2019 Fiscal Year Research-status Report
A Study on effects of MRI magnetic field on dose distribution during MRI guided Heavy Ion Therapy
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18K07743
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
岩井 岳夫 山形大学, 医学部, 教授 (30272529)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 重粒子線治療 / 核磁気共鳴画像誘導 / モンテカルロシミュレーション / 二次粒子 / 線量分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粒子線治療は加速した陽子や炭素を腫瘍に照射し、がんを治療する治療法であり、ブラッグピークによる優れた線量集中性が大きな利点である。この利点を最大限に発揮するためには腫瘍の位置や形状を照射中にモニタリングすることが理想的である。光子線治療においては、核磁気共鳴画像(MRI)によって標的をモニターし、「見ながら撃つ」装置が近年実用化され、国内でも導入が開始されるなど極めて高い注目を浴びている。こうした「見ながら撃つ」治療は線量分布の良い粒子線治療との組み合わせでより効果を発揮すると考えられているが、これを実現するためにはイメージング用の高磁場(1.5~3T)の中で一次ビームおよび二次粒子ともにローレンツ力を受けることになるので、磁場による偏向と線量分布への影響を評価する必要がある。本研究では、水中における磁場によるビームの偏向と線量分布への影響をモンテカルロシミュレーションによって評価した。
今年度も引き続きモンテカルロシミュレーションにはPHITSを使用した。水ファントム中および周囲に臨床で使用されているMRI程度の強度の均一磁場を設定し、治療で用いるエネルギーで炭素を入射し、粒子の軌道および線量分布への影響を評価した。
磁場中でのビーム軌道はローレンツ力により偏向するが、終端に近づくにつれ曲率半径が小さくなる曲線を描いた。陽子と炭素とを比較すると、陽子の方がより大きく磁場の影響を受ける。ビームの広がりや飛程に関しては、磁場の影響は顕著ではなかった。また、ファントムから飛び出した陽子がローレンツ力により弧を描いて入射面に再入射するFragment Return Effectについては、線量分布への影響はごく限定的であるので、臨床上の影響は小さいと評価された。
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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
理由
本研究はモンテカルロ法による粒子輸送計算コードによって入射粒子および二次粒子の運動を計算し、MRI磁場による線量分布への影響を評価する。ビーム条件としては山形大学重粒子線治療施設で想定されるスキャニング用のペンシルビームを用いる。粒子輸送計算コードには国産のコードであるParticle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) を使用し、一次ビームのみならず2次電子や核破砕片の運動への磁場の影響、さらには線量分布における磁場の影響を定量的に評価する。研究計画において、明らかにする項目は以下とした。
1) 炭素ビーム軌道への磁場の影響 2) 線量分布への磁場の影響 (ア) １次ビームによる線量 (イ) δ線による線量 (ウ) 二次粒子（陽子、ヘリウム）による線量 3) 治療計画に適用するためのビームモデルの導出
上記のうち、1), 2)(ア）（イ）（ウ）までが今年度までにほぼ達成できているので、おおむね順調に進捗していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画では治療計画に適用するための解析的ビームモデルの導出を目標としていたが、モンテカルロ法による線量分布アルゴリズムにおいて、核磁気共鳴画像誘導で付加される現実的な磁場分布を取り入れる方策について検討する。
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| Causes of Carryover |
令和元年度は、計算用パーソナルコンピュータの更新を見送ったことに加え、年明けからコロナウイルスの影響で会議などへの参加ができなかったため、残額が生じた。
令和2年度は、大学院生にモンテカルロ計算の補助と線量計測の補助を依頼し、研究を効率的に進める。また、コロナウイルスで国際会議が開かれづらくなっているが、落ち着いた場合は状況を見て年度後半に成果の発表を実施する計画である。
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