Development of an analytical model for PET-based range verification in heavy ion therapy

本研究課題の目的は重粒子線照射時に体内で生成されるポジトロン放出核種の分布を計算する解析モデルを開発することである。初年度は解析モデルのベースとなるデータを取得するため、モンテカルロ法によるシミュレーション基盤を構築した。所属機関では炭素線に加えてヘリウム線、酸素線、ネオン線を用いたマルチイオン治療を新たに開始する予定である。そこで、治療室に供給されるヘリウム線、炭素線、酸素線、ネオン線のビームパラメータを汎用モンテカルロシミュレーションコードPHITSに実装した。精度検証として水に対する重粒子線照射シミュレーションを行ったところ、実測したデータに対して線量で1-2%以内、飛程やビームサイズで1 mm以内の高い一致度を達成した。また、治療に用いられる複雑な照射野にも対応するため、治療計画装置で最適化したビームの強度情報をモンテカルロシミュレーション上に展開するプログラムを作成した。これにより、治療と同等の照射をモンテカルロシミュレーションで実施し、入射イオンとターゲットの原子核間で生じる様々な反応を調べることが可能になった。現在は、構築したモンテカルロシミュレーションを用いてヘリウム線、炭素線、酸素線、ネオン線ペンシルビームが人体を構成する原子核(水素、炭素、酸素、カルシウム)に入射したとき、入射粒子自身が砕ける入射核破砕反応と人体を構成する原子核が砕ける標的核破砕反応によって生成するポジトロン放出核種分布を取得している段階である。

本研究課題の目的は重粒子線照射時に体内で生成されるポジトロン放出核種の分布を計算する解析モデルを開発することである。初年度は解析モデルのベースとなるデータを取得するため、モンテカルロ法によるシミュレーション基盤を構築した。所属機関では炭素線に加えてヘリウム線、酸素線、ネオン線を用いたマルチイオン治療を新たに開始する予定である。そこで、治療室に供給されるヘリウム線、炭素線、酸素線、ネオン線のビームパラメータを汎用モンテカルロシミュレーションコードPHITSに実装した。精度検証として水に対する重粒子線照射シミュレーションを行ったところ、実測したデータに対して線量で1-2%以内、飛程やビームサイズで1 mm以内の高い一致度を達成した。また、治療に用いられる複雑な照射野にも対応するため、治療計画装置で最適化したビームの強度情報をモンテカルロシミュレーション上に展開するプログラムを作成した。これにより、治療と同等の照射をモンテカルロシミュレーションで実施し、入射イオンとターゲットの原子核間で生じる様々な反応を調べることが可能になった。現在は、構築したモンテカルロシミュレーションを用いてヘリウム線、炭素線、酸素線、ネオン線ペンシルビームが人体を構成する原子核(水素、炭素、酸素、カルシウム)に入射したとき、入射粒子自身が砕ける入射核破砕反応と人体を構成する原子核が砕ける標的核破砕反応によって生成するポジトロン放出核種分布を取得している段階である。