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Development of stereotactic carbon-ion beam therapy (Carbon Knife) irradiation system

立体定向碳离子束治疗（碳刀）照射系统的开发

基本信息

批准号：
22K07712
负责人：
田代睦
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

定位放射線治療は微小標的に対して高線量を照射できる治療法であるが、周辺線量の広がりが無視できないことから、周辺リスク臓器への副作用が懸念され、しばしば標的への不十分な線量投与を余儀なくされる。炭素線は急峻なブラッグピークや小さな側方散乱による高い線量集中性、高い生物学的効果を有する。これらの特長と超高線量率を兼ね備えた定位炭素線治療（カーボンナイフ）照射技術を開発することを目的とする。最小1mmサイズの微小炭素線を形成し、動物の微小標的に対してピンポイントに照射可能な技術を開発する。そのために、微小ビームに対する線量・線質(LET)分布の計測手法の確立、動物CTから炭素線の阻止能を求め打ち込み深さを制御する手法の確立、微小ビームに対する線量・線質分布計算モデルの開発と実装、高精細な動物用位置決めシステムの開発を行う。これら各要素を実証しながら照射技術の仕様・性能を明らかにすることが具体的な目的である。当年度は、動物CT画像を用いて動物体内の炭素線打ち込み深さ制御を可能とするために、動物CT装置に対してCT値－炭素線阻止能比変換校正法を試行した。動物CT用に校正ファントムを作製して校正測定を行い、動物CT－阻止能比変換曲線を得て、いくつかの生体物質のCT値と炭素線水等価厚を実測することにより、炭素線阻止能比変換の精度を調べた。それに加えて、校正用物質として必要となる骨代替容器の生成の手間や濃度のバラツキを低減する方策として、市販の骨ファントム物質を用いる方法を試行した。その結果、筋肉や脂肪に近い生体物質に対して、CT値－阻止能比変換と炭素線による実測値との差は5%程度以内であった。また、代替物質を固体に変えた場合、従来法と比べて3%程度以内の精度で一致した。以上のことから動物CTを用いた炭素線の打ち込み深さは5%程度の誤差内で見積もることが可能であることが示唆された。

Targeted radiation therapy is aimed at small targets, high doses, and treatment methods. The treatment method is characterized by high and low doses, and side effects of peripheral radiation are ignored. Carbon rays are highly concentrated and have biological effects. The purpose of the radiation therapy is to improve the radiation quality of the body. The smallest 1mm diameter of the micro-carbon line formation, animal micro-target irradiation possible technology development Establishment of measurement methods for the distribution of linear quantity and linear quality (LET) in micro-scale and micro-scale, establishment of methods for determining the stopping energy of carbon ray in animal CT, establishment of methods for controlling the depth of carbon ray, development of calculation methods for the distribution of linear quantity and linear quality in micro-scale and micro-scale, development of position determination methods for high-precision animals. The purpose of each element is to demonstrate the performance of the irradiation technique. In this paper, animal CT images are used to detect carbon radiation in animals. The calibration system for animal CT was developed and the calibration measurement was carried out. The curve of animal CT-blocking energy ratio conversion was obtained. The CT value of biological substances, carbon line and water isothickness were measured. The accuracy of carbon line blocking energy ratio conversion was adjusted. A method for reducing the concentration of substances produced in containers by adding and correcting substances is proposed. The results, muscle and fat are close to the biological substance, CT value-prevent energy conversion and carbon line, the difference between the measured value is less than 5%. The accuracy of the method is consistent within 3% of the accuracy of the substitute substance. The above is the error of 5% in the carbon line.