2020 Fiscal Year Annual Research Report
High accuracy irradiation system with the patient tracking method for BNCT
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20H04546
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
熊田 博明 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (30354913)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高田 健太 群馬県立県民健康科学大学, 診療放射線学部, 准教授 (10640782)
中井 啓 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (50436284)
増田 明彦 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (70549899)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | BNCT / 患者位置合わせ / モーションキャプチャー / 治療計画システム / 加速器中性子源 / リアルタイム計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホウ素中性子捕捉療法（BNCT）は、他の放射線治療（X線治療、粒子線治療）と比べて照射時間が1時間程度と長く、これにより照射中に①患者の位置変動、及び、②発生中性子の強度変化が生じる可能性があり、これに起因して照射条件が変動するため、治療精度に影響が出てしまう可能性がある。この照射中の条件変化に対処するため本研究では、
（1）受動追従型BNCT用マルチリーフ・コリメータ
（2）患者位置変動検知中性子ビームモニター
の２つの要素技術を開発し、それぞれの実用化を図る。さらにこの2つの装置と筑波大学のBNCT用治療装置・実証機の加速器制御系と統合、“BNCT照射制御システム”の構築を目指す。この技術の実用化は、BNCTの照射精度を飛躍的に向上させ、病巣への線量集中と、周辺臓器への余剰線量の低減に寄与する。
本研究では、２つの要素である「受動追従型MLC」と「患者位置変動検知中性子モニター」をそれぞれ開発する。それぞれの試作装置を製作し、筑波大学で有する加速器ベースBNCT装置“iBNCT”に設置して各装置単体の性能試験、動作検証を実施し、個々の機器を実用化（臨床適用）する。さらに加速器制御系と中性子計測系、照射野制御系（MLC）を統合し、総合的に制御できる“BNCT照射制御システムの試作機”の構築を目指す。
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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
2020年度の活動では、まず、中性子をリアルタイムで計測するための計測機器の整備を行った。具体的には、リチウムシンチレータ型中性子モニターであるLiCAFを筑波大学のBNCT施設：iBNCT001の照射室内に4個設置した。同施設での中性子計測実験を実施し、中性子発生の基となる陽子の電荷量測定値に対する相関性、応答性の評価を開始した。
もう1つの開発テーマである中性子の照射制御技術（コリメータ）に関しては、筑波大学のiBNCT001の中性子特性を考慮し、コリメータの最適設計をモンテカルロ解析によって実施した。長時間照射に対して照射精度を低減させる要因は、患者の無理な固定体位によって患者が動いてしまうことである。よって、患者をより楽な体位で固定することのできるコリメータの最適設計を行った。照射時間を1時間以内に担保しつつ、可能な限り患者を楽な姿勢で固定できるようにビーム放出面から10㎝突出している延長型コリメータを設計、製作した。また、低エネルギー中性子に対する遮へい能の高い新しい部材の検討を、モンテカルロ解析を中心に実施した。この解析結果を踏まえて、従来部材に対して低エネルギー中性子の吸収断面積の大きい複数の元素を添加した部材の製造手法を検討した。この解析結果を踏まえて、同部材の特許出願の準備を進めている。
さらに、照射を統合制御するために線量評価/治療計画装置側にも改造、機能追加を行い、中性子モニターによる計測値をフィードバックするためのインターフェイスを整備した。
令和2年度には当該システム開発のベースとなる治療計画システムの検証、患者位置合わせ技術、及び、iBNCT001の性能評価に関してそれぞれ査読付き論文への投稿も行いアクセプトされた。また、BNCT関連の治療計画に関するレビュー記事も複数投稿した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の活動としては、まず、2020年度に整備したリアルタイム中性子モニター：LiCAFの特性測定、BNCTへの実用性評価等を筑波大学のBNCT施設：iBNCT001の照射場を用いて実施する。また、電離箱、SPND等の他の計測機器についても検討を行い、LiCAFとの比較等を行う。
コリメータ技術に関しても2020年に製作した複数の延長型コリメータをiBNCT001施設に組合わせ、水ファントム等に対する照射実験によって物理特性測定を実施し、同コリメータのBNCTへの実用性、適用性を評価する。また、このコリメータ技術をベースに、患者の動きにも追従する新しいコリメータの検討をモンテカルロ解析によって実施する。新たに開発した中性子遮蔽部材については2021年度初頭に、まず国内に特許出願し、その後、速やかにBNCT装置の導入が見込まれる各国に対しても国際出願する計画である。
さらに、中性子モニターとコリメータ技術を統合し、照射中の照射制御を行う統合システムを治療計画装置をベースに試作する。
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[Journal Article] Evaluation of the characteristics of the neutron beam of a linac-based neutron source for boron neutron capture therapy2020
Author(s)
Kumada Hiroaki, Takada Kenta, Tanaka Susumu, Matsumoto Yoshitaka, Naito Fujio, Kurihara Toshikazu, Sugimura Takashi, Sato Masaharu, Matsumura Akira, Sakurai Hideyuki, Sakae Takeji
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Journal Title
Applied Radiation and Isotopes
Volume: 165
Pages: 109246～109246
DOI
Peer Reviewed
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