粒子線治療中の患者体内線量リアルタイム可視化への挑戦

粒子束治疗期间患者身体剂量实时可视化的挑战

• 批准号: 22KJ3152
• 负责人: 矢部 卓也
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ3152/
• 关键词: 粒子線治療; 二次電子制動放射線; モンテカルロシミュレーション

粒子線がん治療では、患者体内に照射された治療ビームの軌跡を直接観ることができないため、治療ビームが腫瘍の位置に正しく照射されているかを確認することは困難である。本研究では、受入研究室（量子科学技術研究開発機構 高崎量子応用研究所）が展開する「二次電子制動放射線（即発X線）計測法」を活用することで、粒子線治療中の患者体内線量分布をリアルタイムで可視化する技術を確立し、臨床応用への実現を目指す。本年度は、本研究の基盤となるモンテカルロ計算コードPHITSを用いた即発X線および線量分布のシミュレーションが可能な計算環境を構築した。さらに受入研究室内の並列コンピュータや、受入研究室が使用時間を確保している日本原子力研究開発機構のスーパーコンピュータを利用し、シミュレーション計算の高速化を可能にした。構築したシミュレーション環境を用いて、即発X線画像化時に発生する中性子起因のバックグラウンド成分の特性を計算し、Time of Flight法によりその成分を97％低減できることを明らかにした。シミュレーション計算と並行して、群馬大学医学部附属病院重粒子線医学研究センターにて、即発X線の画像化実験を行なった。カドミウムテルライド半導体による治療用炭素ビームの画像化実験を行い、治療用ビームの軌跡を示す鮮明な即発X線画像を得ることに成功した。またビームの停止位置の変化量に対応して即発X線の分布が変化することを確認し、測定画像から1.0 mmの精度でビームの停止位置を推定できる手法を考案した。

The particle beam is irradiated into the patient's body, and the trajectory of the treatment site is directly identified. This study aims to establish a technique for visualizing the distribution of radiation in patients during particle beam therapy and to provide guidance for clinical application of the "secondary electron brake radiation (i.e., X-ray) measurement method" developed by the Institute of Quantum Science and Technology (Takasaki Institute for Quantum Applications, a quantum science and technology research and development organization). This year, the base of this study is to construct a possible computing environment for the development of X-ray and X-ray distribution. In addition, it is possible to ensure the use time of the parallel system in the receiving research room, and to increase the speed of the calculation of the system in the Japan Atomic Energy Research and Development Agency. To construct a new environment, we need to calculate the characteristics of the components generated by the time of X-ray imaging, and reduce the components by 97% by the Time of Flight method. In addition, the X-ray imaging research institute of Gunma University School of Medicine has been established. The imaging of therapeutic carbon films for semiconductor applications was successfully carried out, and X-ray images were successfully developed to show the traces of therapeutic films. The variation of the stop position of the image is related to the variation of the distribution of X-rays, and the method for estimating the stop position of the image with the accuracy of 1.0 mm is examined.

项目成果

A time-of-flight based neutron background reduction for imaging of proton-induced secondary-electron-bremsstrahlung x-rays: a Monte Carlo study

基于飞行时间的中子背景降低，用于质子诱导二次电子轫致辐射 X 射线成像：蒙特卡罗研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuya Yabe;Mitsutaka Yamaguchi;Michiko Tsuda;Yuto Nagao ;and Naoki Kawachi
• 通讯作者: and Naoki Kawachi

Time-of-flight based neutron background reduction in secondary-electron-bremsstrahlung imaging for in-vivo range verification of proton therapy: a Monte Carlo study

用于质子治疗体内范围验证的二次电子轫致辐射成像中基于飞行时间的中子本底降低：蒙特卡罗研究

• DOI: 10.1088/1748-0221/18/02/c02041
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Instrumentation
• 影响因子: 1.3
• 作者: Yabe T.;Yamaguchi M.;Tsuda M.;Nagao Y.;Kawachi N.
• 通讯作者: Kawachi N.

econdary-electron-bremsstrahlung x-rays imaging using CdTe semiconductor detector for range verification in carbon-ion radiotherapy

使用 CdTe 半导体探测器进行二次电子轫致辐射 X 射线成像，用于碳离子放射治疗中的范围验证

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuya Yabe;Michiko Tsuda;Mitsutaka Yamaguchi;Hidenori Toyokawa;Wataru Kada; Tomihiro Kamiya;Makoto Sakai;Yuto Nagao;and Naoki Kawachi
• 通讯作者: and Naoki Kawachi