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CERN新版FLUKA程序安装调试报告

2019/6/10 作者:汪金龙 质子中国

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蒙特卡罗(Monte Carlo, MC)方法能够很好地模拟粒子与物质的相互作用,多种MC程序已逐步应用到质子重离子治疗中,如FLUKA、Geant4、MCNPX、TOPAS等,很多商用放疗计划系统(TPS)也有MC模块。目前,FLUKA在医学物理中的应用越来越多。2019年,欧洲核子研究中心(CERN)发布了新版FLUKA程序。为方便大家安装,本文详细介绍了FLUKA及其用户界面FLAIR的调试安装过程,安装的系统基于Ubuntu 18.04。


安装步骤

1. Ubuntu 18.04安装

2. FLUKA安装:gfortran安装、安装环境准备、安装FLUKA 2011.2x.6、检验FLUKA是否安装成功

3. FLAIR安装:安装环境准备、flair-geoviewer安装、FLAIR主程序安装

4. 安装验证


1. Ubuntu 18.04安装

Ubuntu 18.04是最新稳定版本,安装Ubuntu 18.04为常规操作。


2. FLUKA安装

下载最新FLUKA版本fluka2011.2x-linux-gfor64bit-7.4-AA.tar.gz。


2.1 gfortran安装

登录FLUKA官网http://www.fluka.org/fluka.php,需要在Ubuntu系统中安装gfortran 7.4。

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在系统中安装gfortran 7.4。

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检查gfrotran是否安装成功。

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2.2 安装环境准备

按照安装说明做如下操作,准备安装环境,并检查是否设置成功:FLUKA2011.2x.6是安装文件夹。

微信图片_20190610182154.png

也可以在.profile文件中添加,重启后,环境设置长期有效。

微信图片_20190610182157.jpg

2.3 安装FLUKA 2011.2x.6

新建文件夹FLUKA 2011.2x.6,需特别注意不能有空格。将下载好的安装包复制到该文件夹下。

微信图片_20190610182159.jpg

并解压:

微信图片_20190610182201.jpg

新系统还需要安装make。

微信图片_20190610182203.jpg

make编译文件,如果出现报错,建议重启系统,使.profile生效。

微信图片_20190610182205.jpg

编译需要大概几十秒,编译成功的标志是最后出现离开文件夹flutil。

微信图片_20190610182207.jpg

flutil文件夹下生成了许多目标文件。

微信图片_20190610182210.jpg

2.4 检验FLUKA是否安装成功

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

微信图片_20190610182212.png微信图片_20190610182214.png

由于尚没有安装Flair,只能用指令来启动运算,参见手册的24和25页:“$FLUPRO/flutil/rfluka -N0 -M5 input.inp”表示进行5个周期的计算,总共运算5000个离子。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input001_fort.22;由于单机上只能串行完成计算,因此得到cycle #1-#5的结果。

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3. FLAIR安装

Flair是FLUKA的图形用户界面(GUI),界面友好,推荐大家安装。目前最新版本为flair-2.3-0 28-Apr-2017。

(Flair官网: http://www.fluka.org/flair/index.html)


3.1 安装环境准备

安装FLAIR之前,官网(http://www.fluka.org/flair/download.html)列举了许多附带的要求,建议逐项准备。


3.1.1 Python 3安装

Python 3 已经安装。

微信图片_20190610182218.png

3.1.2 Tkinter Tcl/Tk安装

Tkinter是Tcl/Tk的界面,作者理解只安装Tcl/Tk即可。

(https://docs.python.org/2/library/tkinter.html)

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3.1.3 Python Image Library安装

中文:

https://www.jianshu.com/p/d5c6537c7a71


英文:

https://prateekvjoshi.com/2014/04/19/how-to-install-pil-on-ubuntu/


准备好安装PIL,请输入指令:$sudo pip install pil

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安装Pillow (建议), 请输入指令:$sudo pip install Pillow

微信图片_20190610182224.jpg

查询版本1.1.7安装成功。


3.1.4 Gnuplot安装

Ubuntu系统中安装请参考:

英文:

http://zoomadmin.com/HowToInstall/UbuntuPackage/gnuplot


中文:

https://www.jianshu.com/p/6eef7dfe51bf

微信图片_20190610182226.jpg

画sin(x)曲线,安装成功。

微信图片_20190610182229.jpg

3.1.5 pydicom 安装

英文参考:https://www.howtoinstall.co/en/ubuntu/xenial/python-dicom


$ sudo apt-get install python-dicom

微信图片_20190610182231.jpg

安装成功。

微信图片_20190610182233.png

3.1.6 Numpy安装

在安装pydicom时已经依赖安装。独立安装的指令为:sudo apt-get install python-numpy。


3.2 flair-geoviewer安装

3.2.1 tgz格式安装

下载最新版本并解压:flair-geoviewer-2.3-0.tgz

微信图片_20190610182236.png

安装准备:http://www.fluka.org/flair/README.txt


sudo apt-get install tk-dev python-dev

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但Make失败,无法编译,后续改为rpm格式安装。


3.2.2  Rpm格式安装

下载最新rpm版本flair-geoviewer-2.3-0.x86_64.rpm

微信图片_20190610182240.png

安装alien: sudo apt-get install alien

微信图片_20190610182243.jpg

sudo alien -iflair-geoviewer-2.3-0.x86_64.rpm

微信图片_20190610182245.jpg

3.3 FLAIR主程序安装

下载最新rpm版本flair-2.3-0.noarch.rpm,安装FLAIR主程序:sudo alien -i flair-2.3-0.noarch.rpm

微信图片_20190610182247.jpg

4. 安装验证

对比安装FLAIR前后,文件图标发生变化,双击.flair文件即可打开进入图形界面。

微信图片_20190610182249.jpg

检查版本可见FLAIR和FLUKA均为最新版本,且几何模块正常。

微信图片_20190610182251.jpg

点击start运行3个周期。

微信图片_20190610182253.jpg

显示结果:

微信图片_20190610182255.jpg

小结

Ubuntu 18.04更加耗内存,在调试过程中软件有卡死的情况。建议采用比较高的配置进行安装。

FLAIR的安装复杂,有些依赖包的安装一定要注意,很多初学者都卡在这个过程上。

FLAIR的DICOM模块在新版中功能越来越丰富,欢迎有兴趣的读者一起探讨。欢迎加入作者的原创公众号(扫描作者介绍中的二维码)共同探讨。


参考文献

[1] Ferrari A, Sala P, Fasso A, Ranft J. Fluka: a multi-particle transport code (program version 2005). Technical report; 2005. 

[2] Böhlen TT, Cerutti F, Chin MPW, Fassò A, Ferrari A, Ortega PG, et al. The fluka code: developments and challenges for high energy and medical applications. Nuc Dat She 2014;120:211-4.

[3] Bellinzona EV, Ciocca M, Embriaco A, Ferrari A, Fontana Mairani A, et al. A model for the accurate computation of the lateral scattering of protons in water. Phys Med Bio 2016;61(4):N102-17.

[4] Theis, C., Buchegger, K.H., Brugger, M., Forkel-Wirth, D., Roesler, S., Vincke, H., 2006. Interactive three dimensional visualization and creation of geometries for Monte Carlo calculations. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 562, 827-829.

[5] V.Vlachoudis "FLAIR: A Powerful But User Friendly Graphical Interface For FLUKA" Proc. Int. Conf. on Mathematics, Computational Methods & Reactor Physics (M&C 2009), Saratoga Springs, New York, 2009

[6] Wang Jinlong, Andrew Rusanov, et al. Fast Radiation Simulation and Visualized Data Processing Method. PARP Conference 2016.

[7] WANG Jinlong, L. ALBERTO Cruz, LIU Zhengzheng,et al. Weight adaption-based spread-out Bragg peak method[J]. Chinese Journal of Medical Physics,2019,36(1):50-54.

[8] WANG J L, CRUZ L A, LU M. Pixelated prompt gamma imaging detector for online measurement of proton beam: monte carlo feasibility study by FLUKA[J]. Radiat Detect Technol Methods, 2018, 2:4.




质子专区介绍:
相比传统放疗,质子治疗作为“精准治疗”的新一代代表,利用质子射线所具有的独特物理特性,以极快的速度、很小的放射剂量进入人体,迅速到达肿瘤组织并释放全部剂量,而肿瘤后方和侧方的正常组织及器官受到的照射剂量几乎为零,从而实现以最大的照射剂量杀伤肿瘤组织的同时又最大限度地避免了周围组织及器官的损伤,实现更加精确的“精准治疗”。
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