2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development Collapsed Cone Convolution Dose Calculation Engine for MRI-Linac
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18K15617
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
伊藤 謙吾 東北大学, 大学病院, 助手 (40705076)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | MRI-Linac / 高速線量計算 / CCC法 / 磁場 / モンテカルロ法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では放射線治療装置Linacと診断装置MRIが融合した新たな放射線治療装置であるMRI-Linac（MRL）用の高速線量計算アルゴリズムの開発を目的としている．MRLでは，治療ビーム照射直前の患者状態に合わせて最適な治療を提供する適応放射線治療（ART）が可能なシステムである．ARTでは，患者を治療寝台に寝かせた状態で線量計算が実施され，最適な照射法が決定される．現状のシステムでは，モンテカルロ法（MC法）と呼ばれる手法を用いて線量分布が導出されるが，信頼できる結果を得るには長い計算時間が要求される．計算時間の短縮を図るためにGPUを用いた超並列計算が使用され臨床上許容とされているが，計算時間の短縮ができれば，患者待機時間の短縮や線量分布のTry&Errorの繰り返し，装置スループットの向上を図ることができる．本研究では，高速線量計算アルゴリズムであるCollapsed Cone Convolution法（CCC法）を磁場用に修正を加えてMRL用のアルゴリズム開発を行った．CCC法では，予め導出しておいた点拡がり関数をカーネルとして扱い，1次放射線強度とカーネルをコンボリューションすることで線量分布が算出される．カーネルは，MC法を用いて作成されるため，まずは，汎用MCコードであるEGS5を用いて磁場中の粒子の輸送精度を評価し，信頼できる結果を得るための計算パラメータを探索した．次に，探索した最適な計算パラメータを用いて磁場中におけるカーネルを取得した．磁場中の粒子の挙動は，粒子の進行方向と磁場の向きや粒子のエネルギー，媒質の密度によって変化する．カーネルの形状や粒子の進行方向を磁場強度や向きごとにパラメータ化し，従来の磁場無しの環境との変化を評価した．これらのデータを基に，MRL用のCCC法を開発し，新たな不均質補正法の導入を図った．
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