JP2016223876A - 線量予測装置、線量予測方法及び線量予測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】評価対象の３次元形状モデルを可能な限り忠実に模擬し、かつ、放射線源が広範囲に分布する場合でも膨大な時間を要せずに計算結果を求められる線量予測装置を提供する。
【解決手段】３次元形状モデルの形状表面に放射線源の強度を示す放射線源情報を設定するＣＧ処理部１３と、３次元形状モデルの形状表面をメッシュ状に区切ることにより複数のメッシュを設定するとともに各メッシュに複数のセルを設定し、各セルに放射線源情報に応じた放射線強度の放射線源を設定する第１情報設定部１４と、所定位置に計算点を設定する第２情報設定部１４と、各セルに設定された放射線源からの計算点における放射線量を計算する線量計算処理部１６と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線源からの放射線量を予測する線量予測装置、線量予測方法及び線量予測プログラムに関する。

環境中の放射線量分布を予測（評価）する場合、線量予測プログラムを用いて放射線源からの放射線量の予測が行われる。線量予測プログラムの代表例として、モンテカルロ法による放射線の輸送計算コード（以下、モンテカルロ輸送計算コードという。）が知られている。モンテカルロ法は、乱数を用いたシミュレーションを数多くの回数行うことにより近似解を求める計算手法である。モンテカルロ輸送計算コードは、放射線の輸送計算（体系内での多数の粒子の散乱と吸収、体系外への粒子の漏れ等の計算）をモンテカルロ法を用いて求め、所定の環境下における放射線量を評価する計算コードである。例えば、下記特許文献１には、モンテカルロ輸送計算コードを用いて原子炉機器や遮蔽体を有する遮蔽体領域の放射化の程度を評価する方法が開示されている。

特開２０１４−２３８３５８号公報

線量予測プログラムを用いて放射線量を予測（評価）する場合、放射線源や遮蔽体などの評価対象の寸法やＣＡＤデータなどに基づき、評価対象の３次元形状モデル（３次元の形状情報）を自動的に作成するプログラムが開発されている。しかしながら、このようなプログラムによる３次元形状モデルの作成は、平板や円柱等といった単純な幾何形状を組み合わせることで実際の評価対象を模擬するものである。従って、放射線源や遮蔽体などの評価対象の形状として取り扱える形状が制限される。すなわち、複雑な幾何形状の３次元形状モデルを作成することは困難である。このため、例えば自然地形のように評価対象が単純な幾何形状の組み合わせで構成されていない場合、評価対象の３次元形状モデルと実際の評価対象の形状との差が生じ、その差によって線量予測プログラムによる予測結果（計算結果）に誤差が生じてしまう。

また、モンテカルロ輸送計算コードのような線量予測プログラムは、一般に、放射線源の位置が局所的又は限定的に存在するような環境下における放射線量の予測に用いられる。例えば、原子力施設や医療関連施設などの遮蔽設計における放射線量の予測に用いられることが多い。従って、評価対象の放射線源の位置が局所的又は限定的に存在しない場合、すなわち、放射線源が広範囲に分布するような場合は、放射線源からの放射線量を１か所毎（局所的）に評価しなければならない。このため、広範囲に分布するすべての放射線源からの放射線量を評価するためには膨大な時間がかかってしまう。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、評価対象の形状モデルを可能な限り忠実に模擬することができ、かつ、放射線源が広範囲に分布する場合でも膨大な時間を要せずに予測結果を求めることができる線量予測装置、線量予測方法及び線量予測プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、３次元形状モデルの形状表面に放射線源の強度を示す放射線源情報を設定するＣＧ処理部と、３次元形状モデルの形状表面をメッシュ状に区切ることにより複数のメッシュを設定するとともに各メッシュに複数のセルを設定し、各セルに放射線源情報に応じた放射線強度の放射線源を設定する第１情報設定部と、所定位置に計算点を設定する第２情報設定部と、各セルに設定された放射線源からの計算点における放射線量を計算する線量計算処理部と、を備える線量予測装置を提供する。

また、計算点から距離が近いセルを分割することによりメッシュを細分化する細分化処理部を備える構成でもよい。また、細分化処理部は、セルの面積と等しい等価円の中心と計算点とを結ぶ線と、等価円の円周上の所定位置と計算点とを結ぶ線とでなす角度が一定角度以上である場合に、セルを分割する構成でもよい。

また、第１情報設定部は、各セルに対して、各セルの深さ方向に層状に点線源を設定する構成でもよい。また、第１情報設定部は、各セルに対して、各層の点線源の深さ方向の強度分布を設定する構成でもよい。

また、ＣＧ処理部は、地形データ、標高データ、及び建物等の形状データに基づいて３次元形状モデルを作成する構成でもよい。また、ＣＧ処理部は、３次元形状モデルの形状表面にカラー情報で放射線源情報を設定する構成でもよい。また、ＣＧ処理部は、除染前後の放射線源強度分布に基づき、３次元形状モデルの形状表面に放射線源情報を設定し、線量計算処理部で計算された除染前後の放射線量分布の画像を生成する構成でもよい。また、線量計算処理部は、各セルに設定された放射線源からの計算点における放射線量を点減衰核計算法に基づき計算する構成でもよい。

また、計算点と各セルとの間に物体が存在するか否かを判定する見通し判定部と、見通し判定部で計算点と各セルとの間に物体が存在すると判定された場合、物体による各セルの放射線源からの放射線の減衰を計算する遮蔽計算処理部と、を備え、線量計算処理部は、遮蔽計算処理部で計算された放射線の減衰を加味して計算点における放射線量を計算する構成でもよい。また、ＣＧ処理部は、３次元形状モデルの形状表面に放射線透過率を設定し、遮蔽計算処理部は、放射線透過率及び物体の厚さに基づいて、物体による各セルの放射線源からの放射線の減衰を計算する構成でもよい。

また、本発明は、３次元形状モデルの形状表面に放射線源の強度を示す放射線源情報を設定することと、３次元形状モデルの形状表面をメッシュ状に区切ることにより複数のメッシュを設定するとともに各メッシュに複数のセルを設定し、各セルに放射線源情報に応じた放射線強度の放射線源を設定することと、所定位置に計算点を設定することと、各セルに設定された放射線源からの計算点における放射線量を計算することと、を含む線量予測方法を提供する。

また、本発明は、コンピュータに、３次元形状モデルの形状表面に放射線源の強度を示す放射線源情報を設定するＣＧ処理と、３次元形状モデルの形状表面をメッシュ状に区切ることにより複数のメッシュを設定するとともに各メッシュに複数のセルを設定し、各セルに放射線源情報に応じた放射線強度の放射線源を設定する第１情報設定処理と、所定位置に計算点を設定する第２情報設定処理と、各セルに設定された放射線源からの計算点における放射線量を計算する線量計算処理と、を実行させる線量予測プログラムを提供する。

本発明によれば、３次元形状モデルの形状表面に放射線源の強度を示す放射線源情報を設定するＣＧ処理部と、３次元形状モデルの形状表面をメッシュ状に区切ることにより複数のメッシュを設定するとともに各メッシュに複数のセルを設定し、各セルに放射線源情報に応じた放射線強度の放射線源を設定する第１情報設定部と、所定位置に計算点を設定する第２情報設定部と、各セルに設定された放射線源からの計算点における放射線量を計算する線量計算処理部とを備える。このような構成によれば、評価対象の３次元形状モデルを可能な限り忠実に模擬することができる。その結果、評価対象の３次元形状モデルと実際の評価対象の３次元形状との差が小さくなり、放射線量の計算結果の誤差も小さくすることができる。また、各セルに放射線源を設定することで、放射線源が広範囲に分布する場合でも膨大な時間を要せずに計算点における計算結果（予測結果）を求めることができる。

本発明の線量予測装置が備える制御プログラム及びその制御プログラムで処理される情報を示す図である。 第１実施形態に係る線量予測装置の構成を示すブロック図である。 ３次元形状モデルに複数の単位領域のメッシュが設定された状態を示す図である。 図３に示すメッシュ内のセルを示す図である。 層状体積線源モデルの構成を示す図である。 セルの分割を説明するための図である。 入力ファイルの生成処理の一例を示すフローチャートである。 空間線量の計算処理の一例を示すフローチャートである。 図３に示す３次元形状モデルのメッシュを細分化した状態を示す図である。 第２実施形態に係る線量予測装置の一例を示すブロック図である。 見通し判定処理を説明するための解析情報メッシュの一例を示す図である。 放射線源の強度分布の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きく又は強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現する場合がある。

＜第１実施形態＞
本発明の線量予測装置が備える制御プログラム及びその制御プログラムで処理される情報について説明する。図１は、本発明の線量予測装置が備える制御プログラム及びその制御プログラムで処理される情報を示す図である。図１に示す本発明の線量予測装置は、制御プログラムとして３次元ＣＧプログラム２００（３次元コンピュータ・グラフィックス・プログラム）と線量予測プログラム２１０とを備える。３次元ＣＧプログラム２００は、３次元形状モデルの作成（モデリング）や３次元形状モデルの画像の生成（レンダリング）を行うプログラムである。線量予測プログラム２１０は、放射線源からの放射線量を予測するプログラムである。

３次元ＣＧプログラム２００は、計算対象の情報１００を入力する。図１に示すように、計算対象の情報１００は、地形データ（地図データ）や標高データ、建物等の形状データ、除染前後の放射線源強度分布、表面放射線透過率などの情報を含む。

ここで、地形データは、線量予測装置による評価対象の地域における地形（地図）を示す２次元データであり、標高データは、地形データの各地点の標高を示すデータである。また、建物等の形状データは、線量予測装置による評価対象の地域に存在する建物等の形状を示す３次元データである。また、放射線源強度分布は、例えば、線量予測装置による評価対象の地域の各地点においてモニタリング等によって得られた計測値（高さ１ｃｍの空間線量率［μＳｖ／ｈ］）を示すデータである。線量予測装置による評価対象の地域が放射性物質で汚染された地域の場合、作業者は、除染が行われる前の放射線源強度分布と、除染が行われた後の放射線源強度分布とを３次元ＣＧプログラム２００に入力する。また、表面放射線透過率は、線量予測装置による評価対象の地域における表面の放射線透過率を示すデータである。

３次元ＣＧプログラム２００は、地形データ、標高データ、及び建物等の形状データに基づいて３次元形状モデルを作成する。例えば、３次元ＣＧプログラム２００は、地形データと標高データに基づいて評価対象の地域の地形についての３次元形状をポリゴンメッシュで再現し、建物等の形状データに基づいて評価対象の地域内に存在する建物等の３次元形状をポリゴンメッシュで再現することにより、評価対象の地域における３次元形状モデルを作成する。

また、３次元ＣＧプログラム２００は、放射線源強度分布に基づいて３次元形状モデルの形状表面に放射線源の強度を示す放射線源情報を設定する。具体的には、３次元ＣＧプログラム２００は、３次元形状モデルの形状表面における各ポリゴンメッシュに、放射線源強度に対応するカラー情報（例えば２５６諧調のカラー情報）をテクスチャマッピングする。例えば、３次元形状モデルの形状表面において、相対的に放射線源強度が高い部分を赤色とし、相対的に放射線源強度が低い部分を青色とする。

このように、３次元ＣＧプログラム２００により作成される３次元形状モデル、及び３次元ＣＧプログラム２００により３次元形状モデルの形状表面（各ポリゴンメッシュ）にカラー情報として設定される放射線源情報を解析情報１１０という。３次元ＣＧプログラム２００は、３次元形状モデルと放射線源情報（カラー情報）をＣＧ共通フォーマットのデータ（汎用の３次元ＣＧプログラムにおいて共通フォーマットのデータ）として生成することが可能である。３次元ＣＧプログラム２００は、ＣＧ共通フォーマットの解析情報１１０を線量予測プログラム２１０に出力する。

線量予測プログラム２１０は、３次元ＣＧプログラム２００から出力される解析情報１１０（３次元形状モデル、放射線源情報）を入力する。また、線量予測プログラム２１０は、作業者による操作部（図２に示すキーボード２やマウス３）の操作に応じて、テキストデータである設定情報１２０を入力する。設定情報１２０は、図１に示すように、計算制御情報、モデルオプション、計算点座標、放射線関連データなどを含む。

ここで、計算制御情報は、放射線量を計算する場合の計算手法（近似計算法）における係数や設定値などの情報、評価対象の地域における放射線量を計算する位置（以下、計算点又は評価点という。）の数を示す情報などを含む。モデルオプションは、放射線源モデル（本実施形態では、各セルの厚さ方向（深さ方向）に層状に点線源が堆積しているものとみなすモデル；図５に示す層状体積線源モデルを参照）における線源の分布状況などを示す情報である。計算点座標は、計算点の３次元座標を示す情報である。放射線関連データは、放射線源における放射線核種の構成割合などの情報である。解析情報１１０及び設定情報１２０を入力ファイルという。

線量予測プログラム２１０は、入力ファイルを読み込み、入力ファイルに含まれる解析情報１１０及び設定情報１２０に基づいて、計算点における放射線量（放射線強度）を計算する。そして、線量予測プログラム２１０は、評価対象の地域における除染前後の線量分布や線量低減比などの情報を含む計算結果１３０を３次元ＣＧプログラム２００に出力する。計算結果１３０はＣＧ共通フォーマットのデータとして生成される。また、線量予測プログラム２１０は、テキストデータである詳細計算結果１４０を表示装置（図２参照）などに出力する。

３次元ＣＧプログラム２００は、計算結果１３０に含まれる評価対象の地域における除染前後の線量分布や線量低減比などの情報に基づいて、３次元形状モデルにおける除染前の線量分布や除染後の線量分布、除染前後の線量低減比を表す画像を生成する。これにより、除染前後の線量分布や線量低減比を視覚的に認識することができる。

図２は、第１実施形態に係る線量予測装置１の構成を示すブロック図である。図２に示す第１実施形態に係る線量予測装置１は、放射線源からの放射線量を予測（評価）する装置である。本実施形態では、線量予測装置１は、広範囲に分布する放射線源からの放射線量の分布を予測する。この線量予測装置１は、例えばコンピュータにより構成される。図２に示すように、線量予測装置１は、表示装置２、キーボード３、及びマウス４と接続されている。

線量予測装置１は、図２に示すように、演算処理部１０及び記憶部２０を有している。演算処理部１０は、放射線量の予測に関する制御全般を司る。記憶部２０は、演算処理部１０に各種処理を実行させるための制御プログラム（図１に示す３次元ＣＧプログラム２００、線量予測プログラム２１０、不図示のオペレーティングシステムなど）や、演算処理部１０が各種処理を行うために必要な情報（図１に示す計算対象の情報１００、解析情報１１０、設定情報１２０）、計算結果の情報（図１に示す計算結果１３０や詳細計算結果１４０）などを記憶する。

演算処理部１０は、図２に示すように、表示制御部１１、データ入力部１２、ＣＧ処理部１３、情報設定部１４（第１情報設定部、第２情報設定部）、細分化処理部１５、及び線量計算処理部１６を有している。なお、表示制御部１１及びデータ入力部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置がオペレーティングシステムに基づいて実行する処理又は制御に相当し、ＣＧ処理部１３は、演算装置が３次元ＣＧプログラム２００に基づいて実行する処理又は制御に相当し、情報設定部１４、細分化処理部１５及び線量計算処理部１６は、演算装置が線量予測プログラム２１０に基づいて実行する処理又は制御に相当する。

表示制御部１１は、液晶表示ディスプレイのような表示装置２における情報の表示に関する制御を司る。例えば、表示制御部１１は、表示装置２の表示画面に、ＣＧ処理部１３により生成される３次元形状モデルの画像を表示する制御や、各種情報を入力するための情報入力領域の画像を表示する制御などを行う。データ入力部１２は、キーボード３及びマウス４と接続される。このデータ入力部１２は、作業者によるキーボード３やマウス４の操作に応じて情報（計算対象の情報１００、設定情報１２０など）を入力する。

ＣＧ処理部１３は、ＣＧ処理（コンピュータ・グラフィックス処理）を行う処理部である。このＣＧ処理部１３は、地形データや標高データ、建物等の形状に基づいて３次元形状モデル（３次元の形状情報）を作成する処理（モデリング処理）、３次元形状モデルの各ポリゴンメッシュに放射線源情報を設定する処理を行う。また、ＣＧ処理部１３は、３次元の形状情報の画像を生成する処理（レンダリング処理）などを行う。また、ＣＧ処理部１３は、線量計算処理部１６で計算された計算結果１３０（除染前後の線量分布、線量低減比など）に基づいて、除染効果を視覚的に表した３次元形状モデルの画像を表示装置２に表示する。

情報設定部１４は、ＣＧ処理部１３で作成されたＣＧ共通フォーマットの３次元形状モデルを別のフォーマット（線量予測プログラム２１０による計算処理用のデータフォーマット）に再設定する。そして、情報設定部１４は、ＣＧ処理部１３で作成された３次元形状モデルの形状表面をメッシュ状に区切ることにより、３次元形状モデルの形状表面に複数の単位領域のメッシュを設定する。複数の単位領域のメッシュは、ＣＧ処理部１３で作成された３次元形状モデルにおけるポリゴンメッシュと同一の大きさの領域でも異なる大きさの領域でもよい。また、情報設定部１４は、３次元形状モデルの形状表面に設定された放射線源情報（カラー情報）に基づいて、各々のメッシュ単位の放射線源の強度を計算する。

図３は、３次元形状モデル３００に複数の単位領域のメッシュが設定された状態を示す図である。図３に示す３次元形状モデル３００では、建物などの物体３１０，３２０が設けられている。また、３次元形状モデル３００は、直交する等間隔の複数の線により複数の方形状の単位領域のメッシュＭに分割されている。３次元形状モデル３００において、領域３００ａは低放射線源の領域であり、領域３００ｂは高放射線源の領域である。高放射線源の領域３００ｂの各メッシュＭに設定される放射線源の強度は、低放射線源の領域３００ａの各メッシュＭに設定される放射線源の強度よりも高いことを表している。なお、図３においては、地表から所定距離の高さ（地表面から所定距離だけ離れた位置）に計算点４００が設定されている。計算点４００の高さは任意であるが、例えば１ｍの高さを基本とする。

図２の説明に戻り、情報設定部１４は、３次元形状モデルの形状表面に設定した各メッシュを４つのセルに分割する。そして、情報設定部１４は、各セルに点線源を設定する。

図４は、図３に示すメッシュＭ内のセルＳｅｌ１〜Ｓｅｌ４を示す図である。各々のメッシュＭは４つの頂点ｐ１〜ｐ４の位置情報により特定される。４つの頂点ｐ１〜ｐ４で構成される平面上のメッシュＭで３次元形状モデルの局面形状を構成することができない。従って、メッシュＭの中心に頂点ｐ５を追加することで、メッシュＭを４つのセルＳｅｌ１〜Ｓｅｌ４に分割する。また、情報設定部１４は、各々のメッシュ全体の放射線源の強度に基づいて、分割した各セルＳｅｌ１〜Ｓｅｌ４の中心（又は重心）に仮想的に点線源ｒ１〜ｒ４があるものと仮定して各点線源ｒ１〜ｒ４の線量を計算する。そして、情報設定部１４は、各セルＳｅｌ１〜Ｓｅｌ４の中心（又は重心）に点線源ｒ１〜ｒ４をそれぞれ設定する。

また、図２の説明に戻り、情報設定部１４は、設定情報１２０のモデルオプションに基づいて、各セルに対して、各セルの厚さ方向（深さ方向）に層状（レイヤ状）に点線源が堆積しているものとする層状体積線源モデルを設定する。これにより、１つのレイヤ（層）における放射線源が１つの点線源で近似される。

図５は、層状体積線源モデルの構成を示す図である。図５においては、階層化されたセルＳｅｌｉの構成及び放射線源ｒｉ１〜ｒｉｊ〜ｒｉｍの深さ方向の強度分布を示している。モデルオプションには、各セルＳｅｌｉの表面に対する法線方向（法線ベクトルの方向）にどれくらいの距離までの深さ（厚さ）にするか、また、その深さを何層に分割するか、を示す情報が設定されている。図５に示す例では、セルＳｅｌｉは、所定の深さまで深さ方向にｍ個の層（第１層〜第ｊ層〜第ｍ層）が設定され、ｍ個の層に各１個の点線源（点線源ｒｉ１〜点線源ｒｉｊ〜点線源ｒｉｍ）が設定されている。情報設定部１４は、モデルオプションに基づいて、各々のセルに対して、所定個の層を設定するとともに、各層に所定個の点線源を設定する。なお、３次元形状モデルの表面が土の場合は、情報設定部１４はセルの深さ（厚さ）として例えば４ｃｍ〜５ｃｍ程度の深さを設定する。

また、モデルオプションには、各層の点線源ｒｉ１〜ｒｉｊ〜ｒｉｍの深さ方向の強度分布の情報が設定されている。図５に示す例では、点線源ｒｉ１〜ｒｉｊ〜ｒｉｍの強度分布Ｗ１は、深さによって強度が変わらない一様分布である。点線源ｒｉ１〜ｒｉｊ〜ｒｉｍの強度分布Ｗ２は、深くなる程に強度が直線的に減少する直線減少（ランプ状）分布である。情報設定部１４は、各層の点線源ｒｉ１〜ｒｉｊ〜ｒｉｍの強度分布もセルＳｅｌｉに対応つけて設定する。以上のように、３次元形状モデルを構成する各セルに対して、深さ方向に層状の点線源が設定された情報を解析情報メッシュという。

図２の説明に戻り、情報設定部１４は、設定情報１２０の計算点座標で表される位置に計算点を設定する。細分化処理部１５は、計算点から距離が近いセルを分割することによりメッシュを細分化する処理を行う。

図６は、セルの分割を説明するための図である。図６に示す三角形のセルＳｅｌは、長さＬ１の辺と、長さＬ２の辺と、長さＬ３の辺とで構成されている。また、セルＳｅｌの中心位置（の各層）に点線源ｒが設定されている。細分化処理部１５は、セルＳｅｌの頂点の位置に基づいてセルＳｅｌの面積を計算する。そして、細分化処理部１５は、セルＳｅｌの面積と等しい等価円Ｃを想定し、その等価円Ｃの中心をセルＳｅｌの中心と一致させる。図６に示すように、等価円Ｃの半径はＲである。細分化処理部１５は、計算点４００と等価円Ｃの中心点とを結ぶ線と、計算点４００と等価円Ｃの円周上の所定位置とを結ぶ線とでなす角度αを求める。細分化処理部１５は、角度αが予め決められた一定の角度以上である場合、セルＳｅｌを分割する。なお、予め決められた一定の角度は設定情報１２０の計算制御情報に設定される。

細分化処理部１５は、セルＳｅｌを構成する３つの辺のうち、最も長い辺（図６に示す例では長さＬ１の辺）を特定する。そして、細分化処理部１５は、特定した辺の所定位置（例えば辺の中心位置）の点Ｐｄと、特定した辺に対抗するセルＳｅｌの頂点とを結ぶ線でセルＳｅｌを分割する。この場合、図６に示すように、セルＳｅｌはセルＳｅｌ−１とセルＳｅｌ―２に分割される。このような処理を繰り返し実行する。以上の処理を行うことで、計算点４００に近いセルＳｅｌが細かく分割される。細分化処理部１５がセルを分割した場合、情報設定部１４は、細分化処理部１５で分割された各セルの面積などに応じて、各セルにおける各層の点線源の強度を計算する。そして、情報設定部１４は、分割された各セルにおける各層に点線源を設定する。

線量計算処理部１６は、３次元形状モデルを構成する各セルに層状に設定された点線源からの計算点４００における放射線量（放射線強度）を近似計算法の一種である点減衰核計算法に基づいて計算する。なお、点減衰核計算法については後述する。

次に、線量予測装置１による放射線量（放射線強度）の予測の動作について説明する。

図７は、入力ファイルの生成処理の一例を示すフローチャートである。図７に示す処理において、データ入力部１２は、作業者によるキーボード３やマウス４の操作に応じて計算対象の情報１００を入力する（ステップＳ１）。ＣＧ処理部１３は、入力した計算対象の情報１００のうちの地形データや標高データなどから３次元形状モデルを作成する（ステップＳ２）。また、ＣＧ処理部１３は、入力した計算対象の情報１００のうちの放射線源強度分布に基づいて、３次元形状モデルを構成する各ポリゴンメッシュに放射線源情報をカラー情報で設定する（ステップＳ３）。そして、ＣＧ処理部１３は、放射線源情報が設定された３次元形状モデルを解析情報１１０として記憶部２０に記憶する（ステップＳ４）。

なお、データ入力部１２は、作業者によるキーボード３やマウス４の操作に応じて、計算制御情報、モデルオプション、計算点座標、放射線関連データなどを含む解析情報１１０を入力し、入力した解析情報１１０を記憶部２０に記憶する。

図８は、空間線量の計算処理の一例を示すフローチャートである。図８に示す処理において、情報設定部１４は、記憶部２０に記憶されている解析情報１１０及び設定情報１２０から構成される入力ファイルを読み込む（ステップＳ１１）。そして、情報設定部１４は、読み込んだ入力ファイルの解析情報１１０及び設定情報１２０に基づいて解析情報メッシュを設定する（ステップＳ１２）。

すなわち、上述したように、情報設定部１４は、ＣＧ処理部１３で作成された３次元形状モデルの形状表面をメッシュ状に区切ることにより、３次元形状モデルの形状表面に複数の単位領域のメッシュを設定する。また、情報設定部１４は、３次元形状モデルの形状表面に設定された放射線源情報（カラー情報）に基づいて、各々のメッシュ単位の放射線源の強度を計算する。また、情報設定部１４は、３次元形状モデルの形状表面に設定した各メッシュを４つのセルに分割する。そして、情報設定部１４は、各セルに点線源を設定する。また、情報設定部１４は、設定情報１２０のモデルオプションに基づいて、各セルに対して、各セルの深さ方向に層状に点線源が堆積しているものとする層状体積線源モデルを設定する。

次に、情報設定部１４は、空間線量の計算点を設定する（ステップＳ１３）。そして、細分化処理部１５は、ステップＳ１３で設定した計算点から距離が近いセルを分割することにより解析情報メッシュを細分化する細分化処理（詳細化処理）を実行する（ステップＳ１４）。細分化処理部１５がセルを分割した場合、情報設定部１４は、細分化処理部１５で分割された各セルの面積などに応じて、各セルにおける各層の点線源の強度を計算し、計算した強度の点線源を各層に設定する。

図９は、図３に示す３次元形状モデルのメッシュを細分化した状態を示す図である。図９に示すように、計算点４００に近い領域３００Ｐのメッシュが最も細かく細分化されている。領域３００Ｐの次に計算点４００に近い領域３００Ｑのメッシュは、領域３００Ｐのメッシュよりも粗い。領域３００Ｑの次に計算点４００に近い領域３００Ｒのメッシュは、領域３００Ｑのメッシュよりも粗い。領域３００Ｒの次に計算点４００に近い領域３００Ｓのメッシュは、領域３００Ｒのメッシュよりも粗い。

このように、計算点４００に近いメッシュを細分化（つまりメッシュ内のセルの分割）を行うことにより、計算点４００における放射線量の計算において誤差を極力小さくすることができる。すなわち、計算点４００に近いメッシュ（セル）における放射線源が放射線量の計算に与える影響が大きく、計算点４００に近いメッシュ（セル）が粗いと、各層の点線源から計算点までの距離などが変わってしまい、放射線量の計算における誤差が大きくなる。しかし、計算点４００に近いメッシュを細分化を行うことで、そのような誤差を小さくすることができる。

次に、線量計算処理部１６は、３次元形状モデルを構成する各セルに層状に設定された点線源からの計算点４００における放射線量を点減衰核計算法に基づいて計算する（ステップＳ１５）。具体的には、図５に示す層状体積線源モデルにおいて、線量計算処理部１６は、点減衰核計算法に基づき、セルごとに下記の式（１）を用いて、計算点４００における放射線量（放射線強度）を計算する。

ここで、Ｉ_ｉはセルｉによる放射線量（光子フラックス［photons／ｍ^２ｓ］もしくは相対値）を示す。Ｒ_{ｅｆｒｄｅｎｓ}は変換係数（任意）を示す。Ｓ_ｉはセルｉの放射能強度（０．０〜１．０の任意数値：３次元形状モデルのカラー設定）を示す。Ａｓ_ｉはセルｉの面積［ｍ^２］を示す。Ｆ_ｎは放射線核種から放出される光子エネルギーｎの構成割合を示す。ＢＡ_ｉ，ｎはセルｉの放射線核種から放出される光子エネルギーｎの主媒体のビルドアップ係数を示す。例えば空気が主媒体となる。ＢＳ_{ｉ，ｎ，ｊ}はセルｉの第ｊ層の放射線核種から放出される光子エネルギーｎの体積線源のビルドアップ係数を示す。Ｓorily_ｉ，ｊはセルｉの第ｊ層における放射能体積密度（相対値もしくは［Ｂｑ／ｍ^３］）を示す。Ｔｈ_{ｌａｙｅｒ}は１層分の厚さ［ｍ］を示す。

μａ_ｎは放射線核種から放出される光子エネルギーｎの主媒体中の線減衰係数を示す。μν_ｎは体積線源中の線減衰係数を示す。ＤＩＳ_ｉはセルｉの中心と計算点との距離を示す。ｐｌｅｎｌｙ_ｉ，ｊはセルｉの第ｊ層からの放射線が体積線源中を横切る距離（線減衰距離）を示す。ｐｄｉｓｌｙ_ｉ，ｊはセルｉの第ｊ層と計算点との距離を示す。なお、添え字ｉはセルを表すインデックスであり、ｎは放射線核種から放出される光子エネルギーを表すインデックスであり、ｊは層（レイヤ）を表すインデックスである。

なお、放射線核種からは、一般に複数のエネルギーの異なる光子（ガンマ線等）が放出される。これらの光子の減衰は、エネルギーにより異なるので、減衰係数μanは、核種から放出されるエネルギーの異なる光子線（ガンマ線等）毎に定義している。

線量計算処理部１６は、３次元形状モデルを構成するすべてのセルＳｅｌｉによる放射線量を足し合わせることで、計算点４００における放射線量の総和を求める。また、放射線関連データで放射線各種の構成割合が指定されている場合（例えば、セシウム１３７が何パーセント、セシウム１３４が何パーセント、その他の核種が何パーセントなどのように指定されている場合）、線量計算処理部１６は、各々の放射線各種についての計算点４００における放射線量の総和を求め、それらの値を足し合わせる。

次に、線量計算処理部１６は、設定情報１２０の計算点座標で指定されたすべての計算点における放射線量を計算したか否かを判定する（ステップＳ１６）。線量計算処理部１６がすべての計算点における放射線量を計算していないと判定した場合は（ステップＳ１６のＮＯ）、情報設定部１４はメッシュの初期化を実行する（ステップＳ１７）。すなわち、情報設定部１４はメッシュを細分化していない状態（図３に示す状態）に戻す。そして、ステップＳ１３〜Ｓ１７の処理を繰り返し実行する。線量計算処理部１６は、すべての計算点における放射線量を計算したと判定した場合は（ステップＳ１６のＹＥＳ）、計算結果（計算結果１３０、詳細計算結果１４０）を出力する（ステップＳ１８）。

その後、ＣＧ処理部１３は、計算結果１３０に含まれる評価対象の地域における除染前後の線量分布や線量低減比などの情報に基づいて、３次元形状モデルにおける除染前の線量分布や除染後の線量分布、除染前後の線量低減比を表す画像を生成する。表示制御部１１は、ＣＧ処理部１３で生成された画像を表示装置２に出力して表示させる。これにより、作業者は除染前後の線量分布の変化などを視覚的に認識することができる。また、表示制御部１１は、線量計算処理部１６から出力される詳細計算結果１４０を表示装置２に出力して表示させる。これにより、作業者は詳細な計算結果をテキストデータで確認することができる。

以上に説明したように、第１実施形態では、３次元形状モデルの形状表面に放射線源の強度を示す放射線源情報を設定するＣＧ処理部１３と、３次元形状モデルの形状表面をメッシュ状に区切ることにより複数のメッシュを設定するとともに各メッシュに複数のセルを設定し、各セルに放射線源情報に応じた放射線強度の放射線源を設定する第１情報設定部１４と、所定位置に計算点を設定する第２情報設定部１４と、各セルに設定された放射線源からの計算点における放射線量を計算する線量計算処理部１６と、を備える。このような構成によれば、評価対象の３次元形状モデルを可能な限り忠実に模擬することができ、かつ、放射線源が広範囲に分布する場合でも膨大な時間を要せずに計算結果（予測結果）を求めることができる。

また、第１実施形態では、計算点から距離が近いセルを分割することによりメッシュを細分化する細分化処理部１５を備えるので、計算点における放射線量の計算において誤差を小さくすることができる。また、第１実施形態では、細分化処理部１５は、セルの面積と等しい等価円の中心と計算点とを結ぶ線と、等価円の円周上の所定位置と計算点とを結ぶ線とでなす角度が一定角度以上である場合に、セルを分割する。このような構成によれば、メッシュを細分化するか（セルを分割するか）否かの判定の精度を高めることができ、より一層、放射線量の計算における誤差を小さくすることができる。

また、第１実施形態では、第１情報設定部１４は、各セルに対して、各セルの深さ方向に層状に点線源を設定する。このような構成によれば、地表の表面だけでなく土の中に放射線源が存在するような、汚染された環境下における実際の放射線源のモデルを高い精度で模擬することができる。その結果、放射線量の計算結果（予測結果）の精度を向上させることができる。

また、第１実施形態では、第１情報設定部１４は、各セルに対して、各層の点線源の深さ方向の強度分布を設定するので、汚染された環境下における実際の放射線源のモデルをより一層高い精度で模擬することができ、放射線量の計算結果（予測結果）の精度もより一層向上させることができる。

また、第１実施形態では、ＣＧ処理部１３は、地形データ、標高データ、及び建物等の形状データに基づいて３次元形状モデルを作成するので、自然地形や構造物などの任意形状の３次元形状モデルを作成することができる。また、第１実施形態では、ＣＧ処理部１３は、３次元形状モデルの形状表面にカラー情報で放射線源情報を設定するので、ＣＧ共通フォーマットのデータとして３次元形状モデルを作成することができ、作業者による使い勝手が向上する。また、第１実施形態では、ＣＧ処理部１３は、除染前後の放射線源強度分布に基づき、３次元形状モデルの形状表面に放射線源情報を設定し、線量計算処理部で計算された除染前後の放射線量分布の画像を生成する。このような構成によれば、作業者が視覚的に除染効果を確認することができる。

また、第１実施形態では、線量計算処理部１６は、各セルに設定された放射線源からの計算点における放射線量を点減衰核計算法に基づき計算するので、高い精度の計算結果（予測結果、評価結果）を得ることができる。

＜第２実施形態＞
上記した第１実施形態では、計算点と各セルとの間に存在する物体による放射線の減衰について考慮していなかった。これに対し、第２実施形態では、計算点と各セルとの間に存在する物体による放射線の減衰を考慮して放射線量を計算する。

図１０は、第２実施形態に係る線量予測装置１Ａの一例を示すブロック図である。図１０に示す線量予測装置１Ａの演算処理部１０Ａは、図２に示した線量予測装置１の演算処理部１０と異なり、見通し判定部１７及び遮蔽計算処理部１８を有している。見通し判定部１７は、計算点と各セルとの間に物体が存在するか否かを判定する処理部である。遮蔽計算処理部１８は、見通し判定部１７で計算点と各セルとの間に物体が存在すると判定された場合、物体による各セルの放射線源からの放射線の減衰を計算する処理部である。線量計算処理部１６は、遮蔽計算処理部１８で計算された放射線の減衰を加味した上で計算点における放射線量を計算する。

図１１は、見通し判定処理を説明するための３次元形状モデルを示す図である。図１１に示す３次元形状モデル５００の形状表面には、放射線透過率（放射線透過係数、遮蔽係数）がＣＧ処理部１３によって設定されているものとする。すなわち、計算対象の情報１００の中に放射線透過率の分布情報を含める。ＣＧ処理部１３は、放射線透過率の分布情報に基づいて、３次元形状モデル５００の形状表面を構成するポリゴンメッシュごとに放射線透過率を設定する。例えば、ＣＧ処理部１３は、放射線源情報が設定される３次元形状モデルとは異なる３次元形状モデルに放射線透過率を設定する。この場合、２つの３次元形状モデルが作成されることとなる。

図１１に示すように、３次元形状モデル５００は、建物（構造物）５１０が設置されている。また、３次元形状モデル５００において、計算点４００は建物５１０の付近に設定されている。計算点４００から建物５１０を見た場合に、領域５００ａは建物５１０の陰に隠れてしまう。領域５００ａのメッシュ（メッシュ内のセル）と計算点４００との間に物体（建物５１０）が存在することになる。

見通し判定部１７は、例えば図８のステップＳ１５の処理内において、計算点４００の位置（３次元座標）と各メッシュ（又は各メッシュ内のセル）の位置（例えば中心位置の３次元座標）との間に建物５１０が存在するか否か判定する。そして、線量計算処理部１６は、各セルの放射線源からの放射線量を計算する。次に、見通し判定部１７が計算点４００の位置と各メッシュの位置との間に建物５１０が存在すると判定した場合は、遮蔽計算処理部１８は、建物５１０による各メッシュ内のセルの放射線源からの放射線の減衰を計算する。

具体的には、遮蔽計算処理部１８は、ＣＧ処理部１３により３次元形状モデル５００の形状表面に設定された放射線透過率に基づいて、建物５１０の放射線透過率を認識する。また、遮蔽計算処理部１８は、セルの放射線源からの放射線が建物５１０を通過する距離を計算する。そして、遮蔽計算処理部１８は、建物５１０の放射線透過率と放射線が建物５１０を通過する距離に基づいて、建物５１０によって放射線がどれくらい減衰するか（放射線がどれくらい透過するか）を計算する。遮蔽計算処理部１８は、計算結果に基づいて、計算点４００における放射線量を補正する。

以上に説明したように、第２実施形態では、計算点４００と各セルとの間に物体５１０が存在するか否かを判定する見通し判定部１７と、見通し判定部１７で計算点４００と各セルとの間に物体５１０が存在すると判定された場合、物体５１０による各セルの放射線源からの放射線の減衰を計算する遮蔽計算処理部１８とを備え、線量計算処理部１６は、遮蔽計算処理部１８で計算された放射線の減衰を加味して計算点における放射線量を計算する。このような構成によれば、より高精度な計算結果（予測結果）を得ることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に記載の範囲には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能である。また、上記の実施形態で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。そのような変更又は改良、省略した形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記した実施形態を適宜組み合わせて適用することも可能である。

例えば、放射線源モデルにおける各層の点線源の強度分布は、図５に示したような一様分布や直線減少（ランプ状）分布に限定されない。図１２は、放射線源の強度分布の変形例を示す図である。図１２（１）は、放射線源モデルにおける各層の点線源の強度分布が直線上に変化する分布であり、図１２（２）は、放射線源モデルにおける各層の点線源の強度分布が指数関数上に減衰する分布である。情報設定部１４が図１２に示すような放射線源の強度分布を設定した上で、線量計算処理部１６が計算点における放射線強度を計算してもよい。

また、情報設定部１４は、放射線源モデルにおける所定の層にだけ放射線源を設定し、その放射線源の強度分布を設定してもよい。また、近似計算法として上記の式（１）に示したものに限らず、例えば上記の式（１）を簡略化した式を用いてもよい。また、近似計算法として点減衰核計算法を用いる場合に限らず、他の計算法を用いてもよい。この場合、計算制御情報でどのような計算手法を用いるかを示す情報を指定してもよい。

また、セルの分割の方法も図６に示した方法に限定されず、他の方法であってもよい。例えば、計算点４００とセルの中心（重心）との距離が一定距離以内である場合に当該セルを分割する方法でもよい。

また、図１に示すように、３次元ＣＧプログラム２００と線量予測プログラム２１０とを異なるプログラムで構成していたが、１つの制御プログラムで３次元ＣＧプログラム２００の処理と線量予測プログラム２１０の処理を行う構成でもよい。

また、上記した各実施形態では、線量予測装置１は１台のコンピュータで実現されることを想定していた。しかし、線量予測装置１は複数台のコンピュータで構成してもよい。例えば、３次元ＣＧプログラム２００を備えた第１コンピュータが３次元形状モデルの作成や、３次元形状モデルへの放射線源情報の設定などを行う。第１コンピュータが３次元ＣＧプログラム２００を用いて作成した放射線源情報などが設定された３次元形状モデルと設定情報をネットワークを介して第２コンピュータ（例えばサーバ）に送信する。第２コンピュータは、線量予測プログラム２１０を備え、線量予測プログラム２１０を用いて放射線量の計算を行う。そして、第２コンピュータは、計算結果をネットワークを介して第１コンピュータに送信する。

１ 線量予測装置
２ 表示装置
１０ 演算処理部
１１ 表示制御部
１２ データ入力部
１３ ＣＧ処理部
１４ 情報設定部（第１情報設定部、第２情報設定部）
１５ 細分化処理部
１６ 線量計算処理部
１７ 見通し判定部
１８ 遮蔽計算処理部
１００ 計算対象の情報
１１０ 解析情報
１２０ 設定情報
１３０ 計算結果
１４０ 詳細計算結果
２００ ３次元ＣＧプログラム
２１０ 線量予測プログラム
３００，５００ ３次元形状モデル
４００ 計算点
Ｍ メッシュ
Ｓｅｌ セル

Claims (13)

1. ３次元形状モデルの形状表面に放射線源の強度を示す放射線源情報を設定するＣＧ処理部と、
   前記３次元形状モデルの形状表面をメッシュ状に区切ることにより複数のメッシュを設定するとともに各メッシュに複数のセルを設定し、各セルに前記放射線源情報に応じた放射線強度の放射線源を設定する第１情報設定部と、
   所定位置に計算点を設定する第２情報設定部と、
   前記各セルに設定された前記放射線源からの前記計算点における放射線量を計算する線量計算処理部と、を備える線量予測装置。
2. 前記計算点から距離が近いセルを分割することにより前記メッシュを細分化する細分化処理部を備える請求項１に記載の線量予測装置。
3. 前記細分化処理部は、セルの面積と等しい等価円の中心と前記計算点とを結ぶ線と、前記等価円の円周上の所定位置と前記計算点とを結ぶ線とでなす角度が一定角度以上である場合に、前記セルを分割する請求項２に記載の線量予測装置。
4. 前記第１情報設定部は、各セルに対して、各セルの深さ方向に層状に点線源を設定する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の線量予測装置。
5. 前記第１情報設定部は、各セルに対して、各層の点線源の深さ方向の強度分布を設定する請求項４に記載の線量予測装置。
6. 前記ＣＧ処理部は、地形データ、標高データ、及び建物等の形状データに基づいて前記３次元形状モデルを作成する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の線量予測装置。
7. 前記ＣＧ処理部は、前記３次元形状モデルの形状表面にカラー情報で放射線源情報を設定する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の線量予測装置。
8. 前記ＣＧ処理部は、除染前後の放射線源強度分布に基づき、前記３次元形状モデルの形状表面に前記放射線源情報を設定し、前記線量計算処理部で計算された除染前後の放射線量分布の画像を生成する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の線量予測装置。
9. 前記線量計算処理部は、前記各セルに設定された前記放射線源からの前記計算点における放射線量を点減衰核計算法に基づき計算する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の線量予測装置。
10. 前記計算点と各セルとの間に物体が存在するか否かを判定する見通し判定部と、
    前記見通し判定部で前記計算点と各セルとの間に前記物体が存在すると判定された場合、前記物体による各セルの放射線源からの放射線の減衰を計算する遮蔽計算処理部と、を備え、
    前記線量計算処理部は、前記遮蔽計算処理部で計算された前記放射線の減衰を加味して前記計算点における放射線量を計算する請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の線量予測装置。
11. 前記ＣＧ処理部は、前記３次元形状モデルの形状表面に放射線透過率を設定し、
    前記遮蔽計算処理部は、前記放射線透過率及び前記物体の厚さに基づいて、前記物体による各セルの放射線源からの放射線の減衰を計算する請求項１０に記載の線量予測装置。
12. ３次元形状モデルの形状表面に放射線源の強度を示す放射線源情報を設定することと、
    前記３次元形状モデルの形状表面をメッシュ状に区切ることにより複数のメッシュを設定するとともに各メッシュに複数のセルを設定し、各セルに前記放射線源情報に応じた放射線強度の放射線源を設定することと、
    所定位置に計算点を設定することと、
    前記各セルに設定された前記放射線源からの前記計算点における放射線量を計算することと、を含む線量予測方法。
13. コンピュータに、
    ３次元形状モデルの形状表面に放射線源の強度を示す放射線源情報を設定するＣＧ処理と、
    前記３次元形状モデルの形状表面をメッシュ状に区切ることにより複数のメッシュを設定するとともに各メッシュに複数のセルを設定し、各セルに前記放射線源情報に応じた放射線強度の放射線源を設定する第１情報設定処理と、
    所定位置に計算点を設定する第２情報設定処理と、
    前記各セルに設定された前記放射線源からの前記計算点における放射線量を計算する線量計算処理と、を実行させる線量予測プログラム。

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