MC法とSuperPosition法を組合せたBNCT線量計算アルゴリズムの開発

结合MC法和SuperPosition法的BNCT剂量计算算法开发

• 批准号: 20K08078
• 负责人: 高田 卓志
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K08078/
• 关键词: BNCT; 治療計画; 線量計算アルゴリズム; モンテカルロ法; スーパーポジション法; Removal Diffusion理論; 拡散方程式

加速器中性子源を用いたホウ素中性子捕捉療法（BNCT）の保険診療の開始に伴い、照射条件を決定する治療計画の効率化が重要な課題となってきている。BNCTの治療計画では、線量計算アルゴリズムとしてMonte Carlo（MC）法が従来から用いられてきた。MC法は体内での中性子の挙動を正確に模擬できるが、高精細な線量分布を得るためには膨大な計算時間が必要であり、治療計画におけるボトルネックとなる。本研究では線量計算の高速化を目指して新しいアルゴリズムの開発を行う。入射中性子が生体内の原子との衝突により減速する過程をMC法で計算し、減速後に原子・分子と熱平衡に至る過程を、X線治療に採用されているSuperposition法における線量カーネルとしてモデル化することで計算速度の向上を図る。本研究では、アルゴリズムの最適化および精度検証を通して、その有用性を実証する。2020年度から2021年度にかけて、MC計算コードであるPHITSをベースに計算アルゴリズムの実装を進めてきた。2021年度には、入射面付近において従来のMC法を相補的に用いる手法を採用することで、計算時間の短縮効果を保ちつつ、精度を向上させることが可能であることを明らかにした。さらに、2022年度には、熱化過程をモデル化する別のアプローチとして、Removal Diffusion理論に基づいた拡散モデルの導入を検討した。モデルの導入により入射面付近においても熱中性子束分布が精度よく計算できることが示された。MC法を相補的に使用する方法と比べて計算時間の更なる短縮効果が期待される。今後、2021年度に取得した実験データに基づいてモデルの検証を進めるとともに、計算精度の向上および計算時間の更なる短縮を目指してアルゴリズムの改良を進める。

The use of accelerator neutron source and neutron capture therapy (BNCT) is an important issue in the start of diagnosis and treatment and the determination of irradiation conditions and the efficiency of the treatment plan. BNCT's treatment plan and line volume calculation are all based on the Monte Carlo (MC) method. The MC method enables accurate simulation of the movement of neutral particles in the body and high-definition line quantity distribution. It is necessary to calculate the time required for dilation and treatment plan. The purpose of this study is to speed up line quantity calculations and to implement new technologies. The collision of atoms and the collision of atoms in the body of a neutral particle, the deceleration process, the MC method calculation, the atoms and molecules after deceleration, the thermal equilibrium process, and the X-ray The treatment was performed using the superposition method and the linear measurement of the カーネルとしてモデル化することでcalculation of the speed. This study is about optimization, precision verification, and usefulness verification. 2020年から2021年にかけて、MCcalculationコードであるPHITSをベースにcalculationアルゴリズムの実装を入めてきた. In 2021, the incident surface is close to the MC method and the MC method is used to complement the MC method. , the calculation time reduction effect is guaranteed, and the accuracy is improved, and the accuracy is improved.さらに、2022年には、Thermal process をモデル化するbieのアプローチとして、Removal The theory of Diffusion is based on the basics of Diffusion.モデルのIntroduction of the incidence surface close thermal neutral beam distribution and accuracy calculation of the できることがshowされた. The complementary method of MC is the use of the する method, which is better than the べて calculation time and is expected to shorten the effect. From now on, in 2021, we will obtain the した実験データに记づいてモデルの検 Certificate and enter the school, The calculation accuracy is improved, the calculation time is shortened, and the calculation time is shortened.

项目成果

Verification of Complementary Approach Using Full-energy Monte Carlo Method and Partial Model-based Method for Fast Dose Calculation in BNCT

使用全能量蒙特卡罗方法和基于部分模型的方法在 BNCT 中进行快速剂量计算的互补方法的验证

• 发表时间: 2022
• 作者: Mai Nojiri;Takushi Takata et al.
• 通讯作者: Takushi Takata et al.

ハイブリッド計算アルゴリズムの精度向上に向けた拡散方程式を用いた検討

利用扩散方程提高混合计算算法精度的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 野尻摩依;高田卓志;櫻井良憲;鈴木実;田中浩基
• 通讯作者: 田中浩基

Development of fast dose calculation algorithm for BNCT based on a combination of Monte Carlo and superposition methods

基于蒙特卡罗和叠加方法相结合的BNCT快速剂量计算算法的开发

• 发表时间: 2021
• 作者: Takushi Takata;Mai Nojiri;et. al.
• 通讯作者: et. al.

Development and evaluation of dose calculation algorithm with a combination of Monte Carlo and point-kernel methods for boron neutron capture therapy

结合蒙特卡罗和点核方法的硼中子俘获治疗剂量计算算法的开发和评估

• DOI: 10.1088/2057-1976/acc33c
• 发表时间: 2023
• 期刊: Biomedical Physics & Engineering Express
• 作者: Nojiri Mai;Takata Takushi;Hu Naonori;Sakurai Yoshinori;Suzuki Minoru;Tanaka Hiroki
• 通讯作者: Tanaka Hiroki

ホウ素中性子捕捉療法におけるMonte Carlo法とsuperposition法を組み合わせた線量計算アルゴリズムの最適化

硼中子俘获治疗中蒙特卡罗法与叠加法相结合的剂量计算算法优化

• 发表时间: 2021
• 作者: 野尻摩依;高田卓志;他
• 通讯作者: 他