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2019 年度 実施状況報告書

MRI誘導重粒子線治療における線量分布に与えるMRI磁場影響の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K07743
研究機関山形大学

研究代表者

岩井 岳夫  山形大学, 医学部, 教授 (30272529)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード重粒子線治療 / 核磁気共鳴画像誘導 / モンテカルロシミュレーション / 二次粒子 / 線量分布
研究実績の概要

粒子線治療は加速した陽子や炭素を腫瘍に照射し、がんを治療する治療法であり、ブラッグピークによる優れた線量集中性が大きな利点である。この利点を最大限に発揮するためには腫瘍の位置や形状を照射中にモニタリングすることが理想的である。光子線治療においては、核磁気共鳴画像(MRI)によって標的をモニターし、「見ながら撃つ」装置が近年実用化され、国内でも導入が開始されるなど極めて高い注目を浴びている。こうした「見ながら撃つ」治療は線量分布の良い粒子線治療との組み合わせでより効果を発揮すると考えられているが、これを実現するためにはイメージング用の高磁場(1.5~3T)の中で一次ビームおよび二次粒子ともにローレンツ力を受けることになるので、磁場による偏向と線量分布への影響を評価する必要がある。本研究では、水中における磁場によるビームの偏向と線量分布への影響をモンテカルロシミュレーションによって評価した。
今年度も引き続きモンテカルロシミュレーションにはPHITSを使用した。水ファントム中および周囲に臨床で使用されているMRI程度の強度の均一磁場を設定し、治療で用いるエネルギーで炭素を入射し、粒子の軌道および線量分布への影響を評価した。
磁場中でのビーム軌道はローレンツ力により偏向するが、終端に近づくにつれ曲率半径が小さくなる曲線を描いた。陽子と炭素とを比較すると、陽子の方がより大きく磁場の影響を受ける。ビームの広がりや飛程に関しては、磁場の影響は顕著ではなかった。また、ファントムから飛び出した陽子がローレンツ力により弧を描いて入射面に再入射するFragment Return Effectについては、線量分布への影響はごく限定的であるので、臨床上の影響は小さいと評価された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

理由
本研究はモンテカルロ法による粒子輸送計算コードによって入射粒子および二次粒子の運動を計算し、MRI磁場による線量分布への影響を評価する。ビーム条件としては山形大学重粒子線治療施設で想定されるスキャニング用のペンシルビームを用いる。粒子輸送計算コードには国産のコードであるParticle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) を使用し、一次ビームのみならず2次電子や核破砕片の運動への磁場の影響、さらには線量分布における磁場の影響を定量的に評価する。研究計画において、明らかにする項目は以下とした。
1) 炭素ビーム軌道への磁場の影響 2) 線量分布への磁場の影響 (ア) 1次ビームによる線量 (イ) δ線による線量 (ウ) 二次粒子(陽子、ヘリウム)による線量 3) 治療計画に適用するためのビームモデルの導出
上記のうち、1), 2)(ア)(イ)(ウ)までが今年度までにほぼ達成できているので、おおむね順調に進捗していると評価した。

今後の研究の推進方策

当初の計画では治療計画に適用するための解析的ビームモデルの導出を目標としていたが、モンテカルロ法による線量分布アルゴリズムにおいて、核磁気共鳴画像誘導で付加される現実的な磁場分布を取り入れる方策について検討する。

次年度使用額が生じた理由

令和元年度は、計算用パーソナルコンピュータの更新を見送ったことに加え、年明けからコロナウイルスの影響で会議などへの参加ができなかったため、残額が生じた。
令和2年度は、大学院生にモンテカルロ計算の補助と線量計測の補助を依頼し、研究を効率的に進める。また、コロナウイルスで国際会議が開かれづらくなっているが、落ち着いた場合は状況を見て年度後半に成果の発表を実施する計画である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019

すべて 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [学会発表] Shielding Calculation and Energy Saving in Yamagata University2019

    • 著者名/発表者名
      T. Iwai
    • 学会等名
      Yonsei Cancer Center-QST Joint Symposium on Carbon Ion Therapy
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Current Status of East Japan Heavy Ion Center, Faculty of Medicine, Yamagata University2019

    • 著者名/発表者名
      T. Iwai, H. Souda, T. Kanai, Y. Miyasaka, Y. Ieko, M. Harada, K. Nemoto, H. Yamashita and T. Kayama
    • 学会等名
      The 1st annual conference of the Asia-Oceania Particle Therapy Co-operative Group
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Current Status and Future Prospects of Carbon-Ion Therapy Facility Project of Yamagata University2019

    • 著者名/発表者名
      Ieko Y, Iwai T, Nemoto K, Suzuki K, Kanai T, Miyasaka Y, Harada M, Yamashita H, Kubota I, Kayama T
    • 学会等名
      58th Annual Conference of the Particle Therapy Co-operative Group
    • 国際学会
  • [学会発表] Construction of Compact Heavy Ion Medical Accelerator with a Superconducting Rotating Gantry2019

    • 著者名/発表者名
      Souda H, Kanai T, Ieko Y, Miyasaka Y, Iwai T, Nemoto K, Yamashita H, Kayama T
    • 学会等名
      Accelerator Reliability Workshop 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 山形大学医学部東日本重粒子センター建設の現状2019

    • 著者名/発表者名
      想田光、金井貴幸、宮坂友侑也、家子義朗、岩井岳夫、根本建二、山下英俊*、嘉山孝正
    • 学会等名
      第16回日本加速器学会年会
  • [学会発表] 山形大学医学部東日本重粒子センターの現状と展望2019

    • 著者名/発表者名
      金井貴幸、岩井岳夫、根本建二、川城壮平、鈴木幸司、山下英俊、久保田功、嘉山孝正
    • 学会等名
      日本放射線腫瘍学会第32回学術大会

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公開日: 2021-01-27  

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