Development of a new ridge filter with honeycomb geometry for scanning system in particle radiotherapy

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K19214
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 丹正 亮平 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 加速器工学部, 研究員(任常) (80735126)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: リッジフィルタ / スキャニング照射 / ビームサイズ微細化

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、粒子線治療のスキャニング照射装置において、微細なサイズのビームを使った場合でも、線量分布の均一性を維持できるハニカム型周期構造のリッジフィルタを開発することである。より微細なビームを使用することで、腫瘍への線量集中性を向上させることができる。
昨年度までの研究では、ハニカム型リッジフィルタの構造を設計し、これを3Dプリンタを使って試作した。この試作品は、実際のスキャニング照射装置を使って、ビーム照射試験を実施し、期待通りの線量分布が得られることを確認した。また、ビームサイズとリッジフィルタの単一ユニットの大きさをシミュレーション上で変化させ、使用するビームサイズに対して要求されるリッジフィルタユニットの大きさを定量的に明らかにし、設計すべきユニットの大きさを最適化することができた。これらの成果によって、過度な工作精度を要求することなく、安価にリッジフィルタを製作可能であることが示された。
一方で、2つの問題点が残った。1つは3Dプリンタを使った製作方法では造形サイズに制限があり、実機サイズを1度に製作できなかったこと、もう1つは、階段構造をしたリッジフィルタユニットにおいて、底面の大きさに対して高さが相対的に高くなりすぎると製作が難しいことである。
2つの問題点のうち、最終年度では2つ目の問題点について解決策を検討した。この問題に対しては高さの低い2つのリッジフィルタを上下に重ね合わせる方法が有効であると考えた。まずは簡単のために、従来の1次元階段型構造のリッジフィルタを重ねる方法を試験した。高さの高いリッジフィルタを使った時に測定した線量分布とこれを分割して重ね合わせた時に測定した線量分布で相違ないことを確認し、本方法が有効であることを示せた。今後はこの手法をハニカム型リッジフィルタに拡張する。