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コバルト60遠隔治療装置の
シミュレーションを通しての
EGS 5とGEANT 4の比較
柴田 洋希、田伏勝義、捫垣智博
名大・大学院 医学系研究科
背景 1
近年、粒子線治療施設の増加に伴い、粒子線治療
が一般に知られるようになってきた。
このような状況を受け、当研究室でも粒子線治療の
モンテカルロシミュレーションに対応する必要がある
と考えた。
背景 2
現在、当研究室では、粒子線に対応したコードとし
て、GEANT 4を導入中である。
GEANT 4の導入にあたって、EGSとの構造、言語
などの違いから、EGS 5や実測と、GEANT 4の結
果を比較する必要があると考えた。
基礎的なシミュレーション
水ファントムに光子線を入射し、PDDを取得する。
照射条件
照射ビーム
照射野
SSD
粒子数
：Co-60γ線（1.17 MeV、1.33 MeV）
：10×10 cm2
：80 cm
：GEANT 4
5 億個
EGS 5
10 億個
Geometry
データ取得領域：
0.5 ×0.5 ×0.1 cm3のボク
セルをビーム中心軸上に
300 個
Source
80 cm
Air
10 cm
10 cm
Water
・
・
・
・
・
0.1
cm
0.5
0.5 cm cm
30 cm
30 cm
30 cm
結果１ PDD
100
GEANT4
EGS5
chamber
PDD [ % ]
80
60
40
20
0
0
5
10
depth [ cm ]
15
20
結果２ Energy Deposition
Energy Deposition [ MeV/cm3/primary ]
4.0E-04
GEANT4
EGS5
3.5E-04
3.0E-04
2.5E-04
2.0E-04
1.5E-04
1.0E-04
5.0E-05
0.0E+00
0
5
10
depth [ cm ]
15
20
結果３ EGSの値に対するGEANTの値の比
1.03
1.02
relative value
1.01
1.00
0.99
0.98
0.97
0.96
0.95
0
5
10
depth [ cm ]
15
20
目的
EGS 5とGEANT 4を用いてコバルト60遠隔治療装
置を再現し、シミュレーションを行い、その結果を比
較する。
シミュレーション条件など
使用したコード：
EGS 5 ver.1.0.2
GEANT 4 ver.8.3
SSD ： 80 cm
線質 ： γ線（ Co - 60 等方線源）
1.17、1.33 MeV
照射野 : 10 × 10 cm2
カットオフエネルギー :
光子：10 keV
電子：521 keV
使用した物質
線源：コバルト
線源容器：ステンレス
ヘッド外壁：鉛
ヘッド、コリメータ：
タングステン
chardは、リージョンの最小幅とした。
GEOMETRY – GEANT 4
ヘッド内部を再現。
線源を円筒形として
近似し、内部からγ線を照
射。
Source
SSD =
80 cm
Collimeter
Tough
Water
Collimeter－GEANT 4
Y
Z
X
Z
GEOMETRY – EGS 5
Source
ヘッド内部を再現。
線源を円筒形として
近似し、内部からγ線を照
射。
Collimeter
SSD =
80 cm
コリメータを板状に近似。
Tough
Water
Collimeter－EGS 5
X
Z
Y
Z
検討項目
ファントム表面でのスペクトル
PDD
10 cm 深のOCR
ファントム表面でのスペクトル
ファントム入射直前の
光子のエネルギーを
取得。
Source
EBINは10 keVとした。
粒子数：
GEANT 4 1億 個
EGS 5
1億 個
SSD =
80 cm
Collimeter
データ取得面
Tough
Water
光子線のスペクトル
40
GEANT4
EGS 5
35
relative value [ % ]
30
25
20
15
10
5
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
energy [ MeV ]
1
1.2
1.4
光子線のスペクトル
1.0
GEANT4
EGS 5
0.9
relative value [ % ]
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
energy [ MeV ]
1
1.2
1.4
ビーム方向の限定
PDD、OCRの
シミュレーションでは、
計算速度向上のために、
入射粒子の方向余弦を
限定してシミュレーションを
行った。
ビーム方向を限定した場合のスペクトル
50
GEANT4
EGS 5
GEANT4 limited
EGS 5 limited
45
relative value [ % ]
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
energy [ MeV ]
1
1.2
1.4
ビーム方向を限定した場合のスペクトル
1.0
GEANT4
EGS 5
GEANT4 limited
EGS 5 limited
0.9
relative value [ % ]
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
energy [ MeV ]
1
1.2
1.4
結果①
EGS 5とGEANT 4では低エネルギー部分で
違いがみられた。
ビーム方向を限定することで、低エネルギー
成分が減少すると同様の傾向を示した。
PDD
ファントム中心軸上に
ボクセルを配置。
照射野
10 × 10 cm2
ボクセルサイズは、
０～1.2 cm深 :
0.5×0.5×0.1 ㎝3
1.5～20 cm深 :
0.5×0.5×0.5 ㎝3
粒子数：
GEANT 4 9 億 個
EGS 5 13 億 個
（統計誤差 ８％以下）
実測は電離箱により測定。
Tough
Water
・
・
・
・
・
0.5
0.5 cm cm
30 cm
30 cm
30 cm
基準深の値で正規化したDepth Dose
120
GEANT4
EGS5
実測
relative value [ % ]
100
80
60
40
20
0
0
5
10
depth [ cm ]
15
20
10㎝深でのOCR
10 ㎝ 深に
0.5×0.5×0.5 cm3の
ボクセルを碁盤目状に配置。
照射野
10 × 10 cm2
計算された線量分布より
OCRを取得。
粒子数：
GEANT 4 6.5 億個
EGS 5 13 億 個
（統計誤差 6％以下）
CV
30
cm
実測はフィルム法で
取得した線量分布から
DDシステムを用いて
取得した。
30 cm
30 cm
10 cm 深のOCR
120
EGS5
GEANT4
実測
relative value [ % ]
100
80
60
40
20
0
-15
-10
-5
0
5
distance from axis [ cm ]
10
15
結果②
正規化したDepth Doseでは、
EGS 5、GEANT ４ともに10cm深以降で実測とよい
一致がみられたが、ビルドアップ領域では実測と差
がみられた。
OCRでは、照射野辺縁まで、EGS 5とGEANT 4で
よい一致が見られたが、実測と比較すると低線量部
で差がみられた。
考察
今回の条件では、スペクトルは
EGS 5とGEANT 4で同様の傾向を示した。
スペクトルの形状が似ているため、
PDDやOCRといった吸収線量の計算で
良い一致を示したと考えられる。
今後の検討課題
低エネルギー部でみられた
スペクトルの差についての詳細な解析
ビーム方向を限定せずにPDD、OCRの計算
を行う