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Establishment of dosimetry methods for high-precision particle therapy

Research Project

Project/Area Number 22K15888
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 52040:Radiological sciences-related
Research InstitutionFujita Health University

Principal Investigator

安井 啓祐  藤田医科大学, 医療科学部, 講師 (50804514)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords陽子線治療 / 擾乱補正係数 / ガラス線量計 / 第三者評価 / 独立検証 / 不確かさ / 治療計画 / 陽子線 / 線量計測 / 放射線治療 / 粒子線治療 / 寡分割照射
Outline of Research at the Start

近年高精度放射線治療や高精度粒子線治療を中心に短期間かつ非侵襲的に放射線治療を行う寡分割照射が推進されている。寡分割照射では1回あたりの線量が大きいため精密な線量計測が求められるが、粒子線治療においては線量計測に関わる基本的な物理パラメータが十分に検討されておらず、吸収線量評価の正しさを保障する第三者評価も確立できていない。これらの現状から申請者はこれまで、線量計測精度を向上させるための研究を行ってきた。本研究では、シミュレーションと計測により以下の2点を達成することを目的とする。
1.高精度粒子線の線量計測基盤の確立:物理パラメータの解明
2.高精度粒子線に特化した第三者外部線量評価手法の確立

Outline of Annual Research Achievements

2023年度は、前年度に引き続き陽子線に対する擾乱補正係数の算出と高精度粒子線照射場におけるガラス線量計の応答特性の解明、治療計画の不確かさの検証を行った。
1.モンテカルロシミュレーション(MC)コードとして、PHITSとGEANTを用いた。PHITSは輸送パラメータの精度検証をFano testにより行い2種類の電離箱の線質変換係数を算出した。本研究の成果は英語論文誌に学術論文として投稿し、発表済みである。また本年度より新たに、Semiflexタイプの電離箱における擾乱補正係数の算出を行った。GEANTを用いた検討では、引き続き十分なデータが取得されていない極小型電離箱に焦点を当て、擾乱補正係数の算出と個体差に対する検討を行った。これらの結果は国内外で学会発表を行った。2024年度はこれらの成果をまとめ、英語学術論文として2本の投稿を予定している。
2.ガラス線量計の応答特性については、高精度粒子線治療(Intensity Modulated Proton Therapy:IMPT)における応答特性を調査し、国内外で学術発表を行った。また第三者線量評価の確立に向け、国内の4つの施設と第三者評価のトライアルを実施した。この成果は2024年4月に学会発表を行い、英語論文で公表する準備を進めている。
3.超寡分割照射に向けて、治療計画の不確かさについての検討を進め、2本の英語論文を発表した。引き続き、治療計画CTを利用して放射線治療における不確かさの評価について検討を続けている。
以上の3つのテーマを同時に進めており、進捗は順調である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2023年度は関連する研究テーマで3本の英語論文が採択され、国内外で9件の学術発表を行った。成果を公表しつつ研究テーマは順調に進捗しており、2024年度にも複数の研究成果を英語論文として発表できる見込みにある。
最終年度に向けて、第三者線量評価はPassive法への適応拡大、施設数の増加を行うフェーズに進んでいる。2つの施設から評価の依頼があり、実施に向けて検討を進めている。2024年度中には、国内で10施設以上の第三者評価の実施を見込んで進めている。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は主要な3つの研究テーマについて、以下のように推進していく。
1.Semi-flexタイプ電離箱の擾乱補正係数の算出と、極小形電離箱の擾乱補正係数と個体差の検討について、英語論文を発表するべく準備を進めている。また新たな研究テーマとして、近年開発が進む磁場下での高精度粒子線治療の実現に向け、磁場が線量応答に与える影響の検証を開始する。
2.ガラス線量計を用いた第三者評価については、国内で10施設以上の施設と協働を進め、日本国内の陽子線治療の基盤形成に尽力する。また高精度粒子線治療向けの第三者評価システムの確立に向けて、実証可能性と課題を検討する。
3.機械学習を用いたCT再構成について、画質の向上・被ばく線量の低減・治療計画における不確かさの低下、の3点の評価を行う。また別で科研費基盤B「超高線量率照射を視野に入れた陽子線場の絶対線量計測法の開発」に共同研究者として参画することとなり、本研究と関連も深いことから有機的に連携して研究を継続する。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Investigation of ionization chamber perturbation factors using proton beam and Fano cavity test for the Monte Carlo simulation code PHITS2024

    • Author(s)
      Nagake Yuya、Yasui Keisuke、Ooe Hiromu、Ichihara Masaya、Iwase Kaito、Toshito Toshiyuki、Hayashi Naoki
    • Journal Title

      Radiological Physics and Technology

      Volume: 17 Issue: 1 Pages: 280-287

    • DOI

      10.1007/s12194-024-00777-y

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Validation of deep learning-based CT image reconstruction for treatment planning2023

    • Author(s)
      Yasui Keisuke、Saito Yasunori、Ito Azumi、Douwaki Momoka、Ogawa Shuta、Kasugai Yuri、Ooe Hiromu、Nagake Yuya、Hayashi Naoki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 15433-15433

    • DOI

      10.1038/s41598-023-42775-x

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dosimetric impact of systematic spot position errors in spot scanning proton therapy of head and neck tumor2023

    • Author(s)
      Yasui Keisuke、Omi Yuta、Shimomura Akira、Muramatsu Rie、Iwata Hiromitsu、Ogino Hiroyuki、Hayashi Naoki
    • Journal Title

      Journal of Cancer Research and Therapeutics

      Volume: 19 Issue: Suppl 1 Pages: 228-233

    • DOI

      10.4103/jcrt.jcrt_389_21

    • Related Report
      2023 Research-status Report 2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Evaluation of the proton transport algorithm in Monte Carlo code PHITS by Fano test2022

    • Author(s)
      Yuya Nagake, Keisuke Yasui et al
    • Organizer
      22nd Asia-Oceania Congress on Medical Physics
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Response Characteristics of Radiophotoluminescence Dosimeter in Intensity Modulated Proton Therapy2022

    • Author(s)
      Miuna Hayashi, Keisuke Yasui et al
    • Organizer
      22nd Asia-Oceania Congress on Medical Physics
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 強度変調陽子線治療におけるガラス線量計応答特性の検討2022

    • Author(s)
      林雅雨奈、安井啓祐 他
    • Organizer
      第124回日本医学物理学会学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] モンテカルロコードPHITSを用いた陽子線に対する円筒型電離箱の擾乱補正係数の検討2022

    • Author(s)
      大江広夢、安井啓祐 他
    • Organizer
      第14回中部放射線技術学会学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 放射線治療計画におけるDeep Learning Reconstructionの使用へ向けた基礎検討2022

    • Author(s)
      堂脇桃佳、安井啓祐 他
    • Organizer
      第14回中部放射線技術学会学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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