2013 Fiscal Year Research-status Report
等価線量をシミュレーションで評価する次世代型BNCT用治療計画システムの開発
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25461901
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
熊田 博明 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (30354913)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫻井 英幸 筑波大学, 医学医療系, 教授 (50235222)
榮 武二 筑波大学, 医学医療系, 教授 (60162278)
松村 明 筑波大学, 医学医療系, 教授 (90241819)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 治療計画 / モンテカルロ法 / 中性子捕捉療法 / マイクロドシメトリ / 粒子線治療 |
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| Research Abstract |
中性子捕捉療法（BNCT）用の治療計画システムとして、細胞レベル、DNAレベルのシミュレーション計算による放射線影響解析技術（マイクロドシメトリ技術）と、これまで開発したモンテカルロ治療計画技術を結合し、次世代型のモンテカルロ治療計画システムのプロトタイプを開発する。
平成25年度はマイクロドシメトリ技術を組み込むベースとなるBNCT用治療計画システム：ツクバプラン（仮称）の開発と性能検証を実施した。線量計算に不可欠な核データとしてENDF/BとJENDLの比較を行い、いずれの核データでも適切な線量計算を実施できることを確認し、結果としてJENDLを採用することを決定した。またボクセル計算モデルについては、2mm角、4mm角、8mm角の大きさのボクセルに対して計算精度と計算時間について評価を行い、最適な組み合わせを導いた。これらの検証によってツクバプランが一連の処理によってBNCTの線量評価/治療計画を実施できることを確認した。
合わせてマイクロドシメトリのアルゴリズムを組み合わせるモンテカルロコード：PHITSもツクバプラン専用に調整改良を行い、ツクバプランに連動してモンテカルロ輸送計算を実施できるようにした。
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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
本研究の最終目標は、BNCT用治療計画システムを完成し、このシステムにマイクロドシメトリ技術を組み合わせて、計算のみで生物学的効果比を考慮した等価線量を導き出すシステムの試作機の開発である。本開発の主な開発項目は、①BNCT用治療計画システム：ツクバプランの開発、②モンテカルロコードPHITSへのマイクロドシメトリ技術の組み込み、③ツクバプランにマイクロドシメトリ技術を内挿したPHITSベースモンテカルロコードの組み込み、④ツクバプランの検証、である。平成25年度は、①及び②と③のPHITSコードのツクバプランへの組み込み試験と④のシステム検証の一部までが達成できた。
全体工程として４０％以上の達成率と考えており、順調に開発が進められていると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
BNCT用モンテカルロ治療計画システム：ツクバプランの検証と改良、高度化を行い、マイクロドシメトリ技術を除く通常計算モード（物理線量を算出するモード）での評価を可能にする。この通常計算モードのシステムを京都大学のBNCT施設（原子炉、加速器）、及び現在開発整備中の筑波大学の加速器BNCT施設などに導入し、実際のBNCTの線量評価に対する実用性等の性能検証を行う。ユーザーインターフェイス等の改良等を行って、通常計算モードでBNCTの治療計画を立案できるシステムを構築する。
並行してPHITSベースのツクバプラン専用モンテカルロ計算エンジンにマイクロドシメトリ計算を実行するMKモデル・アルゴリズムを実装する。計算エンジン単体での検証を行い、続いてツクバプランにこの計算エンジンを実装して、マイクロドシメトリ計算モード（等価線量まで算出するモード）で線量評価できる治療計画システムのプロトタイプを構築する。
構築した新しいツクバプランのプロトタイプの性能検証を行う。まず、実際のBNCT照射場であるJRR-4で過去に実施されたBNCT症例（悪性脳腫瘍、頭頸部がん、肺腫瘍等）の画像データを基に一連の治療計画を実施し、照射条件（ビーム入射角度等）を再現して等価線量分布を算出する。この評価結果と、当時の治療計画システム（JCDS）による等価線量分布（RBEは細胞実験から導いた単一値）と比較し、新ツクバプランによる評価精度と実用性を検証する。
続いて、筑波大学で開発中の加速器BNCT治療装置での検証を行う。新ツクバプランに同治療装置のビーム情報を適用して治療シミュレーションを実施し、治療装置の吸収線量、RBEと等価線量を算出する。一方、同治療装置は平成26年度に物理特性実験及び細胞実験を計画しており、この実験で得た物理実測値とRBE値と、新ツクバプランの計算値との比較検証を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初計画ではマイクロドシメトリ技術をモンテカルロコードPHITSに組み込むためのコーディング費（役務発注）を計上していたが、研究開発を効率的に実施するためにシステムの検証を先行して実施することとした。従ってこのコーディング作業が平成25年度には発生させずに次年度に使用することとした。
平成25年度に実施しなかったマイクロドシメトリ技術の組み込み作業を平成26年度に実施することとし、平成25年度に用いなかった費用を用いて平成26年度にこの作業（コーディング外注）を実施する。
また、システム検証に必要な機器、消耗品を購入するとともに、研究成果を国際学会等で発表する。
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Research Products
(11 results)
