低線量生物影響を考慮したCT被曝線量指標の開発 －計算科学と生物学の分野間融合ー

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K07710
• Research Institution: Hokkaido University of Science
• Principal Investigator: 佐々木 恒平 北海道科学大学, 保健医療学部, 准教授 (20736376)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松谷 悠佑 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (20826929)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: モンテカルロシミュレーション / DNA損傷 / エネルギースペクトル / 細胞間シグナル伝達

Outline of Annual Research Achievements

R3年度は低線量被ばくに対応したDNA損傷推定モデルの構築を実施した。
放射線物理過程を模擬する放射線輸送計算コード（Particle and Heavy Ion Transport code System：PHITS）を用いて、コンピュータ断層撮影（CT）検査時の生体内環境を模擬し、被ばく細胞集団のDNA損傷収率を理論計算で評価する体系構築に取り組んだ。この評価体系を構築するには2つの要素がある。（１）実際のCT検査時に装置から発生し、患者体内に到達するX線の質を正確に再現すること、（２）患者体内の細胞へ誘導されるDNA損傷数を推定し損傷の体内分布を作成すること、である。
（１）では細胞実験で用いるCT装置から発生するX線を正確に再現することが必要となる。CT装置から発生するX線は制動X線と呼ばれるものであり、そのエネルギーが広範囲に及ぶ。また、X線を発生するX線管や付加フィルタの材質や形状によって光子エネルギーは様々な分布を呈する。さらに、CT装置のコリメータなどでX線が相互作用することによっても様々なエネルギーのX線が発生し、X線管から発生するX線に混入する。よって、患者体内へ入射するX線を再現するにはそのX線のエネルギースペクトルの実測が必要となる。我々はCdTeスペクトロメータ（EMF123型）を用いてエネルギースペクトルの実測を試みたが、測定位置の制限から正確な測定が困難であった。そのため、実測した半価層とTucker式によってエネルギースペクトルを推定した。現在、PHITSに得られたエネルギースペクトルを入力したX線源モデルを作成している。
（２）以前より取り組んできた非照射細胞へ誘導されるDNA損傷を推定する細胞間シグナル伝達シミュレーションについて、本研究で扱う実験体系に合わせてパラメータを最適化した。最適化が不十分な箇所が存在するので、引き続き取り組んでいく。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

R３年度は細胞照射実験によりCT被ばくによる低線量被ばく影響を測定を予定していたが、実験施設への立ち入りが制限されてしまったため、CTDI測定用ファントム内に培養細胞を充填した試験管を挿入した照射実験が行うことができなかった。

Strategy for Future Research Activity

R４年度は上記で遅延してしまった細胞照射実験を開始するとともに、シミュレーション体系の最適化を並行して遂行する。

Causes of Carryover

当初予定していた学会発表のための旅費を支出しなかったため、使用額との差額が生じた。生じた差額については、取り組んだ成果の発表および投稿に使用する予定である。