オクトツリー表現を用いた放射線治療・診断におけるモンテカルロ計算の高速化

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07457204
• Research Institution: Hosei University, College of Engineering
• Principal Investigator: 尾川 浩一 法政大学, 工学部, 助教授 (00158817)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中島 真人 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (20051766)
• Keywords: モンテカルロシミュレーション / 光子輸送 / 物体記述 / オクトツリー表現 / シングルフォトンエミッションCT / 高速化 / 放射線医学 / 画像処理

Research Abstract

作成したプログラムの精度確認を、放射線治療やさまざまな分野でシミュレーション用に用いられているEGS4(Electron Gamma Shower ver.4)というプログラムとの比較によって行った。このEGS4と我々が作成した独自のプログラムとを比較した結果、計算結果はほとんど一致した。わずかな違いが現れた理由は、我々のプログラムではコヒーレント散乱を無視しているために、散乱光子の個数が数%低めの値となった。これは、演算時間を高速化するために、当該核種では散乱断面積の小さなものを無視したためであり、これらのことから我々の作成したプログラムの精度が確認できた。
次に、作成したプログラムの基本性能を評価するために、物体を基本の小立方体で記述して計算を行なうVoxel Based Metodのプログラムを作成し、このプログラムとオクトツリーを用いたものとの比較を行った。比較した点は、計算速度と計算精度、及び物体を記述するのに要するデータの大きさである。物体としては形状の複雑度の異なる3種類のディジタルファントム(Shepp phantom,Zubal phantom[brain,torso])を使用した。この際、CT画像からの画像輪郭を用いた。この結果、octree法は従来のVB法と比較して、記述領域数を62〜37%まで減らすことができ、また演算時間を67〜87%まで減らすことができた。プログラムのチューニングにより、さらにoctree法での高速化が期待でき、提案するアルゴリズムの有効性が立証された。

Research Products

• [Publications] Koichi Ogawa: "A new object modeling in Monte Carlo simulation" Annals of Nuclear Med.vol.10. S173- (1996)
• [Publications] Koichi Ogawa: "Accelerating photon transport in Monte Carlo simulation" IEEE Conf.Record of Nucl.Sci.and Med.Imag.Conf.(in press). (1997)
• [Publications] K.Ogawa and S.Maeda: "A Monte Carlo Method Using Octree Structure in Photon and Electron Transport" IEEE Transaction on Nuclear Science. 42. 2322-2326 (1995)