Monte Carlo simulation methods are especially useful in studying a variety of problems difficult to calculate by experimental or analytical approaches. Nowadays, they are extensively applied to simulate nuclear medicine instrumentations such as single photon emission computed tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET) for assisting system design and optimizing imaging and processing protocols. The goal of this paper is to address the practical issues, a potential user of Monte Carlo simulations for nuclear medicine can encounter, to help them to choose a code. This review introduces the different types of Monte Carlo codes currently available for nuclear medicine, comments main features and properties for a code to be proper for a given purpose, and discusses current research trends in Monte Carlo codes.
We have developed a Monte Carlo code, which solves the problem of radiative transfer in anisotropically scattering atmosphere. The radiative code is flexible in handlings of the system geometry, the distribution of scattering particles, and the source-particle geometry. This code treats the case of highly forward throwing scattering. As performance tests, we have compared the result of Monte Carlo calculations with that of Quasi-Diffusion method for a spherically symmetric cloud model.
Kim, Sangroh;Jason W. Sohn;Cho, Byung-Chul;Suh, Tae-Suk;Choe, Bo-Yong;Lee, Hyoung-Koo
한국의학물리학회:학술대회논문집
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한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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pp.113-115
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2002
The Monte Carlo simulation method is a numerical solution to a problem that models objects interacting with other objects or their environment based upon simple object-object or object-environment relationships. In spite of its great accuracy, It was turned away because of long calculation time to simulate a model. But, it is used to simulate a linear accelerator frequently with the advance of computer technology. To simulate linear accelerator in Monte Carlo simulations, there are many parameters needed to input to Monte Carlo code. These data can be supported by a linear accelerator manufacturer. Although the model of a linear accelerator is the same, a different characteristic property can be found. Thus, we performed a commissioning process of 6MV photon beam in Varian 2300C/D model with BEAM/EGS4 Monte Carlo code. The head geometry data were put into BEAM/EGS4 data. The mean energy and energy spread of the electron beam incident on the target were varied to match Monte Carlo simulations to measurements. TLDs (thermoluminescent dosimeter) and radiochromic films were employed to measure the absorbed dose in a water phantom. Beam profile was obtained in 40cm${\times}$40cm field size and Depth dose was in 10cm${\times}$10cm. At first, we compared the depth dose between measurements and Monte Carlo simulations varying the mean energy of an incident electron beam. Then, we compared the beam profile with adjusting the beam radius of the incident electron beam in Monte Carlo simulation. The results were found that the optimal mean energy was 6MV and beam radius of 0.1mm was well matched to measurements.
Processing of Scanning electron microscope imaging has been analyzed in both secondary electron (SE) imaging and backscattered electron (BSE) image. Because of unique characteristics of both secondary electron and backscattered electron image, mechanism of imaging process and image quality are quite different each other. For the sake of characterize imaging process, Monte Carlo simulation code have been developed. It simulates electron penetration and depth profile in certain material. In addition, secondary electron and backscattered electron generation process as well as their spatial distribution and energy characteristics can be simulated. Geometries that has fundamental feature have been imaged using the developed Monte Carlo code. Two, SE and BSE images generation process will be discussed. BSE imaging process can be readily used to discriminate in both material and geometry by simply changing position and direction of BSE detector. The developed MC code could be useful to design BSE detector and their position. Furthermore, surface reconstruction technique is possibly developed at the further research efforts. Basics of Monte Carlo simulation method will be discussed as well as characteristics of SE and BSE images.
이 연구에서는 임의의 밀도 분포를 갖는 성간 먼지 구름에 의해 산란되는 산란광을 분석할 수 있는 몬테카를로 시뮬레이션 코드를 개발하였다. 개발된 코드의 신뢰성을 확보하기 위해 구 대칭의 성간먼지 구름의 중심에 별이 있고, 별빛이 얼마만큼 산란되어 나오는 지 계산하여 Code (1973)의 결과와 비교하였으며, Code의 근사식과 매우 잘 일치하는 결과를 주는 것을 확인하였다. 이 코드는 우리 은하뿐만 아니라 외부은하의 경우에도 손 쉽게 확장이 가능하다. 개발된 코드는 과학위성 1호로 관측된 원자외선 연속복사광의 분석에 적용하여 성간먼지 구름의 특성과 우리 은하의 복사장의 분포를 연구하는 데 사용하고자 한다.
Kim Kang-Seog;Lee Chung Chan;Chang Moon Hee;Zee Sung Quun
Nuclear Engineering and Technology
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제35권6호
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pp.581-595
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2003
Transport lattice codes require the resonance integral tables for the resonant nuclides where the resonance integral is a function of the background cross section and can be prepared through a special program solving the slowing down equation. In case the cross section libraries do not include the resonance integral table for the resonant nuclides, the computational prediction produces a large error. We devised a new method using a Monte Carlo calculation for the effective resonance cross sections to solve this problem provisionally. We extended this method to obtain the resonance integral table for general purpose. The MCNP code is used for the effective resonance integrals and the LIBERTE code for the effective background cross sections. We modified the HELIOS library with the effective cross sections and the resonance integral tables obtained by the newly developed Monte Carlo method, and performed sample calculations using HELIOS and LIBERTE. The results showed that this method is very effective for the resonance treatment.
For an accurate and efficient time-dependent Monte Carlo (TDMC) neutron transport analysis, several advanced methods are newly developed and implemented in the Seoul National University Monte Carlo code, McCARD. For an efficient control of the neutron population, a dynamic weight window method is devised to adjust the weight bounds of the implicit capture in the time bin-by-bin TDMC simulations. A moving geometry module is developed to model a continuous insertion or withdrawal of a control rod. Especially, the history-based batch method for the TDMC calculations is developed to predict the unbiased variance of a bin-wise mean estimate. The developed methods are verified for three-dimensional problems in the C5G7-TD benchmark, showing good agreements with results from a deterministic neutron transport analysis code, nTRACER, within the statistical uncertainty bounds. In addition, the TDMC analysis capability implemented in McCARD is demonstrated to search the optimum detector positions for the pulsed-neutron-source experiments in the Kyoto University Critical Assembly and AGN201K.
Park, Chang-Hyun;Park, Dahl;Park, Dong-Hyun;Park, Sung-Yong;Shin, Kyung-Hwan;Kim, Dae-Yong;Cho, Kwan-Ho
한국의학물리학회:학술대회논문집
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한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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pp.116-118
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2002
It has been noted that Monte Carlo simulations are the most accurate method to calculate dose distributions in any material and geometry. Monte Carlo transport algorithms determine the absorbed dose by following the path of representative particles as they travel through the medium. Accurate Monte Carlo dose calculations rely on detailed modeling of the radiation source. We modeled the effects of beam modifiers such as collimators, blocks, wedges, etc. of our accelerator, Varian Clinac 600C/D to ensure accurate representation of the radiation source using the EGSnrc based BEAM code. These were used in the EGSnrc based DOSXYZ code for the simulation of particles transport through a voxel based Cartesian coordinate system. Because Monte Carlo methods use particle-by-particle methods to simulate a radiation transport, more particle histories yield the better representation of the actual dose. But the prohibitively long time required to get high resolution and accuracy calculations has prevented the use of Monte Carlo methods in the actual clinical spots. Our ultimate aim is to develop a Monte Carlo dose calculation system designed specifically for radiation therapy planning, which is distinguished from current dose calculation methods. The purpose of this study in the present phase was to get dose calculation results corresponding to measurements within practical time limit. We used parallel processing and some variance reduction techniques, therefore reduced the computational time, preserving a good agreement between calculations of depth dose distributions and measurements within 5% deviations.
Recent advances in radiation transport algorithms, computer hardware performance, and parallel computing make the clinical use of Monte Carlo based dose calculations possible. Monte Carlo treatment planning requires accurate beam information as input to generate accurate dose distributions. The procedures to obtain this accurate beam information are called "commissioning", which includes accelerator head modeling. In this study, we would like to investigate how much accurately Monte Carlo based dose calculations can predict the measured beam data in various conditions. The Siemens 6MV photon beam and the BEAM Monte Carlo code were used. The comparisons including the percentage depth doses and off-axis profiles of open fields and wedges, output factors will be presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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