IAEA phase space fileを用いた X線治療シミュレーション

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1 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

2 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

3 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[ ] set:c2[ ] totfact = c2/c1 s-type = 17 file = dmp-PHITS.out dump = -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

4 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

5 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

6 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

7 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 = ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ S o u r c e ] set:c1[ ] set:c2[ ] totfact = c2/c1 s-type = 17 file = dmp-PHITS.out dump = -9 変数c1やc2の数値とDump定義文を確認 Source 7

8 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 = ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ S o u r c e ] set:c1[ ] set:c2[ ] totfact = c2/c1 s-type = 17 file = dmp-PHITS.out dump = -9 track_xz.eps (1ページ目): photon Source 8

9 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

10 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 = maxcas = maxbch = ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ 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

11 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 = maxcas = maxbch = ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ T - C r o s s ] title = energy spectrum z-type = 1 nz = 1 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

12 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 = maxcas = maxbch = ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ T - Deposit ] title = xy-distribution of dose z-type = 2 zmin = zmax = 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

13 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 = xmax = nx = 50 y-type = 2 ymin = ymax = ny = 50 z-type = 2 zmin = zmax = nz = 1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ axis = xy file = deposit_xy.out 中心部分を拡大する deposit_xy.eps Source 13

14 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 = zmax = 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

15 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

16 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 = zmax = 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

17 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 = zmax = nz = ・ ・ ・ ・ ・ ・ 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

18 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 = zmax = nz = ・ ・ ・ ・ ・ ・ 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

19 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 = zmax = nz = ・ ・ ・ ・ ・ ・ 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

20 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

21 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

22 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 [ S o u r c e ] off set:c1[ ] set:c2[ ] 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

23 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 [ S o u r c e ] set:c1[ ] set:c2[ ] 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

24 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

25 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