2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study for MIERU-KA of proton irradiated dose observing technique in patient body
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18H04044
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| Research Institution | Tokyo Women's Medical University |
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Principal Investigator |
西尾 禎治 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (40415526)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅垣 菊男 北海道大学, 工学研究院, 教授 (40643193)
阿蘇 司 富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (30290737)
稲庭 拓 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 加速器工学部, チームリーダー(定常) (10446536)
中川 恵一 東京大学, 医学部附属病院, 准教授 (80188896)
溝脇 尚志 京都大学, 医学研究科, 教授 (90314210)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 陽子線治療 / 体内中陽子線線量分布可視化 / 標的原子核破砕反応 / 患者体内中陽子線線量分布観測システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の核となるActivity分布活用線量分布推定法の研究開発は、その手法の考案と知財化（特願2018-141693）を行った。また、提案手法に基づく機能の仕様策定及びデモソフトウェア作成を行った。Activity分布活用線量分布推定法の機能を検証するために、190MeVのMONO及びSOBP50mmの陽子線をポリエチレン及び水ターゲットへ照射実験を行い、Beam ON-LINE PET system（BOLPs）によるActivity分布実測データを取得した。計算による陽子線線量分布データ及び実測により取得したActivity分布データを用いることで、考案したActivity分布活用線量分布推定法を機能化したデモソフトウェアにより深部及び側方の2次元陽子線線量分布から2次元Activity分布データを導出した。更に、生成ポジトロン放出核分布高速計算処理法の研究開発においは、MLEM（Maximum Likelihood Expectation Maximization）法を活用したActivity分布の高速計算処理機能の仕様策定とデモソフトウェア作成、陽子線線量分布計算データとActivity分布実測データによる機能検証を実施した。高精度陽子線線量計算アルゴリズムの研究開発においては、Activity分布活用線量分布推定に必要である高精度で患者体内中の陽子線線量分布の計算を可能とするGEANT4モンテカルロシミュレーションをベースとするPTSIMの機能を整備した。また、本研究で開発された様々な技術を統合した患者体内中陽子線線量分布観測システム：pDose-BOLPsの構築に向けた仕様を考案した。システムの最終検証用に人体模擬ファントムを整備し、デモ照射実験とデモデータを取得した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、陽子線治療において患者体内中の組織構成要素である様々な原子核と入射陽子の間に起こる標的原子核反応より生成される種々のポジトロン放出核からの消滅ガンマ線の革新的計測・可視化技術を用いることで、患者体内中での「陽子線線量の観える化」観測技法を研究開発し、腫瘍へ陽子線が的確に照射されていることを確認出来る高精度陽子線治療法の実現を目指している。
Activity分布活用線量分布推定法の研究成果として、その手法を知財化することができた。また、Activity分布活用線量分布推定法の機能を搭載したデモソフトウェアの作成及び機能の検証に必要なBOLPsによる複数回の陽子線照射実験の実施と多くのActivity分布実測データ取得を実施できた。生成ポジトロン放出核分布高速計算処理法については、Activity分布のペンシルビームカーネル化とMLEM法を組み合わせた新たな処理法の有用性を示唆することができた。また、Activity分布活用線量分布推定機能、生成ポジトロン放出核分布高速計算処理機能、高精度陽子線線量計算アルゴリズムを搭載したActivity分布活用線量分布推定システムとBOLPsを統合させた患者体内中陽子線線量分布観測システム：pDose-BOLPsの構築に向けて、人体模擬ファントムによるデモ照射実験とデモデータを取得することができた。
現在までの研究の進捗状況としては、機能のデモソフトウェア作成、多くの実験データ取得、デモソフトウェア動作検証など、当初の研究計画よりも早いペースで実施することができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
3年間の研究期間内に、患者体内中での「陽子線線量の観える化」観測技法の研究に関する、Activity分布活用線量分布推定法の研究開発、生成ポジトロン放出核分布高速計算処理法の研究開発、高精度陽子線線量計算アルゴリズムの研究開発、患者体内中陽子線線量分布観測システム：pDose-BOLPsの構築と総合試験を行う。
Activity分布活用線量分布推定法の研究開発においては、考案し知財化した手法を機能化したソフトウェア開発を行う。その機能化ソフトウェアは、患者体表面陽子線照射条件に伴う3次元陽子線線量分布及びActivity分布計算データ及びBOLPsによるActivity分布計測データを活用し、Activity分布計算データと計測データの差分情報から患者体内中での陽子線線量分布を推定する。生成ポジトロン放出核分布高速計算処理法の研究開発ではMLEM法による計算処理法及び生成核種半減期の時間依存性を考慮したActivity分布形状変化の処理法を確立する。高精度陽子線線量計算アルゴリズムの研究開発では構築済みのPTSIM-GEANT4モンテカルロシミュレーションによる陽子線線量分布算出及び計算精度の検証を実施する。また、本研究で開発された様々な技術を統合した患者体内中陽子線線量分布観測システム：pDose-BOLPsの構築に向けた仕様を完成させる。また、実際の患者への陽子線治療を想定し、人体模擬ファントムを用いた陽子線照射実験を行うことで、治療計画による陽子線線量分布計算データ及びBOLPsによるActivity分布実測データを取得する。
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[Journal Article] Development of simple proton system with novel correction methods of proton scattering2018
Author(s)
M. Takabe, T. Masuda, M. Arimoto, J. Kataoka, K. Sueoka, T. Maruhashi, S. Tanaka, T. Nishio, T. Toshito, M. Kimura, T. Inaniwa
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Journal Title
Nucl. Instrum. Method.
Volume: /
Pages: /
DOI
Peer Reviewed
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