微細構造物に対する高精度な線量計算法の確立により二次がんリスクの細分化を実現する

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K17168
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 黒須 圭太 大阪大学, 医学系研究科, 招へい研究員 (60761400)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 二次がん / モンテカルロシミュレーション / テトラファントム / 高精度放射線治療

Outline of Annual Research Achievements

放射線治療に付随する二次がんリスクを正確に評価するためには、人体の各構造物における二次がんリスク換算係数を算出する必要がある。本研究課題は従来のボクセルを基礎とした人体表現から離れ、連続四面体形状を適用することで人体の微細構造物や流線形構造物の正確な表現に取り組み、高精度な線量計算方法を確立することを目的としている。初年度はモンテカルロシミュレーションツールの計算環境整備と線量一致性の検証、そして連続四面体形状を計算に適用する際の計算設定パラメータの最適化を目標とした。
光子線の線量計算のため、モンテカルロシミュレーションツールPHITSに対して汎用型リニアックであるTrueBeamの数値設計図を入力した。その後、Varian社が提供するPhase Spaceデータを組み合わせ、単純な水ファントムを用いた系における計算値と実測値の線量比較を通してモデリングの正確性を確認した。陽子線の線量計算では先行研究で構築したインディアナ大学の陽子線照射装置モデルを使用するため、モデリングの正確性の再確認、座標系の微調整などを実施した。
続いて連続四面体形状を用いた際の計算設定パラメータと計算時間、計算精度の関係性の導出に取り組んだ。単純な水ファントムを連続四面体形状によって構築するため、TetGenソフトウェアの使用環境の整備と使用方法の習得をした。しかしながら四面体形状への分割方法、PHITSへの取り込み方法の習得に多くの時間を割いてしまい、初年度の目標である計算設定パラメータの最適化に至ることはできなかった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

申請者の異動に伴い、研究課題に取り組む時間が一時的に減少してしまった。また、連続四面体形状への分割方法の習得や、それをシミュレーション系に導入する方法の習得に想定よりも多くの時間を割いてしまった。
以上より、現在までの達成度としては計画より遅れていると判断する。

Strategy for Future Research Activity

連続四面体形状を計算系に導入する方法は習得したため、今後は各種パラメータを変更した際の計算時間、計算精度の関係性を導出し、必要な精度を担保するに十分な設定パラメータを決定する。先行研究において高速演算環境を整備しているため、研究進捗の挽回は可能であると考える。その後、ボクセルを基礎として構築された人体数値ファントムを連続四面体形状へと変換して計算系へ導入する。対象とする微細構造物、流線形構造物に対して単純な照射系を用いた線量計算を実施し、先行研究の結果と比較することを予定している。

Causes of Carryover

申請者の異動に伴い研究活動に取り組む時間が一時的に減少してしまったため、物品費が多く掛からなかった。またCOVID-19の影響により出張を予定していた国内外の学術大会が中止となり、旅費として計上していた費用を使用することがなかった。次年度は課題遂行に関連するソフトウェアや機器の購入、本研究課題に関する議論を行うための出張費用や、国内外の学会での研究成果発表、学術論文の投稿費用に使用する予定である。