2018 Fiscal Year Annual Research Report
粒子線治療におけるｉｎ ｖｉｖｏ線量測定を目指した光ファイバ型小型線量計の開発
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17J05849
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
平田 悠歩 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 線量計 / 光刺激蛍光体 / 光ファイバー / 炭素線治療 / 消光現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、粒子線治療を行う際に体内に挿入し患部周辺の線量測定を行うための小型線量計の開発を行っている。
現在線量計素子として用いている光刺激蛍光体は粒子線の高線エネルギー付与（LET）領域において消光現象により感度が低下してしまう。LETは一次粒子の局所的なエネルギー損失を表しているが、LETが同じであっても一次粒子の種類が異なれば消光現象の発生に違いが起きる可能性がある。そこで重粒子線治療装置（HIMAC）において、Eu:BaFBrとCe:CaF2を用いた小型線量計に400 MeV/uのネオン線照射実験を行い、炭素線やヘリウム線照射時の結果と比較した。Eu:BaFBrでは粒子の種類によらず発光効率と平均LETの関係は一つの曲線上に分布した。一方でCe:CaF2の発光効率変化は同様の平均LETであっても粒子により異なる傾きを示した。Ce:CaF2で生じた消光現象の発生過程は粒子により異なっていたことが考えられる。
小型線量計は前立腺治療時に尿道に挿入して線量が安全なレベルであると確認することを目的としている。この目的での使用を検討するため実際にHIMACにおいて350 MeV/uの単色エネルギー炭素線の照射実験を行った。水槽中に形成した拡大ブラッグピーク（SOBP）中の一部の線量を下げることで尿道を模擬し、尿道部分に設置した小型線量計が線量変化を測定できるか調査した。今回の実験では治療後の読み出しを想定して積層照射がすべて終了した後で読み出しを行った。小型線量計でも仮想した尿道位置における線量低下を計測することができた。しかし小型線量計の応答変化は電離箱と比較すると小さかった。この理由は変化の成分が高LETとなり、蛍光体の感度低下により変化が小さくなってしまったと考えられる。
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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
研究は全体として計画通りに進んでいる。今年度は小型線量計の具体的な使用を想定した実験を行った。得られた測定結果は実際の線量変化よりも小さな変化になったが、読み出し手法を変更すれば十分に線量変化を観測できる可能性がある。また、線量計の構成に関しても医療用の被覆の装着やカテーテルへの挿入など人体への挿入を目指して着実に進展している。蛍光体の感度低下についても今年度は新たな依存性を発見するなど調査が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は小型線量計を用いて、積層照射による線量変化測定実験を行った。この実験では小型線量計の応答読み出しを積層照射がすべて終了した後に行った。我々の線量計は照射中にも測定が行える構造である。各層の照射ごとに読み出しを行えば、より感度低下の影響が小さく線量変化が見積もられることが考えられる。そこで、この手法により線量変化を観測できるか調査する。実験はHIMACにおいて炭素線照射を行い読み出しのタイミングなどの検討を行う。
小型線量計を安定的に用いるためには放射線耐性を評価する必要がある。昨年度の評価結果では反射材として用いているBaSO4塗料が高線量のγ線照射により反射率が劣化することが分かった。そこで本年度は高線量場においてより良い反射材を探索するためBaSO4以外の反射材について放射線照射による影響を評価する。実験は名古屋大学のCo60γ線照射施設において高線量のγ線照射を行い、照射前後の反射率の変化の観測を行う。
小型線量計を炭素線治療場で使用する際に問題である高LET場における光刺激蛍光体の感度低下は、蛍光体内部におけるエネルギー付与密度が低LET場と比較して高くなるためであると考えられる。昨年度に炭素線以外の粒子線について光刺激蛍光体のLET依存性の調査を行ったところ、粒子線の種類によってLETと感度低下の関係が変わることが分かった。この変化は粒子線と垂直方向のエネルギー付与密度の違いが影響していると考えられる。この変化について考察を行うため、より細かなエネルギー付与分布を計算できるマイクロドシメトリーという評価手法を用いることを検討している。今年度はモンテカルロシミュレーションコードPHITSを用いてマイクロドシメトリーの微小なエネルギー付与分布と光刺激蛍光体の感度低下の関係を調査する。
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