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Carter, L. M.*; Crawford, T. M.*; 佐藤 達彦; 古田 琢哉; Choi, C.*; Kim, C. H.*; Brown, J. L.*; Bolch, W. E.*; Zanzonico, P. B.*; Lewis, J. S.*
Journal of Nuclear Medicine, 60(12), p.1802 - 1811, 2019/12
被引用回数：22 パーセンタイル：79.81(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)従来の内部被ばく研究では、CT画像などに基づき構築したボクセル人体ファントムを適用し、線量評価データを解析することが一般的であった。しかし、皮膚や膜状組織などをより精密に表現できるポリゴンメッシュ人体ファントムの開発が進められており、内部被ばく研究でもこのファントムを用いた評価が要求されている。しかし、モンテカルロ放射線輸送計算コードにこのファントムを取り込んで計算を行うことは、コードに精通していない場合は難しい現状となっている。そこで、PHITSの使い方に関する詳しい知識を持たないユーザーでも、このファントムを用いた内部被ばく線量計算が簡単にできるツールPARaDIMを開発した。このツールでは、グラフィカルインターフェースにより、使用する四面体メッシュファントムの選択や臓器毎の放射性核種の設定、そしてPHITSの実行が操作できる。このツールを用いた実行例をいくつか示し、先行研究との比較を行うことで、本ツールの有用性を確認した。
Yeom, Y. S.*; Han, M. C.*; Choi, C.*; Han, H.*; Shin, B.*; 古田 琢哉; Kim, C. H.*
Health Physics, 116(5), p.664 - 676, 2019/05
被引用回数：7 パーセンタイル：61.18(Environmental Sciences)国際放射線防護委員会(ICRP)のタスクグループ103により、メッシュ形状の線量評価用人体ファントム(MRCPs)の開発が進められている。この人体ファントムは、将来的には線量評価で用いる標準人体モデルとして採用される予定である。そこで、このMRCPファントムに対するベンチマーク計算を主なモンテカルロ粒子輸送計算コード(Geant4, MCNP6およびPHITS)で行った。様々な粒子およびエネルギーで外部および内部被ばくの計算を実施し、計算時間やメモリ使用量をコード間で比較した。また、ボクセルファントムに対する計算も行い、コード毎の異なるメッシュ表現による性能の違いについて調べた。MRCPのメモリ使用量はGeant4およびMCNP6で10GB程度であったのに対し、PHITSでは1.2GBと顕著に少なかった。また、計算時間に関してもGeant4およびMCNP6ではボクセルファントムに比べてMRCPの計算時間は長くなる傾向を示したが、PHITSでは同程度もしくは短縮する傾向を示した。
Han, M. C.*; Yeom, Y. S.*; Lee, H. S.*; Shin, B.*; Kim, C. H.*; 古田 琢哉
Physics in Medicine & Biology, 63(9), p.09NT02_1 - 09NT02_9, 2018/05
被引用回数：7 パーセンタイル：39.2(Engineering, Biomedical)輸送計算コードGeant4, MCNP6, PHITSのマルチスレッド並列計算の実行性能について、異なる複雑さを持つ三体の四面体メッシュファントムを用いて調査した。ここでは、光子と中性子の輸送計算を実行し、初期化にかかる時間、輸送計算の時間及び、メモリ使用量と並列スレッド数の増加に対する相関関係を評価した。初期化にかかる時間は、ファントムの複雑化に伴い増加するものの、並列スレッド数にはあまり依存しないという傾向が三つ全ての計算コードで見られた。輸送計算の時間については、マルチスレッド並列計算に独立タリーの設計を採用しているGeant4では高い並列化効率(40並列で30倍の高速化)が見られたのに対し、MCNP6及びPHITSではタリー共有化による遅延のために、並列スレッド数増加に対する高速化の頭落ちが見られた(40並列でもMCNPは10倍、PHITSは数倍の高速化)。その一方で、Geant4は計算に必要なメモリ容量が大きく、並列スレッド数増加に対するメモリ使用量の増加もMCNP6やPHITSに比べて大きいことが分かった。また、PHITSの特筆すべき点として、メモリ使用量はファントムの複雑さやスレッド数によらず、他の二つの計算コードに比べて、顕著に小さいことも分かった。
古田 琢哉; 佐藤 薫; 高橋 史明
no journal, ,
モンテカルロ放射線輸送計算による線量評価研究では、ボクセル形式の人体ファントムが利用されてきた。しかし近年、薄い膜組織や小さな臓器の表現により優れているポリゴン形式の人体ファントムの開発が進んでいる。国際放射線防護委員会(ICRP)でもポリゴンファントムを標準モデルとして採用することが想定されており、今後の線量評価研究ではポリゴン人体ファントムが主流になると予想される。そこで、ポリゴンの一種である四面体メッシュ体系を取り扱う機能を放射線輸送計算コードPHITSに導入した。この導入に際し、輸送計算アルゴリズムを工夫することで、ボクセル形式の同程度の精密さを持つ人体ファントムを用いた輸送計算に比べて、計算時間を1/4に短縮することに成功した。また、日本人ボクセルファントムを基に独自のポリゴン人体ファントムの開発を進め、作成手順を確立した。平成30年度末の完成版の公開を目指している。
古田 琢哉
no journal, ,
近年、モンテカルロ放射線輸送計算コードPHITSでは、四面体メッシュ体系を利用できる機能を導入し、国際放射線防護委員会(ICRP)が提供を予定するメッシュ形状の線量評価用人体ファントム等の利用が可能になった。本機能の導入に際しては、輸送計算中に検索する四面体やその面の数を合理的に制限する独自のアルゴリズムも組み込んだ。これにより、計算時間の大幅な短縮に成功し、同数のメッシュ数であれば、微小直方体の積み上げで構成するボクセルメッシュと同程度の計算時間で四面体メッシュ体系の輸送計算を実行可能にした。さらに、四面体メッシュでは異なるサイズおよび形状の四面体を組み合わせることで、ボクセルメッシュよりも少ないメッシュ数で人体ファントム等の複雑体系を表現できる。そのため、四面体メッシュ人体ファントムを採用することで、計算時間を短縮することが可能である。このPHITSの性能については、本機能を水ファントムと人体ファントムに対して適用し、ボクセルメッシュと四面体メッシュを採用した場合での計算時間の比較により実証した。さらに、ICRPのメッシュ形状人体ファントムに対する外部被ばく計算を実行し、計算結果を他のモンテカルロコード(MCNP, Geant4)と比較したベンチマークテストも実施した。
