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FLUKA 4.0和Flair 3.1安装调试报告

2020/7/7 作者:质子中国

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今年的疫情并没有太延缓FLUKA的更新进度,FLUKA代码的新版本FLUKA 4.0已于2020年6月30号发布,可以从https://fluka.cern/download/latest-fluka-release下载。此版本采用的新编号方案将突出FLUKA的新纪元(跟INFN比较彻底脱钩),从而使CERN在开发方向和协作框架方面都对代码有了新的认识。这个新版本将更加助力于核工程、核技术和核医学相关领域进行新的探索和应用。


新版本FLUKA 4.0具有多种物理技术的发展,包括在晶体中实现各向异性效应,在电场中(在真空中)带电粒子传输,电子核子相互作用以及对多种同位素的直接(p, n)反应。它还提供了各种不同的技术改进,例如动态内存分配、运行时几何中括号的重新评估以及新的源选项(例如,多个束斑)。


与FLUKA一起,Flair图形界面的新版本Flair 3.1已发布,可以从Flair网站https://flair.cern下载。新的Flair版本特别为医疗应用提供了许多改进,还提供了高性能3D渲染器和用于计算辐射区域中收集剂量的计划工具。


同时官方也推出了在线FLUKA培训计划,培训时间为2020年9月至10月,为期两周(每天约4个小时)。培训将针对FLUKA初学者,并且价格比之前的优惠。有需要的读者也可以去网站上填表报名,但由于报名人数较多,主办方可能会做一些筛选。


FLUKA安装


1.1 Ubuntu18.04


为迎接全新版本FLUKA 4.0,专门安装了一个干净的Ubuntu18.04稳定版,装FLUKA之前占用空间是7 G左右。


如果用老系统,里面安装了原来版本的FLUKA,建议先将其删除。如果是tar安装,用命令:

rm -rf +安装目录


如果是rpm安装的,用命令:

rpm -e fluka2011


1.2 安装包下载


在下载之前用户需要根据需求进行注册,请参考质子中国往期报道《FLUKA-CERN新版安装调试报告》或者官网指引,本文不再赘述。找到CERN提供的下载网页:https://fluka.cern/download/latest-fluka-release,我们选择用于Linux的.tgz版本,也就是第一个。

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但是这个下载速度相比于之前的非常慢,下载完成后总共是493.6 M的文件,跟之前的版本差不多。


1.3 gfortran安装


下载好的文件名为fluka-4-0.0.Linux-gfor7.tar,4-0.0是版本号,linux是系统平台,gfor7是编译器及版本,所以FLUKA 4.0需要至少gfortran7.0以上版本。这次我们安装gfortran7.5: 

fluka4和flair3安装-02.jpg


在Ubuntu系统中安装gfortran 7.5,命令行:

sudo apt install gfortran

fluka4和flair3安装-03.jpg


检查是gfrotran否安装成功,可以用这样几个命令:

gfortran -v或者gcc -v查询版本;

which gcc和which gfortran查询安装路径。

fluka4和flair3安装-04.jpg


如果是苹果macOS系统,操作相对更多一些。这里不多赘述,使用Mac的用户参见官网。


1.4 解压tar文件


把下载好的FLUKA安装包复制到Ubuntu系统下的新建文件夹/home/FLUKA4.0。文件夹命名可以随意,但不能有空格。

fluka4和flair3安装-05.jpg

 

然后在终端上用命令tar -xvf fluka-4-0.0.Linux-gfor7.tar进行解压。


1.5 安装


由于是全新的系统,先安装make,命令行:sudo apt install make

fluka4和flair3安装-06.jpg


由于makefile 在src目录下,终端用cd命令进入src目录,执行make命令。也可以按照官网说的用make -j 8来加速执行。

fluka4和flair3安装-07.jpg


Make执行完成后就会发现在bin目录下游多个可执行文件生成,这其中就包括fluka 和 flukadpm。

fluka4和flair3安装-08.jpg


1.6 环境变量


这里的环境变量设置只是为了使用方便,避免每次调用执行文件时都要输入全部路径。命令行是:

export PATH=$PATH:/home/fluka/FLUKA4.0/fluka4-0.0/bin

source ~/.bashrc 

这个命令的作用是当打开新的终端的时候,环境变量仍然有效。也可以用echo $PATH命令查看一下PATH。

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1.7

检验FLUKA是否安装成功


用命令行运行FLUKA的指导页面是

https://fluka.cern/documentation/running/fluka-command-line。


将测试模型文件inp复制到工作文件夹FLUKAwork. 为了减少运算时间,将输入粒子数改为1000.


启动FLUKA运行的命令是:

/home/fluka/FLUKA4.0/fluka4-0.0/bin/rfluka-M 5 protonPeak.inp

也可以是:

/home/fluka/FLUKA4.0/fluka4-0.0/bin/rfluka -N0-M 5 protonPeak.inp


表示进行5个cycle的计算,-N表示起始cycle,-M表示结束的cycle。有5个cycle总共运算5000个粒子。


运行成功的标志是有临时文件夹生成:此例中为fluka_xxxx;


如果模型正确,会得到score的fort文件:如protonPeak001_fort.22;


由于单机上只能串行完成计算,因此依次得到cycle #1-#5的结果。

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运行结束后在工作目录下会有很多fort文件,说明新版本FLUKA 4.0安装成功!

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装完FLUKA的磁盘大小是9.13 G。


2  Flair安装


其实这次版本升级的最大亮点还在于Flair,Flair 3.0经历了12个子版本,这次直接跳到Flair 3.1,应该是有一个质的飞越。主要亮点在于首先大大加强了在医疗应用方面的功能:


DICOM处理方面的改进:

更改,简化和增强功能的DICOM接口;

新的DICOM编辑器可以执行简单的更改,例如匿名化DICOM文件;

体素生成可以覆盖执行布尔操作(如在几何图形中)的ROI上的材质;

增强的RTViewer与RTPLAN进行交叉检查计算;

RTPLAN处理为离子和PHOTON计划创建必要的光束;

将USRBIN转换为RTDOSE DICOM格式;

自动导出到RTDOSE和USRBIN的DVH;


几何编辑器方面的改进:

FARM包含:Flair Advanced Render模块(C.Theis)高性能3D渲染器,可直接在几何编辑器中生成高质量的逼真的3D几何图,与最佳3D渲染相当;

计划器工具:直接在几何编辑器中沿时间样条路径创建RP干预计划和剂量估算,并假设有点算子;

电影工具:使用沿着时间样条路径移动的相机来创建3D电影;

通过在线优化不需要的区域来进行高级圆括号扩展,与过去以及内置的fluka相比,性能更高;

多方位系统:

X-up,

Y向上(默认风格),

向上,

DICOM两足动物,

DICOM四倍,

输入编辑器-大大加快了撤消/重做操作。


这些功能的改进将促使FLUKA和Flair向商业化软件发展,而不仅仅作为研究人员的蒙卡的特需工具。


2.1 repository库安装


2.1.1卸载老版本


如果你用的是之前的Ubuntu系统,而且安装过flair老版本的话,建议在装新版本前将其卸载,包括几何模块也卸载,命令行是:sudo apt remove flair flair-geoviewer。


2.1.2 repository库安装Flair


相比于之前复杂的安装过程,尤其是依赖包的安装过程,CERN提供了一个打包好的简易安装方式,也就是常用的repository。用这种方法只需要三步就能完成flair和flair-geoviewer及其他依赖包的安装。


安装repository库的key,命令行是:

sudo wget -q -O -https://cern.ch/flair/download/ubuntu/KEY.gpg | sudo apt-key add -


安装Ubuntu18.04对应的repository库,命令行是:

sudo add-apt-repository 'deb [arch=all,amd64] https://cern.ch/flair/download/ubuntu/18.04/'


输入安装命令 回车:sudo apt install flair。

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在终端中可以看到许多依赖包将自动安装,包括我们熟悉的用于绘图的gnuplot,比较底层的python3,numpy等等。要一个一个安装,难免疏漏。

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运行完install,显示各种依赖包都已经set up。

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2.1.3 Flair升级


在上一节安装完成之后,建议立即进行升级。命令行是:

sudo apt update

sudo apt upgrade


2.1.4 Flair运行测试


用命令行打开flair: flair protonPeak.inp &。新版Flair打开后弹出证书协议,拉到最底部点击I agree即可。


会出现报错提示:SetFluka Directory。

fluka4和flair3安装-15.jpg


直接点击界面中的start运行的话会出现状态提示:Finished with ERRORS。查阅.out文件看到进一步提示:failed to run command ‘rfluka’。说明Flair并没有在安装完成之后自动连接到FLUKA的可执行文件,从而导致了无法启动运行。

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这里就需要最后做一个简单的手动操作:进入Flair的配置界面Config,将安装路径/home/fluka/FLUKA4.0/fluka4-0.0/bin复制到Fluka Directory中,其他不变。设置好之后点击Ok,也可以点击文件夹符号,找到bin所在路径,然后点击Ok。

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再进入运行Run界面,点击Start。发现可以正常运行了。设置3个cycle。

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运行完成后,再合并fort文件得到.bnn文件就可以画图了。进入Plot界面画二维图,其操作过程跟原来版本一致。得到一个70 MeV的布拉格峰。测试成功,表明FLUKA 4.0和Flair 3.1都安装成功。

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所有的软件安装完成后系统的磁盘空间占用是10.2 G。逐步安装方法本文将不再使用,有兴趣的读者可以参看前期文章。


小结


新版的FLUKA 4.0和Flair 3.1将进一步推动蒙卡在医学方面的应用,并逐步向商业蒙卡TPS软件迈进。


相比于之前的版本,DICOM模块的成熟度进一步增强,CT图像解析更加流畅,DVH出图也更加方便。


几何模块Farm3D增强了Flair建模的方便性,可视化也做的更好。在逐步跟商业CAD软件看齐。

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本次安装特别留意了磁盘占用情况,Ubuntu18.04本身7 G,安装FLUKA 4.0总占用磁盘9.13 G,安装完Flair 3.1总占用10.2 G。可见软件本身还是很轻量化的。


最后值得一提的是,今年秋天,CERN将举办第二届FLUKA学校,并且费用优惠。随着Flair中DICOM模块的逐步完善,FLUKA将会更广泛地应用于离子治疗和医学物理。(质子中国 编辑报道)


FLUKA应用-质子防护-汪金龙-23.jpg

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