 まとめ Summary 25