Verification of the PMCEPT Monte Carlo dose Calculation Code for Simulations in Medical Physics

의학물리 분야에 사용하기 위한 PMCEPT 몬테카를로 도즈계산용 코드 검증

The parallel Monte Carlo electron and photon transport (PMCEPT) code [Kum and Lee, J. Korean Phys. Soc. 47, 716 (2006)] for calculating electron and photon beam doses has been developed based on the three dimensional geometry defined by computed tomography (CT) images and implemented on the Beowulf PC cluster. Understanding the limitations of Monte Carlo codes is useful in order to avoid systematic errors in simulations and to suggest further improvement of the codes. We evaluated the PMCEPT code by comparing its normalized depth doses for electron and photon beams with those of MCNP5, EGS4, DPM, and GEANT4 codes, and with measurements. The PMCEPT results agreed well with others in homogeneous and heterogeneous media within an error of $1{\sim}3%$ of the dose maximum. The computing time benchmark has also been performed for two cases, showing that the PMCEPT code was approximately twenty times faster than the MCNP5 for 20-MeV electron beams irradiated on the water phantom. For the 18-MV photon beams irradiated on the water phantom, the PMCEPT was three times faster than the GEANT4. Thus, the results suggest that the PMCEPT code is indeed appropriate for both fast and accurate simulations.

환자의 CT자료를 기반으로 만들어진 3차원상의 표적물질에 전자 및 광자의 전달 현상을 계산하는 몬테카를로(MC) 도즈계산용 병렬프로그램 (PMCEPT 코드)을 개발하여 베어울프 PC 클러스터에 탑제하였다. 시뮬레이션에서 오차를 최소화하고 코드를 더욱 발전시키기 위해서는 현재의 MC 코드의 한계를 아는 것이 매우 유익하다. 이러한 관점에서 저자는 PMCEPT코드를 이용하여 이질 혹은 동질의 표적물질에서 표준화된 깊이 도즈를 계산하여 잘 알려진 다른 코드들, MCNP5, EGS4, DPM, GEANT4 및 실험결과와 비교를 하였다. PMCEPT결과는 이질 혹은 동질의 표적에서 다른 코드들과 $1{\sim}3%$ 오차 범위 안에서 잘 일치하였다. 계산시간 비교에 있어서도 PMCEPT 코드가 MCNP5 보다는 약 20배, GEANT4코드보다는 약 3배정도 빨랐다. 이러한 결과를 종합하면, PMCEPT코드는 의학물리분야의 시뮬레이션 코드로 사용하기에 매우 좋은 것으로 사료된다.