最適核種による高精度重粒子線CT画像取得法の研究

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K15870
• 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): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 重粒子線CT画像 / 炭素線CT / ネオン線CT

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、重粒子線イメージングシステムを構築し、高画質化のために使用する核種を最適化し、臨床利用のための目標である空間分解能1 mm、画素値分解能1%の重粒子線CT画像取得であった。2022年度は、厚みをもったシンチレータとカメラを用いた重粒子線イメージング手法を確立し、炭素線及びネオン線を用いた実験を実施した。既に開発された陽子線イメージングの検出システムを踏襲する形で本検出システムは構築されたが、重粒子線特有の核破砕反応で生じる二次粒子による画像劣化は見られず、シンチレーションの光量と重粒子線の飛程の変換テーブルを用いることによって、二次元投影データとして重粒子線の飛程分布をカメラで取得することに成功した。得られた投影データから炭素線CT画像およびネオン線CT画像の取得に成功した。当初の予想通り、核種が重くなればなるほど、空間分解能が良い粒子線CT画像が取得できた。空間分解能の定量値については、今後Modulation Transfer Functionを計算することで得る予定である。しかし、ネオン線については、量子科学技術研究開発機構における加速器の性能から最大飛程が15 cm程度であり、人体の透過画像を取得するためには飛程が足りず、現実的にそのような加速器が実現可能かどうかと得られるネオン線CT画像の画質と有用性を検討していく。炭素線については、初期結果として頭頸部ファントムのCT画像取得に成功し、2 mm程度の骨構造を含めて構造を画像化することに成功した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

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ことから、現在までの研究開発の達成度はおおむね順調に進んでいると評価した。2022年度に計画していた重粒子線イメージング手法構築は順調に進み、当初2023年度に開始予定の実験まで実施することができ、予定より進んでいる。一方でシミュレーションにおける実験の模擬については、炭素線やネオン線の計算時間が非常にかかるため、予定より遅れている。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画どおり、実験によって得られたさまざまな核種の重粒子線CTの結果の解析を進め、同時に重粒子線イメージング手法の改善を行う。またシミュレーションでの実験の模擬を早急に構築し、重粒子線イメージング手法の改善のために用いる。これまで得られた結果について、学会や論文でアウトプットを行う。

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。