2015 Fiscal Year Annual Research Report

ガン細胞が取り込んだ非放射性薬剤から電子線を放出させ患部のみを照射する技術の開発

Research Project

Project/Area Number	25282152
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	小栗慶之東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (90160829)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	近藤康太郎東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教 (80582593) 長谷川純東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (90302984)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2018-03-31
Keywords	浸潤性ガン治療 / 単色X線 / 二次電子 / ナノ粒子 / X線吸収端 / 陽子線 / 静電加速器 / モンテカルロシミュレーション
Outline of Annual Research Achievements	平成27年度は，液体シンチレーターを満たした容器内に金属微粒子の模擬物質を置き，外部からX線を照射した場合の模擬物質周辺の発光の観測を試みた．微粒子模擬物質として，線径25ミクロンの金線を用い，これを液体シンチレータ（National Diagnostics社，エコシンチXR，型式：LS-272)中に入れ，光学顕微鏡で線に直角の方向から観察した．撮影には超高感度電子増倍型CCDカメラ（AndorR社，型式：DU-897E-CS0-BV）を用いた．外部光を完全に遮断して微弱なシンチレーション光を測定するため，専用のプラスチック製液体シンチレータ容器を設計･製作し，これをゴムパッキングを介して顕微鏡の鏡筒に直接接続した． X線管の電圧を変化させて金線周囲の発光像を撮影したところ，光量のコントラスト比(金線周囲に対する金線部分のCCDのカウントの割合)が管電圧とともに増加することが分かった．この大小関係はX線スペクトルの管電圧依存性及び発生する二次電子のエネルギーで説明できた．また，X線を入射した側の発光強度が反対側よりも高い傾向が見られ，これにより金線によるX線の減衰効果とX線エネルギースペクトルの変化に伴う金線表面での二次電子収量の変化を確認できた．これらの関係を定量的に調べ，モンテカルロ計算コードGeant4による数値シミュレーションの結果と比較したところ，両者には定性的な一致が見られた．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 静電加速器からの一次陽子線の強度が予定よりもやや低かったため，陽子線励起単色X線を用いた撮影実験には至らなかったが，小型X線管の管電圧とエネルギー調整用フィルターの選択により，ある程度の単色性を有し，かつ強度の大きい一次X線を安定に発生することができた．液体シンチレーターの微弱な発光の観測に充分な遮光性能と高い感度を持ったイメージング測定系の開発も順調に進み，これを用いて予定通りX線照射により金線から放出された二次電子によるシンチレーション光を検出できた．これらの結果はモンテカルロ法による数値シミュレーション計算の結果とも定性的に一致し，ほぼ期待していた通りの現象が起っていることが確認できた．並行して一次陽子線の強度を向上させるためのイオン源の高強度化も順調に進み，次年度以降の線量分布測定に向けての見通しが得られた．
Strategy for Future Research Activity	今年度までの予備的な測定結果により，当初研究計画に示した通り，増感材の周囲での線量の増大が実際に起こっていることがほぼ明らかになった．次年度以降は，予定通りに静電加速器を用いて陽子線励起単色X線を発生させて同様な測定を行い，X線エネルギーと金線周囲の線量分布との関係，及び金線から離れた領域における線量とのコントラスト等を精密に測定し，本研究課題で提案された手法の有効性を原理的に実証することを目標とする．今のところシンチレーターの発光画像はあまり鮮明でないので，ノイズを除去する数値的手法の導入も検討する．並行してモンテカルロシミュレーションによる計算を更に高度化し，実際の治療で用いるナノ粒子の周囲で高い線量を集中的に付与するための条件を探る．具体的には粒子のサイズと材質（原子番号），最適な一次X線エネルギー等を系統的に調べ，将来の臨床応用に向けての開発の方向性を探ることに重点を置く．
Causes of Carryover	照射に用いるX線の一部については，高い強度が必要であったため，今年度は当初予定していた静電加速器でなく，電子線励起方式のX線管を用いて発生した．このため，静電加速器の運転時間が予定より減少した．その結果，静電加速器の運転と陽子線照射に関わる実験に必要な物品費の支出が一時的に減少したため．
Expenditure Plan for Carryover Budget	X線管を用いた実験では既に必要なデータが取得できたので，この実験については基本的に終了し，次年度以降は当初計画に基づいて主に静電加速器からの陽子線を用いて単色X線を発生させ，同様な実験を続行する予定である．よって，次年度使用額については，静電加速器の運転と金属標的への陽子線照射，発生する単色X線の測定，及びX線照射に伴う液体シンチレータ中の金線周囲の発光測定等に関わる物品費として使用する計画である．