スキャニングビーム陽子線CT画像取得法の研究開発

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K17126
• Research Institution: National Institutes for Quantum Science and Technology
• Principal Investigator: 田中 創大 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 物理工学部, 主任研究員 (00826092)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 粒子線CT画像

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的はスポットスキャニングビームによる高精度の陽子線イメージング手法を開発し、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。2022年度は2021年度に引き続き、モンテカルロシミュレーションコードであるParticle and Heavy Ion Transport code System (PHITS)を用いて画像改善手法の開発と検証を行うとともに、量子科学技術研究開発機構の新治療棟において実験によるスキャニングビームを用いた粒子線イメージングの実証実験を行った。なお、実験環境の理由から陽子線でなく炭素線を用いた実験を実施した。これにより本研究は陽子線だけでなく炭素線まで拡張することができた。シミュレーション及び実験によって得られた投影データに対して、本研究独自の手法である、スポットごとのデータを用いた粒子線軌跡補正を行うことで画像劣化要因である粒子線線量データの側方散乱成分を除去し、ある一定の画質向上を実現した。ただし、その対象は単純な構造の被写体にとどまり、より複雑な構造の被写体に対する補正に関しては、アルゴリズムの向上が必要であると考えられた。また、実験において取得する粒子線画像の精度向上のため、より再現性の高い一様照射野をスキャニングビームによって実現するためのパラメータセッティング（スポット間隔、ビーム強度）とそれに対する応答についての検討を行い、粒子線画像取得のためのビームパラメータ決定の手法を確立した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

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が、学会発表や本研究が盛んに行われている欧米での研究会への参加ができず、アウトプットやコミュニケーションの点で達成度はやや遅れていると評価した。2019年度に構築したモンテカルロシミュレーション環境を用いて、人工物ファントムや人体CT画像をベースとしてボクセルファントムデータを用いた様々なシミュレーションデータを取得し、2020年度に開発した画像補正法を用いて陽子線イメージングの高画質化に成功した。2021年度には2020年度に課題となっていた実験による検証を進めることができ、2022年度はそれをさらに炭素線へ拡張することに成功し、本研究の汎用性を高めた。

Strategy for Future Research Activity

陽子線、炭素線ともに複雑な構造の被写体のCT画像に対する検証が必要であり、今後実施する。また、コロナウイルスの影響で学会発表ができていないため、今後アウトプットをしていく。

Causes of Carryover

昨今のコロナウイルスによる情勢により、出張実験や学会参加の機会が当初の予定より少なくなった。次年度に実験や学会参加をする予定である。