陽子線照射による水の微弱光を用いた線量分布推定法 －チェレンコフ光との識別－
| Project/Area Number |
18K04974
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小森 雅孝 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 准教授 (30392228)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 微弱光 / チェレンコフ光 / 陽子線治療 / 線量分布推定 / QA/QC / 水の発光 / 水の発光現象 / イメージング / 医学物理学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
チェレンコフ放射が起こる陽子線の閾エネルギー（約120 MeV）以下で照射した陽子線に起因する水の微弱な発光現象（以下、微弱光とする）は線量分布を比較的よく再現し、陽子線がん治療における簡便な三次元線量分布推定への応用が期待される。しかしがん治療で使用される200 MeV陽子線の場合、微弱光と波長分布が類似するチェレンコフ光も発生する。チェレンコフ光は線量分布を再現しないので、微弱光を用いた線量分布推定において除去する必要がある。
2022年度もモンテカルロシミュレーションツールキットGeant4を用いて研究を進めた。Geant4では荷電粒子から発生するチェレンコフ光の発生・輸送計算が可能である。一方、微弱光は発光機序も解明されておらず、Geant4では発光が起こらない。よってGeant4のシンチレーション光の計算モデルを流用することで微弱光の発生を模擬した。2019年度までに測定した200 MeV陽子線を水ファントムに照射することで得られた深部発光量分布を、Geant4によるシミュレーションで再現した。200 MeV陽子線はチェレンコフ放射が起こる閾エネルギーを超えているので、浅部ではチェレンコフ光と微弱光が混在する一方、飛程終端のブラッグピーク領域では微弱光が支配的になる。単位陽子数あたりのチェレンコフ光と微弱光の発光量比を２：１とすることで、深部発光量分布を最もよく再現できることが明らかとなった。
さらには発光量の角度依存性を評価するために、直径5mmの水標的に200 MeVと100 MeV陽子線を照射し、90°方向における発光量を計算した。チェレンコフ光：微弱光＝2：1の発光量比で計算を行った結果、200MeV照射時と100MeV照射時の発光量比が200MeV/100MeV=2.7となり、実測値と誤差7％程度で一致することが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
2022年度はチェレンコフ光が発生しないエネルギー120 MeV以下の陽子線を用いて、微弱光の発光強度角度依存性の測定を行う予定であった。しかし新型コロナウィルス感染拡大対策が予想より長引いており、医療施設である名古屋陽子線治療センターでの実験が実施しづらい状況となった。また研究代表者は医学系研究科所属であり、教育や運営などの研究以外の業務においても、引き続きの新型コロナウィルス感染拡大対策が必要であった。したがって、研究に費やすことができる時間が想定より減少した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は新型コロナウィルス感染症が５類感染症に移行することもあり、名古屋陽子線治療センターでの実験実施が可能であると考えている。チェレンコフ光が発生しないエネルギー120 MeV以下の陽子線を用いて、微弱光の発光強度角度依存性の測定を行う予定である。同時にGeant4を用いたシミュレーションにおいても、陽子線照射位置や、水標的形状の変化等が微弱光の発光強度角度依存性に与える系統誤差を評価し、論文投稿を行う予定である。
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Report
(5 results)
Research Products
(29 results)
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[Journal Article] Development of an x-ray-opaque-marker system for quantitative phantom positioning in patient-specific quality assurance2021
Author(s)
Kentaro Suzuki, Takeshi Kamomae, Hiroshi Oguchi, Fumitaka Kawabata, Kazuma Sugita, Kuniyasu Okudaira, Masaki Mori, Shinji Abe, Masataka Komori, Mariko Kawamura, Kazuhiro Ohtakara, Yoshiyuki Itoh, Shinji Naganawa
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Journal Title
Phys Med
Volume: 91
Pages: 121-130
DOI
Related Report
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