2018 Fiscal Year Research-status Report
陽子線照射による水の微弱光を用いた線量分布推定法 －チェレンコフ光との識別－
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18K04974
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小森 雅孝 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 准教授 (30392228)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 水の発光 / 微弱光 / チェレンコフ光 / 陽子線治療 / 線量分布推定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
チェレンコフ放射が起こる陽子線しきいエネルギー（約120 MeV）以下で照射した陽子線に起因する水の微弱な発光現象（以下、微弱光とする）は線量分布をよく再現し、陽子線がん治療における簡便な三次元線量分布推定への応用が期待される。しかし陽子線治療で使用される200 MeV程度の高エネルギー陽子線を水に照射すると、微弱光と波長分布が類似するチェレンコフ光も発生する。チェレンコフ光は線量分布を再現しないので、微弱光を用いた線量分布推定において除去する必要がある。本研究の目的は微弱光とチェレンコフ光の伝搬の違いを利用して微弱光成分だけを導出し、線量分布推定を行う手法を確立することである。
2018年度は測定装置の構築ならびに診断用X線、高エネルギー電子線照射による水の発光現象と伝搬を測定した。構築した測定装置の概要を示す。20 cm角の水ファントムに垂直下向きに放射線を照射する。水ファントム側方20-40 cmの位置に設置した高感度CCDカメラで水の発光を撮影する。水ファントム－CCDカメラ間距離を適宜変更しながら撮影することで、微弱光とチェレンコフ光の伝搬の違いを測定する。発光は微弱なため、撮影中に遮光する暗箱も制作した。
理論的に微弱光しか発生しない診断用X線（80 kVピーク）、ほぼチェレンコフ光しか発生しない6 MeV電子線をそれぞれ水ファントムに照射する実験を行い、測定装置の確認ならびに微弱光とチェレンコフ光の伝搬の違いを確認した。水ファントム側方20-40 cmの位置でそれぞれ水の発光を撮影し、制作した測定装置に問題がないことを確認した。また水ファントム－CCDカメラ間距離を遠ざけるにつれて、微弱光強度がチェレンコフ光強度より急速に小さくなる傾向が観測され、伝搬の違いを利用した発光の識別の可能性が示唆された。
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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
実験装置の構築がおおむね終了し、微弱光とチェレンコフ光それぞれの発光現象の撮影も可能であることが確認されている。また、診断用X線、高エネルギー電子線を用いた測定により、微弱光とチェレンコフ光の伝搬の違いが示唆される結果も出ている。よって研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
陽子線照射における微弱光とチェレンコフ光の識別実験を行う。単一エネルギー陽子線照射時においては、陽子線飛程より深い位置に即発ガンマ線に由来するチェレンコフ光のみが存在する領域がある。その領域の発光を用いてチェレンコフ光の伝搬を測定し、陽子線飛程より浅い領域において、チェレンコフ光成分を除去することで、微弱光分布を導出する。導出した微弱光分布と線量分布を比較することで、微弱光を用いた線量分布推定精度を検証する。
また、診断用X線、高エネルギー電子線を用いた測定による、微弱光、チェレンコフ光の伝搬の違いを利用した、陽子線照射時における両発光の識別も試みる。ただし診断用X線を用いた微弱光測定では、発光が非常に微弱なため雑音が多い。データの精度検証もさらに進める必要がある。
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| Causes of Carryover |
本研究では水ファントム－CCDカメラ間距離を適宜変更しつつ、陽子線照射時における水の発光現象（微弱光及びチェレンコフ光）を撮影することで両発光の伝搬の違いを測定し、識別を行う。2018年度の研究では主に診断用X線・高エネルギー電子線を用いて両発光の測定を行った。よって、陽子線照射時における両発光の識別に適した水ファントム－CCDカメラ間距離に不確定要素があり、距離変更を最適に行う治具の制作を行わなかった。2019年度には陽子線照射時における両発光の識別に適した距離を確定し、距離変更を最適に行う治具の制作を行う予定である。
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