2012 Fiscal Year Research-status Report
多重画像の撮像が可能な陽子線ラジオグラフィの開発研究
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23540350
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
阿蘇 司 長岡技術科学大学, 工学部, 准教授 (30290737)
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| Keywords | 陽子線画像 / 陽子線治療 / モンテカルロ法 / 多重画像 / ラジオグラフィ / 粒子線治療 / 粒子線画像 / 放射線画像 |
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| Research Abstract |
医療と新たな分野への応用を目指して，陽子線治療用加速器を用いた新しいラジオグラフィ手法の開発を行う。シミュレーションを活用して，実現性，性能・最適化についての検討と評価を行うことを目的とする。
昨年度は，画像化に必要な測定量の概要を明らかにした。本年度は，現実的な条件での画像取得要件を明らかにするため，１.陽子線治療装置のビーム条件の確認，２.測定条件による画像への影響の見積もりを実施した。
１. 国立がん研究センター東病院の陽子線治療装置(Cyclotron型)について検証を行い，撮像に必要な平坦な照射を実現するための２重散乱体ビーム整形器を用いた条件でシミュレーション値と測定値が一致することを確認した。また，陽子線加速器の違いも考慮するために，福井県立病院陽子線治療センター(Synchrotron型)とも協力し，同様の検証を実施してシミュレーション結果が測定と一致することを確認した。これらの計算と解析には，昨年度に開発整備した計算環境と今年度購入した画像処理用コンピュータを活用した。
２.陽子線エネルギーを変化させるための飛程変調器の配置を，上流または下流に配置した場合で画質の違いを比較した。上流配置では，変調器での散乱により画質が劣化する問題があったが，下流配置によって劣化を防ぐことができ，更に被爆線量を約半分に抑えることができた。また，検出器に1cm厚の水を仮定していたが，線量フィルム等を想定し1mm厚の水の場合を検討した。10mm厚では約10protons/mm2で画像が確認できたが，1mm厚では約1000protons/mm2を必要とした。これは検出器が薄い場合，エネルギー測定のランダウ揺らぎが影響するためである。ブラッグピーク形状を正確に把握するうえでは薄型化が望まれるが，撮像時の被曝線量を考慮すると水等価で10mm厚程度が望ましいという結果が得られた。
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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
画像化のための新たな方法を提案し，その現実性および最適化を評価することが目的である。
これまでの研究実施によってエネルギー変調した陽子線を用いて，エネルギー損失差を強調する画像化と多重散乱度を画像化する手法をシミュレーションを用いて検討し，それぞれの方法について画像化が可能であることを確認した。
更に，今年度は，測定系の配置や検出器の厚さを変えた場合について画像化を試み，画質の向上と被曝線量の違いを評価した。それぞれの場合において，画質向上および被曝線量の低下が可能な方法を見いだした。また，国立がん研究センター東病院を初めとする陽子線治療施設の治療用陽子線装置の照射条件を情報収集してシミュレーションへの導入を図った。そして，画像取得のための平坦な陽子線照射の条件下で陽子線の照射分布がシミュレーション結果と測定値の間で一致することを確認した。これらの成果は，国際学会IEEE Nuclear Science Symposium/Medical Imaging Conference 2012(米国，アナハイム)にて発表した。
また，これらの成果によって撮像のための最適化が進展し，これまでの理想的条件下での画像取得から，更に現実的な条件下での画像取得方法を検討するためのシミュレーション実行の準備が整った。
従って，本年度までの推進目標に挙げた検出器機能の検討と，現実的な条件下でのパラメタの最適化の確立に向けて順調に研究が進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は陽子線治療施設の陽子線照射パラメタを用いてシミュレーションを行い，得られる画像についての評価を実施して研究のまとめを行う。得られた成果は，国際会議等での報告を行う予定である。具体的には，次に挙げる課題について研究を進展させて，これまでの成果と合わせて報告を行う予定である。
１. 陽子線治療施設における陽子線照射装置のパラメタを用いた画像をシミュレーションして画像比較を行う。治療施設が採用する装置の違い（２重散乱体方式，散乱体とワブラ電磁石方式など）によって得られる画像の違いを明らかにする。陽子線治療施設の照射パラメタは，既にシミュレーションにおいて検証済みであり，円滑に研究を実施できると考えている。
２. 多重画像によって得られる画素値の意味付けを行い，物質情報（電子密度など）との関係について考察する。本研究で得られた多重画像をもとに新たな見地を導きだせる可能性がある。そこで，画素値についての評価・検討を行う。少なくとも，２次元画像上の電子密度との関係を考察できると考えている。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度経費は，昨年度実施報告書に記載した通り，画像処理用コンピュータと汎用グラフィック計算処理基盤(GPGPU)の購入にあてた。残金は研究連携者との打合旅費を予定していたが，おおむね順調に研究が進展しているため，次年度にくりこして研究成果発表のための旅費として利用することで，有効活用を図る。
次年度は最終年度であるため，これまでの成果のとりまとめとして，国際会議や論文などでの報告を積極的に行っていく。そのため，研究を推進するうえで必要となる陽子線治療施設への研究打合せのための出張旅費と合わせて，国際会議や学会・研究会等への参加登録費・出張旅費に利用する予定である。
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Research Products
(9 results)
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[Presentation] Status of Quality Assurance using Particle Therapy Simulation Framework in Particle Therapy Facility in Japan2012
Author(s)
T. Akagi, T. Yamashita, T.Aso, A.Kimura, S.Kameoka, Y. Maeda, N. Matsufuji, T. Nishio, C.Omachi, T.Sasaki, T.Toshito
Organizer
Hadron Therapy Workshop in IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
Place of Presentation
Anaheim, USA
Year and Date
20121028-20121028
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[Presentation] A GEANT4 BASED PARTICLE THERAPY SIMULATION FRAMEWORK FOR VERIFICATION OF DOSE DISTRIBUTIONS IN PROTON THERAPY FACILITY2012
Author(s)
T. Akagi, T.Aso, G. Iwai, A. Kimura, S.Kameoka, S.B.Lee, Y. Maeda, N. Matsufuji, T. Nishio, C.Omachi, S.J.Park, T.Sasaki, T.Toshito, W.Takase, T. Yamashita, Y. Watase, and H. Yoshida
Organizer
12th International Conference on Radiation Shielding, Computational Medical Physics Working Group
Place of Presentation
Nara, JAPAN
Year and Date
20120902-20120902
