A Study on effects of MRI magnetic field on dose distribution during MRI guided Heavy Ion Therapy

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K07743
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 岩井 岳夫 山形大学, 医学部, 教授 (30272529)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

粒子線治療は高エネルギーに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。核磁気共鳴画像は線量集中性の高い粒子線治療との組み合わせでこそ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磁場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する。
前年度に引き続き、開放式MRIレベルの低磁場（0.3 T)、超低磁場MRIの磁場（0.055 T）、既存のMRI誘導X線治療用MRIの磁場（1.5 T）、商用強磁場タイプMRI（3.0 T）の一様な静磁場中に炭素線が垂直に入射する条件で計算を実施した。後述の学会での発表用に計算メッシュを最適化し再計算を実施したが、結果はほぼ変わらず、400MeV/u炭素線の場合、磁場によるブラッグピークの水平シフト量は0.055 T, 0.3 T, 1.5T, 3.0 Tでそれぞれ0.5
mm, 2 mm,10 mm, 20 mmと評価された。二次粒子については3 Tの一様や静磁場のみで評価を実施したが、表面から放出される二次電子の線量分布への影響は僅かに認められるものの、二次陽子などの影響は無視できることが明らかになった。
なお、日本量子医科学会第2回学術大会において、代表者を筆頭著者として「MRI 誘導重粒子線治療における線量分布に与えるMRI 磁場影響のモンテカルロシミュレーション」のポスター発表を実施したところ、物理・工学部門の優秀ポスター発表賞を受賞した。

Research Products

• [Journal Article] Error on the stopping power ratio of ERKODENT's mouthpiece for head and neck carbon ion radiotherapy treatment (2023)
  • Author(s): Lee SH, Kanai T, Souda H, Miyasaka Y, Chai H, Ono T, Yamazawa Y, Suzuki K, Sato A, Katsumata M, Iwai T
  • Journal Title: Journal of Applied Clinical Medical Physics Volume: ー Pages: ー
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] （放射線利用紹介）山形大学医学部東日本重粒子センター (2022)
  • Author(s): 岩井 岳夫，想田 光，宮坂 友侑也，Lee SungHyun，柴 宏博，佐藤 啓，根本 建二，金井 貴幸，勝間田 匡
  • Journal Title: 放射線化学 Volume: 114 Pages: ―
• [Journal Article] 山形大学医学部東日本重粒子センター建設の現状 (4) (2022)
  • Author(s): 岩井岳夫, 想田 光, 金井貴幸, 宮坂友侑也, Lee Sung Hyun, 柴宏博, 勝間田匡, 佐藤啓, 佐藤慎哉, 上野義之, 根本建二
  • Journal Title: 日本加速器学会第19回年会プロシーディングス Volume: ー Pages: ー
  • Open Access
• [Journal Article] Development of a quantitative analysis method for assessing patient body surface deformation using an optical surface tracking system (2022)
  • Author(s): Sato K, Sato R, Goto N, Kawamura T, Kanai T, Miyasaka Y, Lee SH, Souda H, Iwai T
  • Journal Title: Radiological Physics and Technology Volume: 30 Pages: 367-378
  • DOI: 10.1007/s12194-022-00676-0
  • Peer Reviewed
• [Presentation] MRI 誘導重粒子線治療における線量分布に与えるMRI 磁場影響のモンテカルロシミュレーション (2022)
  • Author(s): 岩井 岳夫 、想田 光 、Lee Sung Hyun、 宮坂 友侑也 、 柴 宏博 、小野 拓也 、後藤 辰希
  • Organizer: 日本量子医科学会第2回学術大会
• [Presentation] 山形大学医学部東日本重粒子センターにおける回転ガントリーの立ち上げ (2022)
  • Author(s): 岩井岳夫、想田 光、金井貴幸、宮坂友侑也、Lee Sung Hyun、柴宏博、勝間田匡、佐藤亜都紗、佐藤 啓、根本建二
  • Organizer: 第18回日本粒子線治療臨床研究会
• [Presentation] 山形大学医学部東日本重粒子センターにおける前立腺癌重粒子線治療の初期経験 (2022)
  • Author(s): 佐藤 啓, 矢野 菜津子, 金子 崇, 小野 崇, 川城 壮平, 原田麻由美, 赤松 妃呂子, 萩原 靖倫, 市川 真由美, 宮坂 友侑也, 岩井 岳夫, 根本 建二
  • Organizer: 第18回日本粒子線治療臨床研究会
• [Presentation] 山形大学医学部東日本重粒子センター建設の現状 (4) (2022)
  • Author(s): 岩井岳夫, 想田 光, 金井貴幸, 宮坂友侑也, Lee Sung Hyun, 柴宏博, 勝間田匡, 佐藤啓, 佐藤慎哉, 上野義之, 根本建二
  • Organizer: 日本加速器学会第19回年会
• [Presentation] 粒子線がん治療時のシンチレーター型リアルタイム線モニタの開発：飛程検証のためのファイバー検出器の基礎特性と陽子線のトラッキングについて (2022)
  • Author(s): 神長 摩菜美, 高橋 貫太, 森本 幸司, 岩井 岳夫, 黒澤 俊介, 門叶 冬樹
  • Organizer: 応用物理学会秋季講演会
• [Presentation] 粒子線がん治療時のシンチレータ型リアルタイム線量モニタの開発Ⅰ：飛程検証のためのファイバー検出器の基礎特性 (2022)
  • Author(s): 神長 摩菜美, 高橋 貫太, 森本 幸司, 岩井 岳夫, 黒澤 俊介, 門叶 冬樹
  • Organizer: 第59回アイソトープ・放射線研究発表会
• [Presentation] 粒子線がん治療時シンチレータ型リアルタイム線量モニタの開発II：二次粒子検出のための波形分別 (2022)
  • Author(s): 高橋 貫太, 森本 幸司, 岩井 岳夫, 門叶 冬樹, 黒澤 俊介, 神長 摩菜美
  • Organizer: 第59回アイソトープ・放射線研究発表会
• [Presentation] Clinical commissioning of Carbon Ion Therapy System at East Japan Heavy Ion Center, Faculty of Medicine, Yamagata University (2022)
  • Author(s): Iwai T, Souda H, Kanai T, Miyasaka Y, Lee SH, Chai H, Katsumata M, Sato A, Sato H, Nemoto K
  • Organizer: The 2nd Annual Conference of the Asia-Oceania Particle Therapy Co-operative Group
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Two years' experience with Toshiba carbon ion therapy system (2022)
  • Author(s): Iwai T
  • Organizer: The 2nd Annual Conference of the Asia-Oceania Particle Therapy Co-operative Group
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 山形大学医学部における重粒子線治療 (2022)
  • Author(s): 岩井岳夫
  • Organizer: 第23回AMSシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 重粒子線治療用回転ガントリー照射装置のコミッショニング (2022)
  • Author(s): 想田光, 金井貴幸, イソンヒョン, 宮坂友侑也, 柴宏博, 岩井岳夫, 勝間田匡, 金子崇, 小野崇, 川城壮平, 赤松妃呂子, 萩原靖倫, 佐藤啓, 佐藤慎哉, 上野義之, 根本建二
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [Presentation] IMRTによる胸壁照射時の呼吸性移動対策治療計画手法の検討 (2022)
  • Author(s): 小野拓也、宮坂友侑也、柴宏博、金井貴幸、想田光、李聖賢、赤松妃呂子、佐藤啓、岩井岳夫
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [Presentation] 患者横断面線量分布の調整を可能とする新たな小線源治療用アプリケータの開発 (2022)
  • Author(s): 宮坂友侑也、柴宏博、金井貴幸、想田光、李聖賢、佐藤啓、岩井岳夫
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [Presentation] 粒子線治療装置運転・維持管理データベース PT-DOM の開発 (2022)
  • Author(s): 想田光, 金井貴幸, Sun Hyun Lee, 宮坂友侑也, 柴宏博, 岩井岳夫, 菅藤洋平, 盛道太郎, 佐藤亜都紗, 田口貴之, 大内章央, 勝間田匡, 佐藤啓, 佐藤慎哉, 上野義之, 根本建二
  • Organizer: 日本加速器学会第19回年会
• [Presentation] Calculation of radiation dose from kilovoltage X-ray imaging in carbon ion radiotherapy using ICRP110 phantom and Monte Carlo simulation at East Japan Heavy Ion Center (2022)
  • Author(s): Sung Hyun Lee, Takayuki Kanai, Hikaru Souda, Yuya Miyasaka, Hongbo Chai, Yoshifumi Yamazawa, Koji Suzuki, Takeo Iwai
  • Organizer: 日本医学物理学会 第124回学術集会
• [Presentation] Development of Beam Axis Correction Method with Position Feedback System (2022)
  • Author(s): Souda H, Lee SH, Kanai T, Miyasaka Y, Chai H, Iwai T, Ouchi F, Sei M, Sato A, Taguchi T, Kanto Y, KatsumataM, Sato H, Sato S, Ueno Y, Nemoto K
  • Organizer: 日本医学物理学会第123回学術集会
• [Presentation] Range Uncertainties for MRI-only Treatment Planning with Convolutional Neural Network in Particle Therapy (2022)
  • Author(s): Kanai T, Arai S, Miyasaka Y, Souda H, Lee SH, Chai H, Iwai T, Nemoto K
  • Organizer: 日本医学物理学会第123回学術集会