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2020 年度 実施状況報告書

粒子線治療リアルタイムビームモニタ手法における定量的減弱補正手法の実証

研究課題

研究課題/領域番号 18K12124
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

研究代表者

山口 充孝  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 主幹研究員(定常) (10375404)

研究分担者 神谷 富裕  群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (70370385)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード粒子線がん治療 / ビームイメージング / 制動輻射 / 減弱補正
研究実績の概要

昨年度に製作したエネルギースペクトルの計測が可能なX線カメラを用いて二次電子制動輻射計測によるがん治療用粒子線ビームイメージング実験を、群馬大学重粒子線医学研究センターにて実施した。290 MeV/uのエネルギーを持つ炭素イオン線を、照射台に設置した水標的に入射し、炭素イオン線の進行方向に対し90度の方向に放出される二次電子イオン線を、標的から70 cm 離れた位置に設置したX線カメラで測定することでビームイメージの取得を試みた。レンジシフターの厚さを変更しながら、7.5×10^10個のイオンの照射についてのイメージングを3回程度試みたが、正常なビーム軌跡を表す画像が取得出来なかった。二次電子制動輻射成分がバックグラウンド成分に埋もれている可能性があり、現在、モンテカルロシミュレーションによりその原因を調査している。
また、重粒子線照射環境下で本装置が正常に動作しない事も想定し、エネルギースペクトルの取得のみ可能な単素子の検出器(CdTe検出器)を用いた二次電子制動輻射エネルギースペクトルの計測実験を、上記の実験と別個に実施した。CdTe検出器はX線カメラと同様に標的から70 cmの距離に配置し、7.5×10^10個のイオンの照射について、標的側面厚さを変更しながら3回の計測を行った結果、モンテカルロシミュレーションによる理論計算結果と同等の側面厚依存性が得られ、二次電子制動輻射計測による減弱補正法の実用可能性を示唆する実測結果となった。

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

二次電子制動輻射計測による減弱補正法の実用可能性を示す実測結果が得られたため。

今後の研究の推進方策

X線カメラ実験が失敗した原因の究明を行った後、再実験を行い、減弱補正が正常に機能するか評価を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

実験の実施に若干遅れが生じ、実験に必要な消耗品の購入が次年度に延期されたため。次年度に当該消耗品を購入する予定。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Estimation of shifts of therapeutic carbon-ion beams owing to cavities in a polyethylene target by measuring prompt X-ray images2020

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Mitsutaka、Yamamoto Seiichi、Kitano Maki、Kubota Yoshiki、Sakai Makoto、Akagi Takashi、Nagao Yuto、Kawachi Naoki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 087001~087001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/aba22a

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dose image prediction for range and width verifications from carbon ion‐induced secondary electron bremsstrahlung x‐rays using deep learning workflow2020

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Mitsutaka、Liu Chih‐Chieh、Huang Hsuan‐Ming、Yabe Takuya、Akagi Takashi、Kawachi Naoki、Yamamoto Seiichi
    • 雑誌名

      Medical Physics

      巻: 47 ページ: 3520~3532

    • DOI

      10.1002/mp.14205

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sensitivity improvement of YAP(Ce) cameras for imaging of secondary electron bremsstrahlung x-rays emitted during carbon-ion irradiation: problem and solution2020

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Seiichi、Yamaguchi Mitsutaka、Akagi Takashi、Kitano Maki、Kawachi Naoki
    • 雑誌名

      Physics in Medicine & Biology

      巻: 65 ページ: 105008~105008

    • DOI

      10.1088/1361-6560/ab7a6e

    • 査読あり
  • [学会発表] Development of an integrated imaging system for simultaneous imaging of prompt X-rays and luminescence at the same position2021

    • 著者名/発表者名
      喜多野真紀、山本誠一、赤城卓、山口充孝、酒井真理、河地有木
    • 学会等名
      第121回日本医学物理学会学術大会
  • [学会発表] Deep learning-based dose image predictions from prompt x-ray images for proton therapy2021

    • 著者名/発表者名
      矢部卓也、山口充孝、リュウ チ・チー、歳藤利行、河地有木、山本誠一
    • 学会等名
      第121回日本医学物理学会学術大会
  • [学会発表] 頭部ファントム中の治療用炭素イオン線の即発X線による可視化2021

    • 著者名/発表者名
      山口充孝、山本誠一、喜多野真紀、赤城卓、長尾悠人、河地有木
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 標的内空洞による治療用炭素イオン線のずれの即発X線測定による推定2020

    • 著者名/発表者名
      山口充孝、山本誠一、喜多野真紀、久保田佳樹、酒井真理、赤城卓、長尾悠人、河地有木
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Imaging and range estimation of proton induced secondary electron bremsstrahlung X-rays using high sensitivity YAP(Ce) camera2020

    • 著者名/発表者名
      喜多野真紀、山本誠一、歳藤利行、山口充孝、河地有木
    • 学会等名
      第119回日本医学物理学会学術大会
  • [学会発表] Prediction of dose images from secondary electron bremsstrahlung X-rays using advanced deep learning workflow2020

    • 著者名/発表者名
      山口充孝、リュウ チ・チー、フアン シュアン・ミン、矢部卓也、赤城卓、河地有木、山本誠一
    • 学会等名
      第119回日本医学物理学会学術大会

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公開日: 2021-12-27  

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