2016 Fiscal Year Research-status Report
三次元プリンターで造形する線量計材料製ファントムの開発
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16K09016
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
佐藤 文信 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (40332746)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 久司 大阪大学, 工学研究科, 技術専門職員 (40379144)
伊達道 淳 大阪大学, 工学研究科, 技術専門員 (50379145)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 蛍光ガラス線量計 / ファントム / 3Dプリンタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題“三次元プリンターで造形する線量計材料製ファントムの開発”では、コンピュータ断層撮影(CT)や核磁気共鳴画像(MRI)データから、放射線治療用測定ファントムを直接造形する3Dプリンターを開発する。また、ファントムを形成する材質に、放射線に感度を有するラジオフォトルミネッセンス（RPL）線量計材料を用いる。従って、放射線が照射されたファントム内の線量分布を直接測定することが可能となっている。
3Dプリンターで出力するためのフィラメント(以下、RPLフィラメントと呼ぶ）を開発した。RPLフィラメントは、熱可塑性特性を有するPLA樹脂と蛍光ガラス線量計粉末の混合物となっている。混合物をフィラメント製造装置に注入し、適切な温度を与え、押出形成により、ファイバー状のフィラメントを製作した。PLA樹脂と蛍光ガラス粉末の混合比は最大30%であった。
製作したRPLフィラメントは、エックス線照射され、その線量計特性を調べた。また、RPLフィラメント専用の読み取り装置を開発した。専用読み取り装置は、挿入されたRPLフィラメントの一部分に紫外線を照射し、RPL（蛍光強度）を読み取る装置である。RPLフィラメントの数か所に、10Gyまでの異なる吸収線量を与えた。RPL強度は線量に対して、ほぼ比例していたが、RPLフィラメント内の蛍光ガラス粉末濃度のばらつきによって、最大30%の変動が生じていた。また、RPLガラス粉末の割合が高い場合、通常の3Dプリンタのフィラメントに比べて脆く、3Dプリンタ出力時において、フィラメントが断線する可能性が高いことが考えられる。今後は、フィラメントの特性改善を行う予定である。
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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
おおむね順調に進展している理由として、本研究においてコア技術となるRPL線量計樹脂の開発は、平成26年度より開発に取り組んでおり、関連技術のノウハウの蓄積があり、ある程度の見通しが得られていたことが大きい。
また、RPLファイバの開発においては、PLA樹脂と蛍光ガラス線量計粉末の混合比、押出形成時の温度、圧力などの条件を見つけることが重要であったが、分担者が繰り返し試行実験を行ってくれたお蔭である。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請書の計画に沿って進める予定である。今後は、熱溶解積層式の3Dプリンターと同様の仕組みで、コンピュータ上で作った3Dデータを設計図として、その断面形状を積層していくことで立体物を作成する。RPL線量計樹脂は、通常の3Dプリンターのフィラメント（樹脂材料）としてそのまま使用できないために、専用のプリントヘッド（インジェクターと加熱装置が組み合わせたもの）を開発する。特に、造形物の形状精度は、RPL線量計樹脂の性能だけでなく、プリントヘッドの性能にも大きく依存する。そのため、平成２９年度においては、プリントヘッドの開発に費用と時間を費やす予定である。
さらに、製作された線量計材料製ファントムにエックス線を照射し、ファントムの線量分布をRPLスキャナーで調べ、放射線応答特性について評価する。RPLスキャナーは、本研究において新たに開発するが、ファントムに紫外線レーザーを照射し、RPL強度を、空間位置情報と共に記録して、立体物の空間線量分布が測定できる装置である。
また、ファントムをプレート状にスライスすることによって、内部の線量分布を正確に調べ、シミュレーション計算と比較する予定である。
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