放射線シミュレータの新展開

辐射模拟器的新进展

• 批准号: 21H04881
• 负责人: 佐々木 節
• 金额: $ 26.54万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04881/
• 关键词: 放射線シミュレーション; 超並列計算; GPGPU; モンテカルロ法; 超並列

放射線を扱う全ての分野において、放射線と物質の相互作用を定量的に見積もるためにモンテカルロ法が用いられている。放射線を構成する粒子を小さなステップで移動させ、放射線の線種によって異なる物理過程を網羅的に扱い、次のステップを進める。放射線が入射した興味ある空間から通り抜けるか、放射線が消滅するまで、この小さなステップで放射線を追跡する。粒子輸送法とも呼ばれている。計算時間が掛かることが問題であり、過去から、様々な取り組みが行われてきた。本研究は、従前より開発を行っているMPEXS2を改善し、計算時間の短縮とともに機能の充実を図ることを目的としている。医学物理、宇宙、放射線化学など様々な分野の要求要件を解析し、機能の拡充に努めてきた。基礎的な測定結果との比較を精密に行い、各アプリケーションに対する精度の保証を行った。本研究において、GPUで実行するためにCUDA言語で実装を行い、これまでの汎用放射線シミュレータをはるかに凌ぐ実行性能を得ることが出来た。本年度は、陽子線治療、炭素線治療のシミュレーションに加え、X線治療のシミュレーションにも着手した。X線治療のシミュレーションにおいては、様々な近似を行うことで、計算時間を短縮する試みが古くから行われてきた。しかし、近年、VMAT(Volumetric Modulated Arc Therapy)と呼ばれる多方向から強度を変えたビームを照射する手法が広く利用されるようになり、近似計算による計算精度の問題が指摘されるようになった。MPEXS2は、フルモンテカルロ法と呼ばれる近似に依存しない計算アルゴリズムを採用しており、計算速度が向上した上で、精度の問題はない。VMATのシミュレーションへの応用を可能にする様々な高速化手法に関する検討を行った。

The method of quantitative analysis of the interaction between radiation and substances is used in the field of radiation. The composition of radiation particles, the movement of radiation species, the physical processes involved, and the evolution of radiation species. The radiation is incident on the space, the radiation is eliminated, and the radiation is traced. Particle transport methods are used to transport particles. Calculation time This study aims to improve MPEXS2 performance, shorten computation time and improve functionality. Medical physics, cosmology, radiation chemistry, analysis of the requirements of the field, functional and sufficient efforts. The accuracy of the basic measurement results is guaranteed by comparing them with each other. In this study, the GPU was implemented in CUDA speech, and the general radiation was implemented in CUDA speech. This year, we started work on the development of X-ray therapy, X-ray therapy and X-ray therapy. X-ray therapy is a process of approximation, shortening the calculation time and improving the quality of treatment. In recent years, VMAT(Volumetric Modulated Arc Therapy) has been criticized for its multi-directional intensity, approximate calculation and calculation accuracy. MPEXS2 has a number of problems, such as: approximation, calculation, adoption, calculation speed, accuracy, etc. VMAT's design and application are discussed in detail.