粒子線治療における原子核反応データの研究

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K19822
• Research Institution: Rikkyo University
• Principal Investigator: 洞口 拓磨 立教大学, 理学研究科, 特任准教授 (10444069)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 放射線がん治療 / 原子核反応 / 粒子線治療

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者は、国内の原子核反応データベースを詳細に調べ、粒子線治療における原子核反応データが統計的に十分に測定されていないことと同一の反応における異なる実験グループの結果が一致していないことを指摘して来た。また、一般的な原子核反応モデルに基づく原子核反応断面積を計算し、既存のモデルでは十分に実験データを再現出来ないことを示した。本研究は、粒子線治療における原子核反応データを測定し、データを忠実に再現する原子核反応データモデルを構築した上で、実際に治療計画装置を必要とする医療現場に提供することが目的である。計画している具体的な研究項目は、測定すべきデータの選別、原子核反応データ測定のための検出器の開発、開発した検出器による原子核反応データ測定、測定データによる原子核反応モデルの構築及び粒子線治療における精度評価、の４つである。
今年度は、現状での原子核データの充足率について再度確認を行い、データの統計誤差等を加味した上で測定データの優先順位を決定した。更に同じ粒子線治療である重粒子線における原子核反応データについても必要となる原子核反応データの有無について精査した。重粒子線治療においては、陽子線よりも核子数の多い炭素を用いるため、陽子線治療よりも核破砕反応が非常に多く生じる。そのため、重粒子線治療における原子核反応による正常組織への被ばくを配慮することは、陽子線よりも重要になる。核破砕反応過程は、文字通り原子核が破壊され多くの粒子が同時に放出される現象であるため、測定に手間が掛ることもあり十分なデータが収集されているとは言えない。研究代表者は、本研究期間内に陽子線治療だけでなく重粒子線治療についても測定すべき原子核反応データを示した。また、シミュレーションを用いたシンチレーティングファイバー画像検出器の設計と仮想実験を行い、測定の実現可能性について十分な検討を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度は、測定データの選別、シンチレーティングファイバー画像検出器の開発、原子核反応データ測定における実験準備を予定していた。測定データの選別については、現状での原子核データの充足率について再度確認を行うとともにデータの統計誤差等を加味し、測定データの優先順位を決定した。更に同じ粒子線治療である重粒子線における原子核反応データについても必要となる原子核反応データの有無についても確認を行った。重粒子線治療においては、陽子線よりも核子数の多い炭素を用いるため、陽子線治療よりも核破砕反応が非常に多く生じる。そのため、重粒子線治療における原子核反応による正常組織への被ばくを配慮することは、陽子線よりも重要になる。核破砕反応過程は、文字通り原子核が破壊され多くの粒子が同時に放出される現象であるため、測定に手間が掛ることもあり十分なデータが収集されているとは言えない。研究代表者は、本研究期間内に陽子線治療だけでなく重粒子線治療についても測定すべき原子核反応データを示した。シンチレーティングファイバー画像検出器の開発については、まずシミュレーションにより画像検出器の設計を行った。その後測定予定の原子核データについて仮想実験を行い、本研究の実現可能性を確認した。画像検出器自体は作成中だが、研究開始時の想定よりも十分に検証を行った上での開発を行うことが出来ており、おおむね順調に研究が進展していると考えている。また、当初の予定を前倒しする形で、順天堂大学と粒子線治療における原子核反応をテーマに共同研究を展開し、本研究で精査した陽子線治療における原子核反応データを利用した照射領域の可視化精度についての論文を作成中である。

Strategy for Future Research Activity

シンチレーティングファイバー画像検出器の組立を完了し、立教大学において宇宙線による画像測定を行う。更に、理化学研究所又は放射線医療総合研究所等の加速器を使用できる施設に持ち込み、陽子線・炭素線における検出器の性能評価を行う。更に、大阪大学核物理研究センターにおいて行うデータ測定実験の準備を行う。中心となる画像検出器だけでなく、データ収集系及び解析ツールの整備を行う。順当に実験が開始できた場合、当年度からデータ測定実験を開始する。
画像検出器組立及びデータ測定実験と並行して、原子核反応モデルの最適化を行うためのプログラム開発を行う。また、今後の測定データを広く情報を公開するためのwebページを立ち上げの準備を行う。
また、上記の理論・実験研究とは別に原子核反応データが関係する放射線治療に関するシミュレーション研究を進行する。陽子線治療における照射領域の可視化、ホウ素中性子捕捉療法、粒子線治療における中性子被ばくの評価等を検討しており、医療に対するより直接的な知見を提供することを目指す。

Causes of Carryover

シンチレーティングファイバー画像検出器の開発については、まずシミュレーションにより画像検出器の設計を行い、測定予定の原子核データについての仮想実験により本研究の実現可能性を確認した。画像検出器自体は作成中だが、研究開始時の想定よりも十分に検証を行った上での開発を進めており、シンチレーティングファイバー画像検出器からの読み出し系電子回路の購入が遅れたため、次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

シンチレーティングファイバー画像検出器からの読み出しは、約1000チャンネルにも及ぶ。次年度使用額は、各シンチレーティングファイバーからの読み出し回路の購入とシンチレーティングファイバーとの接合部品製作及び画像検出器固定用フレームの製作に使用する。