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－

使用质子束照射引起的水弱光的剂量分布估计方法 - 与切伦科夫光的辨别 -

基本信息

批准号：
18K04974
负责人：
小森雅孝
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

由质子线引起的弱光发射现象在阈值能量（约120 meV）下（本文称为弱光）是相对好的，质子线相对良好预计将应用于治疗中简单的三维剂量分布估计。但是，在癌症治疗中使用的200 MeV质子线中，也发生了相似的光和波长分布的Cherenkov hikari。由于Cherenkov hikari不会再现剂量分布，因此有必要在使用弱光估算剂量分布时将其删除。在2022财年，我们使用Monte Cal Rosimulation Toolkit Geant4进行了研究。 Geant4可以计算带电颗粒产生的Cherenkov光的产生和运输。另一方面，光发射机制尚未阐明，Geant4不会引起光发射。因此，通过转移Geant4闪烁光的计算模型来模拟弱光的发生。 Geant4模拟复制了通过辐射通过2019财年测得的200 MeV质子化线获得的深光发射分布。 200 MeV质子线超过了Cherenkov半径引起的阈值能量，因此混合了Cherenkov光和弱光的浅部分，而光线则在飞行的黑色峰面积中占主导地位。通过设置Cherenkov hikari的发光比和每个质子的弱光，可以揭示出最佳的发光量可以得到最好的再现。此外，为了评估发光量的角度依赖性，在直径5 mm的水力流中照射了200 MeV和100 MeV质子的电线，并计算了在90°方向发射的光量。 Cherenkov hikari：由于计算弱光的光发射比= 2：1，当200 MeV辐射和100 MeV辐照时，光发射比为200 meV/100mev = 2.7，并且实际测量值在大约7％。

项目成果

期刊论文数量（29）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Radioluminescence by synchrotron radiation with lower energy than the Cherenkov light threshold in water

能量低于水中切伦科夫光阈值的同步加速器辐射的放射发光

DOI：
10.1088/2399-6528/ab9f8d
发表时间：
2020
期刊：
Journal of Physics Communications
影响因子：
1.2
作者：
Hirano Yoshiyuki;Komori Masataka;Onoda Daichi;Nagae Takayuki;Yamamoto Seiichi
通讯作者：
Yamamoto Seiichi

Effects of parallax error and light refraction on estimation for dose distribution of proton beams using luminescence in water

视差和光折射对水中发光估计质子束剂量分布的影响