Multi-Purpose Particle and Heavy Ion Transport code System

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1 Multi-Purpose Particle and Heavy Ion Transport code System
PHITS Multi-Purpose Particle and Heavy Ion Transport code System X線のダンプデータを用いた2段階計算 2014年5月改訂 title 1

2 ダンプデータとして蓄えたX線を水ファントムの左右から照射して求めた吸収線量分布
本実習の目標 10MeV電子を線源とする1段階目の計算で発生したX線をダンプデータとして蓄え、これを線源とする2段階目の計算を実行し、X線を用いたシミュレーションが効率よく行えるようになる ダンプデータとして蓄えたX線を水ファントムの左右から照射して求めた吸収線量分布 Purpose 2

3 実習内容 体系の確認 X線のダンプデータの作成 ダンプデータを線源とした輸送計算 X線の多門照射 [transform]による照射方向の変更
複数のタリー結果の足しあわせ Table of contents 3

4 DumpDataSourceXray.inp 初期設定の体系 Input file 4 Water phantom Electron
10 MeV X-ray (photon) 30 cm 30 cm 約50 cm 10 cm Primary collimator Movable collimator Flattening filter x軸 W + Cu target 6 cm 1 cm 4 cm 10 cm 6 cm 1 cm y軸 cm 6 cm 5 cm 1辺10 cmの立方体×4 Input file 4

5 体系の確認 Icntl=8として、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。 Geometry 5
track_xz.eps Geometry 5

6 実習内容 体系の確認 X線のダンプデータの作成 ダンプデータを線源とした輸送計算 X線の多門照射 [transform]による照射方向の変更
複数のタリー結果の足しあわせ Table of contents 6

7 課題1 フラットニングフィルターの領域に入射する光子をダンプデータとして蓄えてみましょう(icntl=0として実行) Dump data 7
フラットニングフィルターの領域をouter regionとする dumpパラメーターを加えた[t-cross]セクションを有効に する（offをはずす） フラットニングフィルターの領域に入射する（セル番号 98から8に移動する）光子のエネルギー分布をタリーで きる[t-cross]セクションを有効にする（offをはずす） Electron 10 MeV X-ray (photon) Dump領域 Dump data 7

8 課題1の答え合わせ フラットニングフィルターの領域に入射する光子をダンプデータとして蓄えてみましょう(icntl=0として実行)
消す [ C e l l ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ $ [ T - C r o s s ] off title = [t-cross] ・ ・ ・ mesh = reg reg = 1 non r-in r-out area e-type = 2 emin = 0.0 emax = 20.0 ne = 1 unit = 1 axis = eng file = cross_photon.out output = flux part = photon epsout = 1 dump = -9 [ T - C r o s s ] off title = Energy ・ ・ ・ mesh = reg reg = 1 non r-in r-out area e-type = 3 emin = emax = 20.0 ne = 200 unit = 1 axis = eng file = cross_eng.out output = flux part = photon epsout = 1 消す Dump dataは、 cross_photon_dmp.out Dump data 8

9 エネルギースペクトル 得られたダンプデータが線源として十分かどうかを確認しましょう Dump data 9 cross_eng.eps
分布は隙間もなく線源として十分（相対誤差は10%程度） Dump data 9

10 もし統計量が十分でないと感じたら Istdevパラメーターを利用して、再開始計算を実行しましょう。 Dump data 10
[ P a r a m e t e r s ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ istdev = -2 ただし、次の点に注意してください 2段階目の計算ではistdevをコメントアウトする 大規模なダンプデータが作成される cross_eng.eps 統計量を5倍 Dump data 10

11 実習内容 体系の確認 X線のダンプデータの作成 ダンプデータを線源とした輸送計算 X線の多門照射 [transform]による照射方向の変更
複数のタリー結果の足しあわせ Table of contents 11

12 課題2 ダンプデータとして蓄えた光子を線源として2段階目の輸送計算を実行してみましょう Dump data 12
フラットニングフィルターの領域を元に戻す dumpパラメーターを加えた[t-cross]セクションを無効に する（offを書き加える） dump dataを線源とする[source]セクションを設定する （規格化定数はcross_photon.outより読み取る） 吸収線量の空間分布をタリーできる[t-deposit]セクショ ンを有効にする（offをはずす） dumpデータを用いた[source]セクションの入力形式 Dump領域 X-ray (photon) [ S o u r c e ] totfact = *** s-type = 17 file = ******_dmp.out dump = -9 Dump data 12

13 課題2の答え合わせ ダンプデータとして蓄えた光子を線源として2段階目の輸送計算を実行してみましょう Dump data 13 消す
[ S o u r c e ] off s-type = 1 proj = electron ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ S o u r c e ] totfact = E-01 s-type = 17 file = cross_photon_dmp.out dump = -9 [ T - C r o s s ] off ・ ・ ・ ・ ・ ・ dump = -9 [ T - Deposit ] off title = Dose in xyz mesh 消す deposit_xz.eps [ C e l l ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ $ Dump data 13

14 課題3 コリメーターの間隔を変えて、水ファントム表面において10cm×10cm程度の照射野が作成されるようにしましょう Dump data
track_xz.epsとtrack_xy.epsを見て確認する X-ray (photon) 10 cm 10 cm Dump data 14

15 課題3の答え合わせ コリメーターの間隔を変えて、水ファントム表面において10cm×10cm程度の照射野が作成されるようにしましょう
[ S u r f a c e ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ set:c1[1.0] rpp -10-c1 -c rpp c c rpp c1 -c rpp c1 10+c trc e-10 track_xz.eps（2ページ目） track_yz.eps （2ページ目） Dump data 15

16 実習内容 体系の確認 X線のダンプデータの作成 ダンプデータを線源とした輸送計算 X線の多門照射 [transform]による照射方向の変更
複数のタリー結果の足しあわせ Table of contents 16

17 X線の照射方向の変更 X線の照射方向を変えるために、ダンプデータによる線源、フラットニングフィルター、可変コリメーターを水ファントムを中心にして回転させましょう。 Water phantom X-ray (photon) 水ファントムは固定 X線の線源部分をまとめて回転 [transform] 17

18 [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) set: c82[0] $ 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) tr600 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) cos(c82/180*pi)*cos(c83/180*pi) 1 Z軸, Y軸, X軸の周りに回転させる角度 平行移動のZ,Y,X成分 各セクションにtrcl=600を加えることで機能する [transform] 18

19 課題4 [transform]を使ってX線の線源部分を回転させ、水ファントムの反対側から照射してみましょう。 [transform] 19
ダンプデータを用いた[source]セク ションにtrcl=600を加える セル番号4,5,6,7,8にtrcl=600を加える Y軸周りに180度回転させる 回転後の線源部分が含まれるよう にtrack_xz.epsとdeposit_xz.epsの タリー領域を拡大する [ S o u r c e ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ dump = -9 trcl = *** [ C e l l ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ trcl=*** trcl=*** trcl=*** trcl=*** trcl=*** $ [ Transform ] $ Transform X-ray beam set: c81[0] $ angle of around Z (degree) set: c82[0] $ angle of around Y (degree) set: c83[0] $ angle of around X (degree) ・ ・ ・ ・ ・ ・ [transform] 19

20 課題4の答え合わせ [transform]を使ってX線の線源部分を回転させ、水ファントムの反対側から照射してみましょう。
[ S o u r c e ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ dump = -9 trcl = 600 [ T - T r a c k ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ z-type = 2 zmin = zmax = nz = 220 file = track_xz.out [ T - Deposit ] [ C e l l ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ trcl=600 trcl=600 trcl=600 trcl=600 trcl=600 $ [ 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) ・ ・ ・ ・ ・ ・ [transform] 20

21 照射方向を変更した場合 [transform] 21 track_xz.eps（2ページ目） deposit_xz.eps
水ファントムに対して、反対側からの照射を行った [transform] 21

22 実習内容 体系の確認 X線のダンプデータの作成 ダンプデータを線源とした輸送計算 X線の多門照射 [transform]による照射方向の変更
複数のタリー結果の足しあわせ Table of contents 22

23 + = タリー結果の足しあわせ 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ることが可能。
Sum of tally results 23

24 Sumtallyの使用方法 Sum of tally results 24
\lecture\therapy\programにあるsumtallyフォルダをコピーする sumtallyフォルダの中にresult1, result2といった複数のフォルダを作成し、照射角度を変えたインプットをコピーしてPHITSを実行 sumtallyの基本情報ファイル（sumtally.inp）を作成する sumtallyを実行 (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deposit_xz_sum.outが作成される deposit_xz_sum.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deposit_xz_sum.epsが作成される 足し合わせた結果の出力ファイル名 “deposit_xz_sum.out” 1.5 2 1.0 "result1/deposit_xz.out" 1.0 "result2/deposit_xz.out" 全体の規格化定数 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 Sum of tally results 24

25 Sumtallyの計算内容 足しあわせた結果 相対誤差 Sum of tally results 25

26 課題5 2つの方向からX線を水ファントムに照射した場合の吸収線量を求めてみましょう Sum of tally results 26
Sumtallyフォルダをコピーし、その中にresult1, result2の2つのフォルダを作成する Y軸周りの回転角度を0, 180度としたインプットファイルを作成し、それぞれresult1, 2のフォルダにコピーする（合わせてcross_photon_dmp.outもコピー） それぞれのインプットファイルを用いてPHITSを実行 Sumtallyを用いてdeposit_xz.outの結果を足しあわせる sumtally.inp “deposit_xz_sum.out” 1.5 2 1.0 "result1/deposit_xz.out" 1.0 "result2/deposit_xz.out" 全体の規格化定数は1.5とし、 2つのタリー結果のウエイト値は1:1とする Sum of tally results 26

27 課題5の答え合わせ 2つの方向からX線を水ファントムに照射した場合の吸収線量を求めてみましょう Sum of tally results
\result1\DumpDataSourceXray.inp \result2\DumpDataSourceXray.inp [ Transform ] $ Transform X-ray beam set: c81[0] $ angle of around Z (degree) set: c82[0] $ angle of around Y (degree) set: c83[0] $ angle of around X (degree) ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ 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) ・ ・ ・ ・ ・ ・ deposit_xz_sum.eps 両方向からの照射による吸収線量（ただし統計量が十分ではない） Sum of tally results 27

28 + = タリー結果の足し合わせ（補足） 十分に統計量を増やした場合の結果
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 28

29 まとめ 10MeV電子を1次線源とし、W+Cu標的に照射して発生するX線をダンプデータとして蓄えた
[transform]を用いたX線源の回転を行い、任意の方向からの照射が可能となった Sumtallyプログラムを用いて、複数方向から照射した場合の結果を得られるようになった 《休憩はさむ》 まとめ Summary 29