2023 Fiscal Year Research-status Report
In vivo imaging of light induced by the radiation beam for in high-dose-rate radiation therapy
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21K07699
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
余語 克紀 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 助教 (30424823)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
歳藤 利行 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 研究員 (30377965)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 水の発光 / 高線量率放射線治療 / 陽子線治療 / チェレンコフ光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
がん放射線治療は高齢化が進むわが国で有効な治療法である。治療では放射線を当てるべき腫瘍と避けるべき正常組織が混在しており、どこにどれだけ当てるかが治療成否のカギとなる。したがって、治療中の放射線が患者にどれだけ当たっているか、つまり照射線量の分布を可視化し、即時に確認する方法があれば有用である。
研究代表者は、10Gy/min 程度の高い線量率の治療用γ線を水に照射した際に生じるチェレンコフ光は発光が強く、線量分布の観測が可能なことを示した。この発光を治療中に観測するためには、1)体内の発光が微弱であること、2)人体は”濁り水”であり、散乱が主体となって減弱することを解決する必要がある。その第一歩として、本研究では、さらに高い線量率のビーム照射による発光の増幅により、患者体内の線量分布を可視化することができないか、明らかにしたい。
本年度は、超高線量率・陽子線治療（FLASH）ビームを水に照射し、発光の基礎特性を調べ、論文として成果発表した。残念ながら、同一線量で比較した場合、陽子線FLASHビーム照射による発光の増幅は見られないことが分かった。本年度は、水の発光に限らず、蛍光体を利用した増幅や、生体の透過性が高い放射線そのものを併用したイメージングにより課題を解決できないかと考え、研究を始めた。また、国立研究開発法人 量子科学技術研究開発機構（QST）のサイクロトロンからの60MeV陽子線を用いた追加実験は、引き続き、マシントラブルにより行えない状況であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は、生体での発光の観察に向け、 水の発光の追加データを取得し、基礎特性を固め、論文として発表することができた。従来ビームより、線量率が約1,000倍高い、超高線量率・陽子線治療(FLASH)ビームを照射し、水の発光を観察した。陽子線の線量率を0.45-4320 Gy/sまで４桁変化させたが、残念ながら、同一線量で比較した場合、陽子線FLASHビーム照射による発光の増幅は見られないことが分かった。また、量子科学技術研究開発機構（QST）のAVF-930サイクロトロンの60MeV陽子線が、引き続きマシントラブルで利用できなかったため、別の陽子線や放射線を用いた実験に切り替え、研究の進捗にやや遅れが生じた。
生体深部からの発光を観察するためには、光の減衰を補うために、何らかの発光の増幅機構が必要と考えられ、水の発光そのものを利用したイメージングは難しいと考えられる。そこで、水の発光以外に適した方法がないかを探るため、1)蛍光体を利用した発光の観察や2)放射線を利用した生体深部のイメージング法の研究を始めた。
まず蛍光体を用いて、水中での陽子線の線量分布を測定したところ、線量分布に近い形状の発光分布が得られた。課題は、ブラッグピーク近傍の発光であり、LET（線エネルギー付与）に応じて発光分布と線量分布に差が生じることが分かった。もしLETと発光に関係性を見いだすことができれば、補正によって発光分布から線量分布に変換することが可能と考えられる。また水中からの高線量率のγ線を測定したところ、線量分布と近い形状の分布が得られた。γ線をカメラで撮影することによって、生体内の線量分布を推定することが可能かもしれない。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度（R5）は、シンクロトロンからの治療用パルスビームを用いてFLASH照射の実験を行い、線量率と水の発光の特性を明らかにし、論文発表することができた。残念ながら、線量率の上昇による発光の増幅は見られなかった。
今後は、生体深部の線量分布のイメージングに向け、水の発光のみにとらわれず、蛍光体を用いた発光の増幅法や、透過性の高い放射線を用いたイメージング法の研究も進める予定である。いくつか候補となる蛍光体を用いて、水中での陽子線による発光分布を調べ、線量分布に近い発光分布を示す蛍光体を選択する。ブラッグピーク近傍では、発光分布と線量分布の乖離が予想される。ブラッグピーク近傍で高くなるLET（線エネルギー付与）と発光の関係性を見いだし、補正によって発光分布から線量分布に変換する方法を検討する。また水中からの高線量率のγ線を測定したところ、線量分布と近い形状の分布が得られたが、どのようなパラメータが分布形状に影響するのか調べ、生体内の線量分布の推定に向けた課題を明らかにしたい。
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| Causes of Carryover |
本年度（R5）は、QSTサイクロトロンビームがトラブルにより引き続き利用できなかったため、研究の進捗に遅れが生じた。別の陽子線や、高線量率の放射線を用いた研究を始めた。まずは、既存のシステムでできる限り基礎特性のデータ収集を行い、当初、新型カメラや光学系のために予定していた予算を使わなかった。蛍光体への照射実験では、既存のカメラや光学系を用いて、発光画質が得られた。
次年度（R6）は、撮影システムの最適化も考えながら、実験を行う予定である。必要に応じて、撮影システムの改善を行うため、予算を使用する予定である。システムのどこを改善して、どのようなデータ取得を目指すのか、優先順位を考えながら予算をあてていく。具体的には、カメラ、光学系、装置固定具、遮光法の改善、撮影する波長の改善などが候補である。
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