多重画像の撮像が可能な陽子線ラジオグラフィの開発研究

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23540350
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 阿蘇 司 長岡技術科学大学, 工学部, 准教授 (30290737)
• キーワード: 陽子線画像 / モンテカルロ・シミュレーション / 粒子線治療 / 放射線

研究概要

医療と新たな分野への応用を目指して，高エネルギー物理実験の手法を活用し，陽子線治療用加速器を用いた新しいラジオグラフィ手法の開発研究を実施した。研究を効率よく進めて経費を抑えるために，シミュレーションを活用して，実現性，性能・最適化についての検討と評価を行うことを目的とした。また，簡易な画像取得を念頭に研究を進めた。
昨年度は，簡易な撮像システムとして，板状のシンチレータ等を想定した薄型検出器での撮像方法を検討した。薄型の検出器では，撮像物の構造に応じた陽子線のエネルギー変化を観測することが難しい。そこで，陽子線エネルギーを変化させるための飛程変調器の配置について検討を行い，画質と被曝線量の双方の点において，対象物の下流に配置する撮像方法を提案した。
今年度は，これまでの研究のまとめとして，個々のパラメタの依存性について系統的にシミュレーションを行い，陽子線画像取得手法に関する研究の取りまとめを行った。具体的には，検出器の厚さによるエネルギー付与の揺らぎ，飛程変調器による陽子線エネルギー変調とビームエネルギーを直接変更した場合の違い，飛程変調器の上流と下流での配置における画像と被曝線量の比較を行った。これらの詳細な結果については，Loma Linda大のR.W.Schulte准教授が編集を行っている学術教育書：Medical Imaging with Protons and Ionsに投稿を行ったが，編集段階であり掲載可否の回答は2014年夏頃の予定と連絡を受けている。
これらの研究成果では，国内の研究支援者の協力とともに，韓国国立がん研究センターとの協力により議論を深めることができた。また，シミュレーションを実施するにあたり計算時間を短縮する必要性があったため，粒子情報を再利用するための機能や計算機グリッド環境でのシミュレーション実行基盤の開発を実施して，その性能を評価した。

研究成果

• [雑誌論文] Common platform of Monte Carlo dose calculation on universal grid interface with Geant4 based particle therapy simulation framework (2014)
  • 著者名/発表者名: G. Iwai, W. Takase, T. Aso, Y. Watase, T. Sasaki, T. Akagi, T. Yamashita, Y. Maeda and T. Nishio
  • 雑誌名: IOP Publishing, Journal of Physics Conference Series 巻: 489 ページ: 012001
  • DOI: 10.1088/1742-6596/489/1/012001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geant4-based particle therapy simulation framework for verification of dose distributions in proton therapy facilities (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Akagi,Tsukasa Aso, Go Iwai, Akinori Kimura, Satoru Kameoka, Se Beyong Lee, Yoshikazu Maeda, Naruhito Matsufuji, Teiji Nishio, Chihiro Omachi, Seyjoon Park, Takashi Sasaki, Toshiyuki Toshito, Wataru Takase, Tomohiro Yamashita and Yoshiyuki Watase
  • 雑誌名: Progress in Nuclear Science and Technology 巻: 4 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [学会発表] Performance evaluation of Geant4 Based Particle Therapy System Simulation Framework (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Aso, W. Takase, G. Iwai, T. Sasaki, Y. Watase, Y. Maeda, T. Yamashita, T. Akagi, H. Shuuichi, T. Nishio, S.Y. Cai, T.C. Chao, E. Yen, T.H. Wu, Y.T. Lin
  • 学会等名: International Symposium on Grids & Clouds 2014
  • 発表場所: Academia Sinica, Taipei, Taiwan
  • 年月日: 20140324-28
• [学会発表] Recent Updates and Plan in Geant4 Based Particle Therapy System Simulation Framework (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Aso, T.Akagi, G.Iwai, A.Kimura, Y.Maeda, N.Mastufuji, T.Nishi, C.Omachi, T.Sasaki, W.Takase, T.Toshito, T.Yamashita, Y.Watase
  • 学会等名: IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
  • 発表場所: COEX, Seoul, South Korea
  • 年月日: 20131027-20131102
• [学会発表] Command-Based Interface of Importance Biasing Technique Using Geant4 for Shielding Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Oyama, T.Aso, M.Shimaoka, K.Amako, H.Yoshida, T.Sasaki
  • 学会等名: IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
  • 発表場所: COEX, Seoul, South Korea
  • 年月日: 20131027-20131102
• [学会発表] Common platform of Monte Carlo dose calculation on universal grid interface with Geant4 based particle therapy simulation framework (2013)
  • 著者名/発表者名: G.Iwai, W.Takase, T.Aso, Y.Watase, T.Sasaki, T.Akagi, T.Yamashita, Y.Maeda, T.Nishio
  • 学会等名: International conference on the use of computers in radiation therapy (ICCR2013)
  • 発表場所: Melnbourne Convention and Exhibition Centre, Australia
  • 年月日: 20130506-20130509