2018 Fiscal Year Research-status Report

陽子線がん治療における生成反応断面積の測定及び体内線量評価システムの開発

Research Project

Project/Area Number	18K15595
Research Institution	Kyoto Prefectural University of Medicine
Principal Investigator	松下慶一郎京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (10769847)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	陽子線治療 / 断面積 / 医学物理
Outline of Annual Research Achievements	陽子線治療において腫瘍へ的確に陽子線が照射されなかった場合、治癒率の低下や重要臓器への障害が生じる可能性があり実際に陽子線が照射された範囲とその線量分布を確認することが重要である。人体に陽子線を照射すると人体を構成する原子核と入射陽子が原子核破砕反応を引き起こし陽電子放出核が生成される。この陽電子放出核からの消滅γ線をPETで測定することで照射範囲を観測し更に消滅γ線の強度分布を線量分布へ変換することで実際に照射された線量分布を確認することが可能となる。消滅γ線強度分布を線量分布へ変換するには陽電子放出核の生成断面積が必要となるが現在必要なデータが整備されていない状況である。本研究では陽子線がん治療における原子核破砕反応による陽電子放出核の生成断面積の測定及びそれを利用したモンテカルロシミュレーションによる生体内線量評価ソフトウェアの開発を目的とする。 2018年度は放射線医学総合研究所サイクロトロンの70 MeV陽子線を用いて、人体構成元素の中で最も重要な原子核である酸素核に対する陽電子放出核の生成断面積測定実験を実施した。本実験で考慮される生成陽電子放出核は15O、13N、11Cとなりこれらの生成断面積を導出した。導出した断面積はNNDCに報告されている過去のデータとも全体的によく一致していた。またこれまでに報告数が少ない11Cの生成断面積値を導出することができた。13Nの生成断面積は陽子線の低エネルギー領域で大きなピークを持つことがわかり陽子線治療におけるBragg Peak観測の可能性が示された。今回測定した断面積はpreliminaryな段階であるため、今後より断面積の精度向上を目指す。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は放射線医学総合研究所サイクロトロンの70 MeV陽子線を用いて、人体構成元素の中で最も重要な原子核である酸素核に対する陽電子放出核の生成断面積測定実験を実施した。水（H2O：ゼラチン質にした物）をターゲットとし、70 MeVの陽子線を照射した際に酸素核と陽子線との破砕反応から生成される主な陽電子放出核として15O、13N、11C（半減期は順に122.2秒、597.9秒、1222秒）の3種類が挙げられる。これらの生成された陽電子放出核を測定するために、ターゲットへ陽子線照射後プラナータイプのPET検出器を用いて消滅γ線の測定を行った。測定された陽子線進行方向に対する消滅γ線の強度分布及びターゲット深部位置での消滅γ線減衰曲線から各チャンネルの生成断面積を導出した。導出した断面積はNNDCに報告されている過去のデータとも全体的によく一致していたが、低エネルギー領域での断面積は陽子線のエネルギーストラグリング、散乱線の影響により誤差が大きくなったと考えられる。またこれまでに報告数が少ない11Cの生成断面積値を導出することができた。13Nの生成断面積は陽子線の低エネルギー領域で大きなピークを持つことがわかった。この結果より陽子線治療においてBragg Peak位置を観測できる可能性があると考えられる。今回測定した断面積はpreliminaryな段階であるため、今後より断面積の精度向上を目指す。
Strategy for Future Research Activity	次年度は本年度の結果を踏まえ、低エネルギー領域での散乱線の影響を低減し断面積の測定精度を向上させるためにプラナータイプPET検出器間の距離を離した測定を放射線医学総合研究所サイクロトロンの70 MeV陽子線を用いて行う。また、酸素核の他にカルシウム核をターゲットとした断面積測定実験を実施する予定である。カルシウム核は単体で用意することが困難であるため酸化カルシウム(CaO)をターゲットとし、酸素核の測定結果を利用してカルシウム核の陽電子放出核生成断面積を求める。並行してモンテカルロシミュレーションシステム構築を進める。得られた断面積データについては学会発表及び論文投稿を進める。
Causes of Carryover	CPU、GPU及びSSD等のパーツの値下がりによりモンテカルロシミュレーション用PC及びデータ測定用携帯PCが値下がりしたため。次年度も引き続き放射線医学総合研究所にて実験を行うため、実験のための出張費、研究成果を学会発表するための出張費、実験データバックアップ用ストレージ、ログノート等の文房具、実験器具購入費に使用する。