A Study on effects of MRI magnetic field on dose distribution during MRI guided Heavy Ion Therapy

• Project/Area Number: 18K07743
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52040:Radiological sciences-related
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: IWAI TAKEO 山形大学, 医学部, 教授 (30272529)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 重粒子線治療 / 炭素線治療 / 核磁気共鳴画像誘導 / モンテカルロシミュレーション / 二次粒子 / 線量分布 / MRI / 画像誘導 / 医学物理学

Outline of Final Research Achievements

In order to develop carbon ion radiotherapy (CIRT) into a more powerful treatment, we conducted a particle simulation study to realize CIRT under MRI guidance. As for the magnetic field level of the MRI to be used, in addition to the general MRI magnetic field of 3T and 1.5T, the open type 0.3T, and the ultra-low magnetic field of 0.055T, which is being developed in recent years, the main magnetic field for each clarified the effect of the radiation on the dose distribution. Secondary electrons and secondary protons have little effect on the dose distribution. Although the beam is shifted by the magnetic field at the end, the shape of the lateral dose distribution is barely affected. Since the amount of shift is very small if the magnetic field is as low as ultra-low field MRI, the feasibility is high in terms of compatibility with existing facilities.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

重粒子線治療は、本邦で年間5000人程度が受けている最先端治療であるが、画像誘導という点では光子線治療などに後れを取っている現状である。本研究は、MRIの磁場が一次炭素線二次粒子、線量分布に与える影響を初めて明らかにした学術的意義は大きい。
光子線治療では既に臨床投入されているMRI誘導が重粒子線治療にも適用されれば、重粒子線治療の精度と信頼性が著しく向上し、適用部位や照射回数減など、さまざまなメリットがもたらされ、究極のがん治療法として社会に与えるインパクトは計り知れない。

Research Products

• [Journal Article] Error on the stopping power ratio of ERKODENT's mouthpiece for head and neck carbon ion radiotherapy treatment (2023)
  • Author(s): Lee SH, Kanai T, Souda H, Miyasaka Y, Chai H, Ono T, Yamazawa Y, Suzuki K, Sato A, Katsumata M, Iwai T
  • Journal Title: Journal of Applied Clinical Medical Physics Volume: ー
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] （放射線利用紹介）山形大学医学部東日本重粒子センター (2022)
  • Author(s): 岩井 岳夫，想田 光，宮坂 友侑也，Lee SungHyun，柴 宏博，佐藤 啓，根本 建二，金井 貴幸，勝間田 匡
  • Journal Title: 放射線化学 Volume: 114
• [Journal Article] 山形大学医学部東日本重粒子センター建設の現状 (4) (2022)
  • Author(s): 岩井岳夫, 想田 光, 金井貴幸, 宮坂友侑也, Lee Sung Hyun, 柴宏博, 勝間田匡, 佐藤啓, 佐藤慎哉, 上野義之, 根本建二
  • Journal Title: 日本加速器学会第19回年会プロシーディングス Volume: ー
  • Open Access
• [Journal Article] Development of a quantitative analysis method for assessing patient body surface deformation using an optical surface tracking system (2022)
  • Author(s): Sato K, Sato R, Goto N, Kawamura T, Kanai T, Miyasaka Y, Lee SH, Souda H, Iwai T
  • Journal Title: Radiological Physics and Technology Volume: 30 Issue: 4 Pages: 367-378
  • DOI: 10.1007/s12194-022-00676-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 最新重粒子線治療施設の現況 (2022)
  • Author(s): 岩井岳夫
  • Journal Title: エネルギーレビュー Volume: 42 Pages: 12-15
• [Journal Article] Rotating Gantry for Heavy-ion Therapy Mounted with Superconducting Bending and Focusing Magnets (2022)
  • Author(s): S. Takayama, T. Yazawa, M. Asano, M. Misawa, Y. Nagamoto, S. Amano, T. Orikasa, Y. Hirata, T. Kanai, H. Souda, T. Iwai
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 32 Issue: 6 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1109/tasc.2022.3160973
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 山形大学医学部東日本重粒子センター建設の現状 (3) (2021)
  • Author(s): 岩井岳夫, 想田光, 金井貴幸, 宮坂友侑也, Lee Sung Hyun, 柴宏博、勝間田匡, 佐藤 啓, 佐藤慎哉, 上野義之, 根本建二
  • Journal Title: Proceedings of the 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan Volume: 18 Pages: 10-12
  • Open Access
• [Journal Article] 重粒子線治療用シンクロトロン多段エネルギースキャンの運用実績 (2021)
  • Author(s): 想田光、金井貴幸、イ ソンヒョン、宮坂友侑也、岩井岳夫、盛道太郎、佐藤亜都紗、 田口貴之、菅藤洋平、勝間田匡、佐藤啓、佐藤慎哉、上野義之、根本建二
  • Journal Title: Proceedings of the 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan Volume: 18 Pages: 603-606
  • Open Access
• [Journal Article] 山形大学医学部東日本重粒子センターの建設 (2020)
  • Author(s): 想田 光、岩井 岳夫、金井 貴幸、宮坂 友侑也、佐藤 啓、根本 建二、上野 義之、嘉山 孝正
  • Journal Title: 加速器 Volume: 17 Pages: 144-150
  • NAID: 130008101585
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 山形大学医学部東日本重粒子センター建設の現状(2) (2020)
  • Author(s): 想田光, 金井貴幸、宮坂友侑也、岩井岳夫、根本建二、上野義之、嘉山孝正
  • Journal Title: Proceedings of the 17th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan Volume: 17 Pages: 235-237
  • Open Access
• [Journal Article] Feasibility Study on an Application of Scintillation Fiber Imager to Realtime Range Monitoring System for Carbon Ion Therapy (2019)
  • Author(s): T. Iwai, K. Morimoto, S. Kurosawa, F. Tokanai, T. Umebayashi, Y. Ohashi, T. Moriya, S. Ishizawa, and M. Murata
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 24
  • DOI: 10.7566/jpscp.24.011030
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] MRI 誘導重粒子線治療における線量分布に与えるMRI 磁場影響のモンテカルロシミュレーション (2022)
  • Author(s): 岩井 岳夫 、想田 光 、Lee Sung Hyun、 宮坂 友侑也 、 柴 宏博 、小野 拓也 、後藤 辰希
  • Organizer: 日本量子医科学会第2回学術大会
• [Presentation] 山形大学医学部東日本重粒子センターにおける回転ガントリーの立ち上げ (2022)
  • Author(s): 岩井岳夫、想田 光、金井貴幸、宮坂友侑也、Lee Sung Hyun、柴宏博、勝間田匡、佐藤亜都紗、佐藤 啓、根本建二
  • Organizer: 第18回日本粒子線治療臨床研究会
• [Presentation] 山形大学医学部東日本重粒子センターにおける前立腺癌重粒子線治療の初期経験 (2022)
  • Author(s): 佐藤 啓, 矢野 菜津子, 金子 崇, 小野 崇, 川城 壮平, 原田麻由美, 赤松 妃呂子, 萩原 靖倫, 市川 真由美, 宮坂 友侑也, 岩井 岳夫, 根本 建二
  • Organizer: 第18回日本粒子線治療臨床研究会
• [Presentation] 山形大学医学部東日本重粒子センター建設の現状 (4) (2022)
  • Author(s): 岩井岳夫, 想田 光, 金井貴幸, 宮坂友侑也, Lee Sung Hyun, 柴宏博, 勝間田匡, 佐藤啓, 佐藤慎哉, 上野義之, 根本建二
  • Organizer: 日本加速器学会第19回年会
• [Presentation] 粒子線がん治療時のシンチレーター型リアルタイム線モニタの開発：飛程検証のためのファイバー検出器の基礎特性と陽子線のトラッキングについて (2022)
  • Author(s): 神長 摩菜美, 高橋 貫太, 森本 幸司, 岩井 岳夫, 黒澤 俊介, 門叶 冬樹
  • Organizer: 応用物理学会秋季講演会
• [Presentation] 粒子線がん治療時のシンチレータ型リアルタイム線量モニタの開発Ⅰ：飛程検証のためのファイバー検出器の基礎特性 (2022)
  • Author(s): 神長 摩菜美, 高橋 貫太, 森本 幸司, 岩井 岳夫, 黒澤 俊介, 門叶 冬樹
  • Organizer: 第59回アイソトープ・放射線研究発表会
• [Presentation] 粒子線がん治療時シンチレータ型リアルタイム線量モニタの開発II：二次粒子検出のための波形分別 (2022)
  • Author(s): 高橋 貫太, 森本 幸司, 岩井 岳夫, 門叶 冬樹, 黒澤 俊介, 神長 摩菜美
  • Organizer: 第59回アイソトープ・放射線研究発表会
• [Presentation] Clinical commissioning of Carbon Ion Therapy System at East Japan Heavy Ion Center, Faculty of Medicine, Yamagata University (2022)
  • Author(s): Iwai T, Souda H, Kanai T, Miyasaka Y, Lee SH, Chai H, Katsumata M, Sato A, Sato H, Nemoto K
  • Organizer: The 2nd Annual Conference of the Asia-Oceania Particle Therapy Co-operative Group
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Two years' experience with Toshiba carbon ion therapy system (2022)
  • Author(s): Iwai T
  • Organizer: The 2nd Annual Conference of the Asia-Oceania Particle Therapy Co-operative Group
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 山形大学医学部における重粒子線治療 (2022)
  • Author(s): 岩井岳夫
  • Organizer: 第23回AMSシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 重粒子線治療用回転ガントリー照射装置のコミッショニング (2022)
  • Author(s): 想田光, 金井貴幸, イソンヒョン, 宮坂友侑也, 柴宏博, 岩井岳夫, 勝間田匡, 金子崇, 小野崇, 川城壮平, 赤松妃呂子, 萩原靖倫, 佐藤啓, 佐藤慎哉, 上野義之, 根本建二
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [Presentation] IMRTによる胸壁照射時の呼吸性移動対策治療計画手法の検討 (2022)
  • Author(s): 小野拓也、宮坂友侑也、柴宏博、金井貴幸、想田光、李聖賢、赤松妃呂子、佐藤啓、岩井岳夫
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [Presentation] 患者横断面線量分布の調整を可能とする新たな小線源治療用アプリケータの開発 (2022)
  • Author(s): 宮坂友侑也、柴宏博、金井貴幸、想田光、李聖賢、佐藤啓、岩井岳夫
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [Presentation] 粒子線治療装置運転・維持管理データベース PT-DOM の開発 (2022)
  • Author(s): 想田光, 金井貴幸, Sun Hyun Lee, 宮坂友侑也, 柴宏博, 岩井岳夫, 菅藤洋平, 盛道太郎, 佐藤亜都紗, 田口貴之, 大内章央, 勝間田匡, 佐藤啓, 佐藤慎哉, 上野義之, 根本建二
  • Organizer: 日本加速器学会第19回年会
• [Presentation] Calculation of radiation dose from kilovoltage X-ray imaging in carbon ion radiotherapy using ICRP110 phantom and Monte Carlo simulation at East Japan Heavy Ion Center (2022)
  • Author(s): Sung Hyun Lee, Takayuki Kanai, Hikaru Souda, Yuya Miyasaka, Hongbo Chai, Yoshifumi Yamazawa, Koji Suzuki, Takeo Iwai
  • Organizer: 日本医学物理学会 第124回学術集会
• [Presentation] Development of Beam Axis Correction Method with Position Feedback System (2022)
  • Author(s): Souda H, Lee SH, Kanai T, Miyasaka Y, Chai H, Iwai T, Ouchi F, Sei M, Sato A, Taguchi T, Kanto Y, KatsumataM, Sato H, Sato S, Ueno Y, Nemoto K
  • Organizer: 日本医学物理学会第123回学術集会
• [Presentation] Range Uncertainties for MRI-only Treatment Planning with Convolutional Neural Network in Particle Therapy (2022)
  • Author(s): Kanai T, Arai S, Miyasaka Y, Souda H, Lee SH, Chai H, Iwai T, Nemoto K
  • Organizer: 日本医学物理学会第123回学術集会
• [Presentation] 粒子線治療における飛程検証のための シンチレーションファイバー検出器の開発 (2022)
  • Author(s): 神長 摩菜美，高橋 貫太，森本 幸司, 岩井 岳夫, 黒澤 俊介, 門叶 冬樹
  • Organizer: 応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Updated Status of East Japan Heavy Ion Center, Faculty of Medicine, Yamagata University (2021)
  • Author(s): Takeo Iwai, Hikaru Souda, Takayuki Kanai, Yuya Miyasaka, Sung Hyun Lee, Masashi Katsumata, Hiraku Sato, Shinya Sato, Yoshiyuki Ueno, Kenji Nemoto
  • Organizer: 59th meeting of Particle Therapy Cooperative Group (PTCOG)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 山形大学医学部 東日本重粒子センターにおけるクリニカルコミッショニングと装置の状況 (2021)
  • Author(s): 岩井岳夫, 想田 光, 金井貴幸, 宮坂友侑也, Lee Sung Hyun, 柴 宏博, 鈴木幸司, 山澤喜文, 勝間田匡, 佐藤 啓, 佐藤慎哉, 上野義之, 根本建二
  • Organizer: 第1回日本量子医科学会学術大会
• [Presentation] Preparation of East Japan Heavy Ion Center, Faculty of Medicine, Yamagata University (2021)
  • Author(s): T. Iwai, H. Souda, T. Kanai, Y. Miyasaka, S.H. Lee, M. Katsumata, H. Sato, S. Sato, Y. Ueno, T. Kayama and K. Nemoto
  • Organizer: 第121回日本医学物理学会学術大会
• [Presentation] 山形大学医学部東日本重粒子センターにおける重粒子線治療 (2021)
  • Author(s): 岩井岳夫, 想田 光, 金井貴幸, Lee Sung Hyun, 宮坂友侑也, 鈴木幸司, 山澤喜文, 勝間田匡, 佐藤 啓, 萩原靖倫, 川城壮平, 小野 崇, 金子 崇, 佐藤慎哉, 上野義之, 根本建二
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第34回学術大会
• [Presentation] 山形大学医学部東日本重粒子センター開院1年目の現状 (2021)
  • Author(s): 岩井岳夫、佐藤 啓、市川真由美、萩原靖倫、赤松妃呂子、川城壮平、小野 崇、山田真義、金子 崇、矢野菜津子、植松 健、想田 光、金井貴幸、宮坂友侑也、Lee Sung Hyun、柴宏博、鈴木幸司、山澤喜文、佐藤慎哉、上野義之、根本建二
  • Organizer: 第17回日本粒子線治療臨床研究会
• [Presentation] Current Status of East Japan Heavy Ion Center, Faculty of Medicine, Yamagata University (2020)
  • Author(s): T. Iwai, H. Souda, T. Kanai, Y. Miyasaka, S. Kawashiro, K. Nemoto, H. Yamashita, T. Kayama
  • Organizer: PTCOG ONLINE
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 山形大学医学部東日本重粒子センター建設の現状(2) (2020)
  • Author(s): 想田光, 金井貴幸, 宮坂友侑也, 家子義朗, 岩井岳夫, 根本建二, 山下英俊, 嘉山孝正
  • Organizer: 第17回日本加速器学会年会
• [Presentation] Shielding Calculation and Energy Saving in Yamagata University (2019)
  • Author(s): T. Iwai
  • Organizer: Yonsei Cancer Center-QST Joint Symposium on Carbon Ion Therapy
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Current Status of East Japan Heavy Ion Center, Faculty of Medicine, Yamagata University (2019)
  • Author(s): T. Iwai, H. Souda, T. Kanai, Y. Miyasaka, Y. Ieko, M. Harada, K. Nemoto, H. Yamashita and T. Kayama
  • Organizer: The 1st annual conference of the Asia-Oceania Particle Therapy Co-operative Group
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Current Status and Future Prospects of Carbon-Ion Therapy Facility Project of Yamagata University (2019)
  • Author(s): Ieko Y, Iwai T, Nemoto K, Suzuki K, Kanai T, Miyasaka Y, Harada M, Yamashita H, Kubota I, Kayama T
  • Organizer: 58th Annual Conference of the Particle Therapy Co-operative Group
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Construction of Compact Heavy Ion Medical Accelerator with a Superconducting Rotating Gantry (2019)
  • Author(s): Souda H, Kanai T, Ieko Y, Miyasaka Y, Iwai T, Nemoto K, Yamashita H, Kayama T
  • Organizer: Accelerator Reliability Workshop 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 山形大学医学部東日本重粒子センター建設の現状 (2019)
  • Author(s): 想田光、金井貴幸、宮坂友侑也、家子義朗、岩井岳夫、根本建二、山下英俊*、嘉山孝正
  • Organizer: 第16回日本加速器学会年会
• [Presentation] 山形大学医学部東日本重粒子センターの現状と展望 (2019)
  • Author(s): 金井貴幸、岩井岳夫、根本建二、川城壮平、鈴木幸司、山下英俊、久保田功、嘉山孝正
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第32回学術大会
• [Presentation] PHITSで評価した炭素線ビームから発生する二次粒子挙動及び線量分布に対するMRI磁場の影響 (2019)
  • Author(s): 後藤辰希, 岩井岳夫, 佐藤達彦
  • Organizer: 日本原子力学会2019年春の年会
• [Presentation] 核磁気共鳴画像誘導粒子線治療における線量分布への磁場影響評価 (2019)
  • Author(s): 岩井岳夫, 角田紫音, 後藤辰希, 門叶冬樹, 佐藤達彦
  • Organizer: 第56回アイソトープ・放射線研究発表会