人体の動きを考慮した重粒子線治療インバースプラニングに関する研究

考虑人体运动的重离子放射治疗逆规划研究

基本信息

批准号：
21656240
负责人：
石川顕一
金额：
$ 0.77万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21656240/
关键词：
粒子線治モンテカルロ法線量計算粒子線治療生体力学

项目摘要

がんの重粒子線治療とは、線量の集中性が高く、細胞致死効果の高い重粒子線(本研究では主に炭素イオン線を対象とする)を病巣に集中的に照射することによって、非侵襲にがんを治す治療法である。その治療計画では、X線CT画像等に基づいて線量分布を計算する。2次的ながんのリスクを評価するためには全身に対する線量計算が望ましいが、近年のCT画像の高精細化によって、ボクセルデータが膨大になり、次世代スパコン京のスペックをも超えるようなメモリー(コア辺り数ギガバイト以上)が必要になりつつある。人体の動きを考慮する上で特に重要なこの問題を解決するため、当該年度は、領域分割モンテカルロ法の開発・並列化、性能評価を行った。この方法は、計算領域を与えられたメモリー量で計算実行可能な複数の領域に分割して、重粒子線の入射位置から順に線量計算を実行するというもので、この方法を用いることによって、従来よりも少ないメモリー使用量での実行を可能にすることに成功した。また、領域分割では、粒子の位相データの書き出し・読み込みを多数回行うため、これによる計算時間の増大が懸念されたが、計算時間の増加は10%未満と十分小さいことを示すことができた。一方、ウィークスケーリングはおおむね良好であるが、若干増加傾向が見られ、さらなる検討・改善が必要と考えられる。また、理化学研究所の仁科加速器研究センターと連携し、市販のファントム中におけう線量分布の実験データを取得し、計算結果の検証を行い、良好な一致を得た。

癌症重离子放射治疗是用高剂量浓度、高效杀伤细胞的重离子束（本研究中主要针对碳离子束）对病灶进行集中照射，是一种非治愈癌症的治疗方法。侵入性地。在治疗计划中，根据X射线CT图像等计算剂量分布。为了评估继发性癌症的风险，需要计算全身的剂量，但近年来随着CT图像分辨率的提高，体素数据量变得巨大，很可能体素数据量将超过下一代 K 超级计算机的规格（每个核心数 GB 或更多）。为了解决这个在考虑人体运动时尤为重要的问题，本财年我们开发、并行化并评估了域分解蒙特卡罗方法的性能。在该方法中，将计算区域划分为可以使用一定量的存储器进行计算的多个区域，并从重离子束的入射位置开始依次进行剂量计算，从而成功地实现了程序的运行。内存较少。此外，在区域分割中，粒子相位数据被多次写入和读取，因此担心这会增加计算时间，但我们能够证明计算时间的增加非常小，不到10%。。另一方面，弱缩放总体良好，但有轻微上升趋势，认为有必要进一步考虑和改进。此外，我们与理化学研究所仁科加速器研究中心合作，获得了市售模型中剂量分布的实验数据，验证了计算结果，发现吻合良好。