Feasibility of particle imaging using flat panel detector for the carbon ion radiotherapy

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K19240
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 三木 健太朗 広島大学, 病院(医), 病院助教 (90732818)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 医学物理学 / 重粒子線 / 放射線検出器 / MPPC

Outline of Annual Research Achievements

重粒子線ブラッグピークの飛程シフトに着目し、フラットパネルとレンジシフタを用いた検出器構成により、飛程シフト量を検出する事による粒子線の画像化の実現可能性を検討する事を目的とした。粒子線の深さ方向の線量分布をシミュレーションするため、GEANTを用い、ブラッグピークの分布をモンテカルロで作成した。CTデータから水等価のマップに変換し、2Dのガウス分布で鈍らせた画像を作成した。
ブラッグピークの深さ方向の位置を、水等価マップに応じてシフトさせ、そのシフト量を用いて再度画像を再構成した。もともとのCT画像と比較すると、3mm程度のレンジの差が確認できた。本計算を2Dガウスの分散を変化させながら繰り返し、再構成画像に与える影響について考察した。
次にフラットパネルに効率よくブラッグピークを入射させるのに必要なレンジシフタの材質や厚みについて検討を行った。シミュレーション上にてフラットパネルにブラッグピークを入射させるレンジシフタを構築し、レンジシフタの厚さを飛程シフト量と関連付けた。体内の軟部組織によるレンジのシフト量は以下と小さく、機械的なレンジシフタを作成して識別するのは困難である事が分かった。
またMPPCを用いたシンチレータ検出器開発も行った。MPPCに流入する線量を可能な限り抑えたが、連続的なX線照射では検出器の出力はオーバーフローしていた。一方、照射野に散乱体を設置する事で、散乱線の検出は十分可能であったため、散乱体検出器としての用途が示唆された。
本研究において、ブラッグピークのレンジシフトが高精度で検出されれば、それを用いた画像化は十分可能である事が示唆された。また画像化装置としてのフラットパネルの可能性と、粒子線検出器及び散乱線検出器としてのMPPCの性能を確認した。重粒子線による画像化は次世代の高精度医療において依然として重要であるため、継続して研究を行いたい。