Development of In vivo dosimetry technique for radiotherapy in consideration of liner energy transfer

• Project/Area Number: 21K15796
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52040:Radiological sciences-related
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University (2022); National Institutes for Quantum Science and Technology (2021)
• Principal Investigator: 松本 真之介 東京都立大学, 人間健康科学研究科, 准教授 (10742744)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 重粒子線治療 / 放射線計測 / インビボ測定 / インビボ線量測定 / 半導体検出機 / 線量測定

Outline of Research at the Start

【背景】複数のイオンを用いて腫瘍内のLET値を最適化するMulti-ion radiotherapy(MIRT)は体積が大きな腫瘍の治療効果の増大が期待される。このMIRTは複雑な治療のため、治療中の患者の動きによる放射線線量への影響が大きい。この影響を治療中に評価できれば、治療効果の最大化が期待される。しかしながら、MIRT中の線量評価の方法は開発されていない。
【目的・方法】MIRTにおける小型球形Si線量計の特性を評価し、線量評価法を開発すること 。高LET放射線を用いて、LET値に対する放射線損傷特性と線量応答特性を評価する。結果を基に広いLET値に適応可能な放射線評価法を開発する。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は研究計画中に記載のある、①高LET放射線に対する小型Si線量計の特性評価について、” 小型Si線量計の損傷特性の評価”を実施した。方法及び結果の概要は以下の通り。
【方法】重粒子線のイオン種は、量子科学技術研究開発機構においてマルチイオン治療に利用を検討している、炭素イオン、酸素イオン及びネオンイオンを用いた。それぞれのイオン線に対する線量計の損傷のLET依存性を評価するために、炭素イオン線、酸素イオン線、及びネオンイオン線を用いて照射した。それぞれのイオン種及び粒子エネルギーにおいて、平行平板型線量計を用いて1Gyを照射するようにモニタユニットを調整した。損傷特性の評価のために1Gy×100照射で合計100Gyの照射を実施した。線量計の特性から遮光が必要であり、遮光の容易さから空気中測定を実施した。測定システムは小型球形シリコン半導体線量計と電位系の組合せで構成した。当該線量測定システムを用いた場合の測定量は電荷量である。したがって、事前の校正によって電荷量から吸収線量への変換係数[Gy/nC]を得て、測定で得られた電荷量に校正係数を乗じて吸収線量を算出した。評価する照射と同じLETのイオン線で校正した測定線量と、最も低いLETのイオン線で校正した測定線量をそれぞれ取得した。
【結果】重要な結果として次の3点が明らかとなった。①電離量の絶対値が大きければ大きい程、損傷の度合いが大きいこと。②LET値が大きければ大きい程、損傷の度合いが大きいこと。③損傷度合いの粒子依存性は見られるものの、その特性を特徴付ける物理量が不明であること。このことから、放射線種毎であれば、線量計の損傷度合いは電離量の絶対値でグルーピングが可能である可能性が示唆された。これにより、当該線量測定システムのGy読出しの実行可能性が高まった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2021年度計画として小型球形Si半導体線量計のLET特性の評価を予定していた。研究実績の概要で示した結果を現在まとめており論文を作成しているところであり順調に進展している。
さらに、2022年度に実施したLET依存性を考慮した放射線評価法の開発については、得られた結果を元にGy読出しの実行可能性が見られた。最終年度にデータを解析しGy読出しシステムの構築とその誤差解析を実施することで当該線量測定システムの開発を終える。

Strategy for Future Research Activity

実施を予定している項目は、研究計画書に沿って以下の通り。①小型Si線量計の損傷特性の評価 ②高LET放射線に対する線量評価法の開発。
具体的には、①については、損傷特性のデータは得られたため、得られた結果から電離量の絶対値と構成曲線の対応関係を関数化し、Gy読出しのための線量測定システムを構築する。②については、小型Si線量計のLET特性と粒子種特性の評価の結果を踏まえて、線量算出式を検討する。炭素、酸素、ネオンの各イオン種毎に、LETによる感度変位の補正係数をLET値の関数で取得し、幅広いLET値に適応できる線量算出式を立案する。