高LET重イオン飛跡構造に基づく微視的及び動径線量評価と生物効果モデルへの応用

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26461885
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 大澤 大輔 京都大学, 放射性同位元素総合センター, 助教 (90324681)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 二次電子放出 / マイクロドジメトリ / 飛跡構造解析 / 生物効果モデル

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、3カ年の計画で進め、二次電子生成断面積やマイクロドジメトリ測定といった基礎データの積み上けから、最終的に粒子線治療における生物効果モデルや細胞致死確率の再評価を目指すものである。初年度に実施した具体的な内容は以下の3点になる。
1. 重イオン+水分子衝突による二次電子生成二重微分断面積の系統的測定: 放医研930AVFサイクロトロンにより加速された重イオンビームを用いて、これまでのブラッグピーク領域(6.0-15.0 MeV/u)のHe2+, C6+入射に続いて、等速のO5+, O8+入射で二次電子生成二重微分断面積を電子エネルギー1 eV-10 keV、電子放出角度20-160°に渡って広範囲に系統的に測定した。さらに、歪波ボルン近似による理論計算(CDW-EIS)、H+入射における半経験的解析式(Ruddモデル)のZ2スケーリング(xZ2, Zは入射イオン電荷)と比較することで、高Zイオン入射でそれらの有効性を検証した。
2. 飛跡構造解析: カロリンスカ研究所にて在外研究を行い、この分野の世界的権威であるNikjoo教授のもと重イオントラックコードの開発に取り組んだ。当初の目的は、測定断面積データを自作したコードに組み込み完成させるだったが、議論を重ねるうち、測定データを説明できる理論計算(CTMC)を組み込むほうがより汎用性の高いコードになるとの指摘を受け、その理論計算の理解と実験データとの整合性を検証した。
3. マイクロドジメトリ測定系の構築: 組織等価型比例計数管(TEPC)を用いたマイクロドジメトリ測定系を構築し、モンテカルロシミュレーションによる飛跡構造解析から得られたマイクロドジメトリ量と比較することで飛跡構造を実験的に検証するものであるが、TEPCを調達できておらず、当初の計画からやや遅れている。電子回路系とビームラインへの取付支持架台の準備はほぼ完了している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

上述の「3. マイクロドジメトリ測定系の構築」において組織等価型比例計数管を調達できておらず、当初の計画からやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

当初の研究計画に沿って、Ne6+, Ne10+, H+入射で二次電子生成断面積を測定する。続いて、モンテカルロシミュレーションにより飛跡構造を解析した後、線エネルギー、比エネルギーといったマイクロドジメトリ量を計算し、組織等価型比例計数管による測定結果と比較することで飛跡構造を計算と実験の両面から評価・検証できるシステムの確立を目指す。得られた飛跡構造から動径線量分布を計算し、Chatterjeeモデルとの差異を入射イオン種(Z)の依存性の観点から調べる。特に、Chatterjeeモデルの特徴である「コア領域の一様高線量密度」、「コア領域とペナンブラ領域とでLETが等分配されるエネルギー等分配則」が高Zイオン入射においてどのようにズレるかを調べる。続いて、得られた動径線量分布を生物効果モデルへ入力情報として適用し細胞致死確率がどのように変わるか評価する。特に、コア領域で不一致であれば、粒子線治療における臨床線量計算の見直しを要請するものと期待される。

Causes of Carryover

組織等価型比例計数管としてFar West Technology社製の球形型TEPC(LET-1/2, 0.5”)の購入を検討していたが、検出器内部にエネルギー校正用としてアルファ線源(Cm-244, 約11 kBq)が含まれており、そのままでは調達できないことが判明したため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

線源なしで購入し、放射性同位元素総合センターにて校正用アルファ線源を組み込むことでエネルギー校正可能か検討している。