| Project/Area Number |
22K07697
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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 52040:Radiological sciences-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
納冨 昭弘 九州大学, 医学研究院, 准教授 (80243905)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫻井 良憲 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (20273534)
田中 浩基 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (70391274)
若林 源一郎 近畿大学, 原子力研究所, 教授 (90311852)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | ホウ素添加液体シンチレータ / ホウ素中性子捕獲反応 / ホウ素線量分布 / ホウ素中性子捕捉療法 / ストロー状石英ガラス管 / 冷却型CMOSカメラ / ホウ素中性子捕捉療法(BNCT) / ホウ素線量測定 / 液体シンチレータ / 冷却型CCD・CMOSカメラ / 直接的光学観測 / 冷却型CCDカメラ / QA |
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| Outline of Research at the Start |
ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)のQAの高度化を目指し、ホウ素化合物に液体シンチレータを添加したファントムを用いて、ホウ素線量分布を簡便かつ直接的に観測する手法を開発する、まず、比較的弱い熱中性子場で、原理検証実験を行い、最適な液体シンチレータの探査、硼酸トリメチル添加量の最適化等の検討を行う。次に、実際に治療用のBNCT場において、硼酸トリメチルの濃度が低いファントムを用いて、臨床に近い条件で観測実験を行う。その際、混入するγ線や熱外中性子で発生する反跳陽子の寄与の評価も行う。評価された各線量の分布については、モンテカルロシミュレーション計算の結果と比較し妥当性を検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、我々が世界で初めて成功した、ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)のQA/QCのためのホウ素添加液体シンチレータを用いたホウ素線量分布の直接的光学的観測手法を、臨床のBNCTの照射場での測定に応用するための基礎的な研究を行うことを目的としている。
昨年度は、大阪医科薬科大学関西BNCT共同医療センターの加速器BNCTの臨床用中性子場で測定を実施した。小型の石英ガラスバイアルにホウ素を添加した液体シンチレータを封入したファントムを用意し、アクリル製水ファントム中で位置を走査しながら、CCDカメラで発光の観測を行った。ホウ素を添加しない同形状の液体シンチレータを同様に走査して、液体シンチレータのみの場合の発光も観測した。前者と後者の差分をとることにより、ホウ素中性子捕獲反応に起因する発光成分(ホウ素線量成分)の深度分布を0cm~10cmの範囲で抽出することに成功した。しかし、1cmづつ石英ガラスバイアルを移動させては、測定を繰り返したので、測定に数時間を要することが問題となった。また、シミュレーション計算により、小型の石英ガラスバイアル中のホウ素の存在により、若干ではあるが本来の中性子束分布の擾乱が明らかになった。
そこで本年度は、直径4mm程度、長さ12cm程度の石英ガラス管にホウ素を添加した液体シンチレータを封入したストロー状容器を使用した。また、CCDカメラの代わりにCMOSカメラを用いた。これにより、1回(数秒)の短時間照射で、約10cmのホウ素線量の深度分布を一度に取得可能となった。但し、γ線や反跳陽子による発光の寄与を差し引くために、ホウ素を添加していない液体シンチレータを封入したストロー状容器の撮影も行って差分を評価した。その結果、細い石英ガラス管を用いることにより、ホウ素の添加による熱中性子束分布の擾乱が無視できる程度に抑えられることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、大阪医科薬科大学関西BNCT共同医療センターの加速器BNCTの臨床用中性子場で測定を実施した。直径4mm程度、長さ12cm程度の石英ガラス管にホウ素を添加した液体シンチレータ(インスタゲル・ブラスにホウ酸トリメチルをホウ素濃度で1%添加したもの)を封入したストロー状容器を用意し、アクリル製水ファントム中に配置して、およそ10^9(n/cm2/s)の強度の熱外中性子を照射した。これにより、1回(数秒)の瞬間的な短時間照射で、10cmにわたる発光の深度分布を冷却型CMOSカメラで測定した。ホウ素を添加しない同形状の液体シンチレータを同様に測定して、液体シンチレータのみの場合の発光も観測した。前者と後者の差分をとることにより、ホウ素中性子捕獲反応に起因する発光成分(ホウ素線量成分)の深度分布を0cm~10cmの範囲で、合計2回の照射と撮影で抽出することができた。結果として、金線放射化法等の従前の手法に比べて大幅な撮影時間の短縮に成功した。 評価されたホウ素線量分布は、金箔放射化法により実験的に取得した熱中性子分布、並びにモンテカルロシミュレーションコードPHITSで計算したホウ素線量分布とよい一致を示した。
上記結果を、原著論文としてまとめる作業を行っているが、諸般の事情により遅れており、できるだけ早い時期に学術論文誌に掲載されることを目指している。以上より、研究計画は概ね順調に進展していると判断している。なお、昨年度の研究結果は、学術論文誌に投稿し、受理されて既に掲載済みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度までの研究で、臨床BNCTの照射場において、本手法が原理的に適用可能であることが示された。また、実用的には、石英ガラス容器の形状を工夫し、ストロー状にすることにより、熱外中性子が水ファントムに入射した場合の深さ10cmにわたるホウ素中性子線量分布を、数秒の熱外中性子照射をたった2回行うことで評価可能であることを示した。これは、これまでのQA/QCに用いられている金線放射化法が、高純度ゲルマニウム検出器による放射能測定も含めてほぼ1日がかりの作業時間が必要であったのに比べて、大幅な時間的効率化が達成されることになる。
しかし、これまでに行った測定では、液体シンチレータとして乳化シンチレータであるインスタゲル・プラスをのみを使用してきた。これは、単に入手しやすい一般的な液体シンチレータであったからであり、インスタゲル・プラスが本手法に最適な液体シンチレータであることは確認されていない。最近我々が、京都大学複合原子力科学研究所の京都大学原子炉E3水平照射ポートで行った予備的な実験では、ほぼ純粋な熱中性子照射に対して、いくつかの種類の液体シンチレータを試した結果、乳化剤を含まない液体シンチレータの方が発光量が多いことが確認されている。
今後の研究の方向としては、液体シンチレータの最適化を考えている。これまで使用してきたPerkin Elmer社製のインスタゲル・プラス(Insta-Gel Plus)は、主成分であるpseudocumene に乳化剤を添加したものである。そこで、これに加えて、やはりpseudocumeneを主成分とするが乳化剤を含まない、Insta-Fluor Plusを液体シンチレータとして用いて発光特性を調べる予定である。この場合、ホウ素中性子捕獲反応に伴う発光量だけでなく、バッグランドであるγ線や反跳陽子に対する発光の感度にも注目する。
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