2019 Fiscal Year Research-status Report
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19K17126
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
田中 創大 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00826092)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 陽子線治療 / 陽子線CT / スキャニングビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はスキャニングビームを用いた陽子線イメージング手法を考案し、厚いシンチレータとCCDカメラにより構成されるシンプルな検出システムで臨床に必要な精度の陽子線CT画像取得法を確立することである。2019年度は、まず北海道大学病院陽子線治療センターにおいて、初期検討としてのスポットスキャニングビームを用いた陽子線透過画像取得実験を行った。実験の実施に際し、照射ガントリー内に検出システムを設置するためのジオメトリーやアライメント方法の検討、遠隔操作システムの構築、シンクロトロン加速器の照射パターンに対して適切な露光時間で取得するためのシステムの構築を行った。本実験では、スポットスキャニングによる照射を長い露光時間で検出システムで撮影することにより、従来のブロードビームを用いた陽子線イメージングと同等の画質の陽子線透過画像を得ることに成功した。さらに、陽子線透過画像の空間分解能向上のため、1つ1つのスポットごとに短い露光時間で撮影する検出システムを構築した。スポット照射以上の早い周期でのカメラ撮影のため、カメラの検討、撮影条件の検討、レンズの検討等を行った。また、スキャニングビームのスポットごとのデータの解析手法検討のためのモンテカルロシミュレーション環境をParticle and Heavy Ion Transport code System (PHITS)を用いて構築し、試験的なシミュレーションによって解析手法の試行錯誤用のデータ取得を開始した。
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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
基本的に申請時に提出した計画に沿って研究開発は行われており、順調に研究開発が進んでいることから、現在までの研究開発の達成度はおおむね順調に進んでいると評価した。まず、北海道大学陽子線治療センターにおいてスポットスキャニングビームを積算して陽子線画像を取得する初期検討の実験を実施し、陽子線透過画像の取得に成功したことは、今後行う実験のための第一歩として重要であった。ここで得られたパラメータ設定等を生かして、スポットごとのデータ取得を行う実験を実施することが可能となる。また、スポットごとに高速でデータ取得する検出システムが構築できており、次は実際に陽子線治療センターのシンクロトロンからのトリガー信号を用いた予備実験を行う段階に入っている。検出システム構築について、極めて順調に進展していると言える。スポットごとの手法検討については、PHITSを用いたモンテカルロシミュレーションの環境が構築できていることによって、今後スムーズに行うことができる状況となった。現在アイデアとしてある解析手法をモンテカルロシミュレーションの結果を用いながら試行錯誤することで順調にデータ解析手法が開発できると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次のステップとして、（1）構築したスポットごとに高速でデータ取得を行う検出システムを用いた実験の実施、（2）PHITSを用いたスポットごとのデータを有効に解析する手法の開発、を行う。（1）について、すでに実施した実験の経験に基づいたシンクロトロン照射の時間構造を考慮し、さらにスポットの時間構造を取り入れた測定方法で実験を行う。（2）について、前項と並行してデータ解析手法の開発を行う。アイデアレベルの解析手法を実際に実装し、シミュレーション結果を用いながら試行錯誤する。また同時に実験データが取得できた場合は、そのデータも用いて解析を行う。（1）と（2）の内容が進み、実験データからスキャニング陽子線CT画像が得られた場合、その画質評価を行う。Modulation transfer function (MTF)測定用ファントムやElectron density phantomを撮影し、MTF計算や多種物質の画素値解析により空間分解能と画素値精度を評価する。また、得られた画像に基づいて、陽子線治療で生じうるレンジ計算精度の評価とその結果から得られるレンジマージンの提案を行い、陽子線の多門照射や正常組織への照射量の減少などの臨床へのインパクトを検証する。
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| Causes of Carryover |
モンテカルロシミュレーションや画像処理・再構成を高速で行うための高性能計算機について、必要スペック等の検討を慎重に行っている段階であり、次年度購入する予定である。
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Research Products
(2 results)
