2018 Fiscal Year Research-status Report
微細構造をもつ不均質物質通過後の粒子線線量分布計算法
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17K09074
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
稲庭 拓 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 物理工学部, グループリーダー(定常) (10446536)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
兼松 伸幸 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 物理工学部, 次長(定常) (10221889)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 粒子線治療 / 線量計算 / 不均質物質 / 治療計画 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高エネルギー荷電粒子線を用いたがん治療の良し悪しは、治療計画において、粒子線により体内に付与される線量分布を精度よく予測できるかに強く依存する。本件は、粒子線がCT画像では捉えられない微細な構造をもつ不均質物質（固定具や肺組織）を通過した際に生じる線量分布の変化を調べ、これをモデル化することで、CT画像の部分容積効果に起因した線量分布の計算誤差を軽減するための汎用的なアルゴリズムの開発を目的とする。
平成29年度には、固定具材（不均質物質）を通過した際に生じる粒子線の線量分布の変化（Braggピークの拡大）を調べた。ここでは、固定具材を厚さ15, 30 cmのブロック状に加工し、それらを水槽の上流に設置した。ここに加速された炭素線を照射し、固定具材通過後の水中深部線量分布を平行平板電離箱で測定した。次に、固定具を水と空気の微小な立方体が無作為に配列された物体であると仮定し、物体通過後の粒子線のBraggピーク広がりを、確率論に従って表現する数学アルゴリズムを開発した。測定した深部線量分布に対して本アルゴリズムを適用し、固定具材固有の広がりパラメーター（阻止能比と粒状性）を決定した。更に、決定したパラメーターを用いて粒子線の深部線量分布を計算する線量計算ツールを開発した。これにより、任意の厚さの固定具材を通過した粒子線の深部線量分布を予測することが可能になった。これらの結果については、国際学会で発表した。
平成30年度には、前年度に開発した数学アルゴリズムを炭素線治療用の治療計画（線量計算）機能に組み込んだ。これにより、実際の患者例について、固定具や肺組織などの不均質物質を通過した炭素線が患者体内に付与する線量分布を予測することが可能になり、不均質物質による線量分布の変化が治療に及ぼす影響を評価できるようになった。この結果については、国際学会で報告する予定である。
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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
平成29年度には、当初の計画通り、(29-1)固定具の製作、(29-2)固定具通過後の線量分布データ収集、(29-3)固定具通過後の線量分布修正方法の確立、を行った。更に、平成30年度以降に計画していた、固定具通過後の粒子線線量分布を計算するための数学アルゴリズムを開発し、炭素線照射実験を通してその妥当性を示した。これらの研究結果については、平成30年6月に開催された国際学会で報告した。
平成30年度は、平成29年度に開発した数学アルゴリズムを炭素線治療計画用の線量計算機能に組み込んだ。この成果については、平成31年9月に開催される国際学会にて発表する予定である。このように数学アルゴリズムや線量計算機能の開発については、当初の計画通りに進展している。しかしながら、人体ファントムの開発については、肺野を模擬した不均質物質を購入しその性能評価を行っている段階であり、製作が遅れている。これにより平成31年度への繰越金が発生している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度は、人体ファントムの製作を完了し、それを用いて平成29年度に開発した数学アルゴリズムや平成30年度に開発した炭素線治療計画用の線量計算機能の精度と有用性の評価を行う予定である。また、この線量計算機能を用いて、患者例について、固定具や肺組織などの不均質物質による線量分布の変化が治療に及ぼす影響を評価する。ここで得られた結果については、原著論文にまとめ、英文誌Physics in Medicine and Biologyに投稿するとともに、国内学会および国際学会で発表する予定である。
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| Causes of Carryover |
購入を予定していた肺野を模擬した不均質材について、部分的にメーカーからサンプル提供を受け性能評価に利用することができたため、それらの材料を購入する費用が当初の見積もりよりも低く抑えることが出来た。一方で、不均質材の性能評価に時間を要し、これらのファントム材を組み合わせた人体ファントムの発注・製作が遅れたため。
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