陽子線照射による水の微弱光を用いた線量分布推定法　－チェレンコフ光との識別－

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チェレンコフ放射が起こる陽子線の閾エネルギー（約120 MeV）以下で照射した陽子線に起因する水の微弱な発光現象（以下、微弱光とする）は線量分布を比較的よく再現し、陽子線がん治療における簡便な三次元線量分布推定への応用が期待される。しかしがん治療で使用される200 MeV陽子線の場合、微弱光と波長分布が類似するチェレンコフ光も発生する。チェレンコフ光は線量分布を再現しないので、微弱光を用いた線量分布推定において除去する必要がある。2022年度もモンテカルロシミュレーションツールキットGeant4を用いて研究を進めた。Geant4では荷電粒子から発生するチェレンコフ光の発生・輸送計算が可能である。一方、微弱光は発光機序も解明されておらず、Geant4では発光が起こらない。よってGeant4のシンチレーション光の計算モデルを流用することで微弱光の発生を模擬した。2019年度までに測定した200 MeV陽子線を水ファントムに照射することで得られた深部発光量分布を、Geant4によるシミュレーションで再現した。200 MeV陽子線はチェレンコフ放射が起こる閾エネルギーを超えているので、浅部ではチェレンコフ光と微弱光が混在する一方、飛程終端のブラッグピーク領域では微弱光が支配的になる。単位陽子数あたりのチェレンコフ光と微弱光の発光量比を２：１とすることで、深部発光量分布を最もよく再現できることが明らかとなった。さらには発光量の角度依存性を評価するために、直径5mmの水標的に200 MeVと100 MeV陽子線を照射し、90°方向における発光量を計算した。チェレンコフ光：微弱光＝2：1の発光量比で計算を行った結果、200MeV照射時と100MeV照射時の発光量比が200MeV/100MeV=2.7となり、実測値と誤差7％程度で一致することが明らかとなった。