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古田 琢哉; 佐藤 達彦; Han, M. C.*; Yeom, Y. S.*; Kim, C. H.*; Brown, J. L.*; Bolch, W. E.*
Physics in Medicine & Biology, 62(12), p.4798 - 4810, 2017/06
被引用回数：10 パーセンタイル：47.55(Engineering, Biomedical)モンテカルロ輸送計算コードPHITSに、ポリゴン体系の一種である四面体メッシュ体系を利用できる機能を導入した。四面体メッシュは自由な形状を記述することに優れており、曲面を含む様々な複雑な体系を記述することができる。また、形式変換をすることでCAD等のソフトウェアを利用した三次元体系の設計も可能となった。本機能の導入に際し、初期段階で四面体メッシュ体系に対する分岐マップを準備し、輸送計算の計算時間を短縮する工夫を加えた。この工夫により、同数のメッシュ数であれば、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可能にした。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、より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。人体ファントムに対する線量計算では、四面体メッシュを採用することで、計算時間をボクセルメッシュの計算に比べて4倍短縮できることが分かった。
Brown, J. L.*; 古田 琢哉; Bolch, W. E.*
no journal, ,
従来の線量評価研究では、ボクセル数値人体ファントムによるモンテカルロ放射線輸送計算が採用されてきた。しかし、近年のモンテカルロコードの進展により、ボクセル形式に比べて、個々の臓器や体表面等をより精緻に表現することができるポリゴンメッシュ数値人体ファントムの適用が可能になった。ボクセルファントムはCTやMRIの画像を基に多数作られてきたが、これらを活用するためにメッシュファントムに変換し、さらにメッシュ形式のモデルへ変換する技術の開発が望まれている。そこで、ボクセル数値人体ファントムに対して、臓器等の領域境界を判定し、正確なポリゴンメッシュへと変換するアルゴリズムを開発した。この変換で得られたポリゴン数値人体ファントムはモンテカルロ輸送計算で使用できるとともに、CADソフトを使った体系の可視化も可能である。
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。
