超高線量率陽子線治療に適したリアルタイム飛程検出法の開発

开发适用于超高剂量率质子治疗的实时距离检测方法

• 批准号: 21K19434
• 负责人: 松浦 妙子
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19434/
• 关键词: 陽子線飛程検証; FLASH; 適応型陽子線治療; 音響計測

FLASH放射線治療は，通常の放射線治療の線量率の数百倍から数千倍高い線量率（40 Gy/s程度以上）を用いる超高線量率照射法である。抗腫瘍効果を変えずに正常組織の障害発生を顕著に抑制できることが知られており，これまでの治療様式を大きく変えるインパクトがある．本研究では，数年以内に臨床利用が期待される超高線量率陽子線治療に適用する心電図検査式リアルタイム飛程検出法の実用化に向けた基盤技術開発を行うことを目標とした研究開発を行っている．本年度は，昨年度に検討した寒天ファントムに対して，京大複合研のFFA加速器を用いて陽子線照射実験を行った．超音波ジェルを用いて超音波検出器を直接ファントムに結合させると計測が安定しなかったため（恐らく時々刻々検出器の周辺温度が変化することの影響），寒天を成形して検出器を包含させ，温度遷移の影響をできるだけ抑えた状態で計測を行った．また，本実験においては，検出器の位置精度が非常に重要になるため，ガイドやストッパー付の容器を３Dプリンターで作製し，上述の寒天で包含した検出器全体を入れることにした．本研究は，複数地点で検出した超音波波形を同時に用いて飛程を特定するが，当初想定した手法（Multilateration法）は，特定の計測位置以外ではブラッグピーク以外の線量分布からの音波が混入するため，精度が不十分となる可能性があることが分かった．そこで，感度行列を用いる手法を別途開発して解析を行ったところ，ブラッグピーク位置をほぼサブミリで捉えることに成功したため，引き続き本手法を用いて解析を行っていく予定である．

闪光辐射疗法是一种超高剂量辐射方法，它使用剂量率（超过40 Gy/s），比常规放射治疗的剂量率高出数百倍。众所周知，它可以显着抑制正常组织损伤而不会改变抗肿瘤作用，并具有显着改变先前治疗方法的影响。这项研究正在进行研究和开发，目的是开发基本技术，用于实际应用基于心电图的实时范围检测方法，该方法适用于超高剂量质量质子疗法，预计将在几年内临床使用。今年，我们使用京都大学复杂研究所的FFA加速器进行了对去年检查的琼脂幻象进行的质子辐照实验。当使用超声凝胶直接将超声检测器直接耦合到幻影时，测量值不稳定（可能是由于偶尔偶尔会偶尔会发生变化的检测器的环境温度的变化），因此将琼脂塑造成包括检测器，并以低温效果进行测量，以便低于温度的效果。此外，在该实验中，由于检测器的位置精度变得非常重要，因此我们决定使用3D打印机制作一个带有指南和塞子的容器，然后将整个检测器放入上述琼脂中。这项研究使用同时在多个位置检测到的超声波来识别该范围，但是发现最初假定的方法（多边方法）可能不足，因为在特定测量位置混合了来自Bragg峰以外的其他剂量分布的声波。因此，我们使用灵敏度矩阵分别开发了一种方法，并分析了它，因此，我们成功地捕获了Bragg峰位置，几乎在亚毫米表中，我们计划继续使用此方法来分析它。

项目成果

Range verification of pulsed proton beams using ionoacoustics

使用离子声学验证脉冲质子束的范围

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Sueyasu;Y. Nakamura;Y. Sakuyama;T. Takayanagi;K;Miyazaki M. Kobayashi;Y. Yamauchi;N. Koshizaki;S. Tomioka;T. Matsuura;松浦妙子;Taeko Matsuura
• 通讯作者: Taeko Matsuura

Miniature Optical Hydrophone for Detecting Proton Beam Range at Clinical Dose: An Initial Study

用于检测临床剂量质子束范围的微型光学水听器：初步研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Shota Sueyasu;Yuhei Sakuyama;Koichi Miyazaki;Mehmet Burcin Unlu; Yasutoshi Kuriyama;Yoshihiro Ishi;Tomonori Uesugi; Masayuki Fujii;Masanori Kobayashi;Nobuki Kudo;Ye Chen;Taeko Matsuura
• 通讯作者: Taeko Matsuura

Ultrasonic waves to verify proton beam ranges in radiotherapy

超声波验证放射治疗中的质子束范围

• 发表时间: 2021
• 作者: S. Sueyasu;Y. Nakamura;Y. Sakuyama;T. Takayanagi;K;Miyazaki M. Kobayashi;Y. Yamauchi;N. Koshizaki;S. Tomioka;T. Matsuura;松浦妙子;Taeko Matsuura;Taeko Matsuura
• 通讯作者: Taeko Matsuura

Ionoacoustic application of an optical hydrophone to detect proton beam range in water.

光学水听器的离子声学应用来检测水中质子束的范围。

• DOI: 10.1002/mp.16189
• 发表时间: 2022
• 期刊: medical physics
• 影响因子: 3.8
• 作者: Shota Sueyasu;Taisuke Takayanagi;Koichi Miyazaki;Yasutoshi Kuriyama;Yoshihiro Ishi;Tomonori Uesugi;Mehmet Burcin Unlu;Nobuki Kudo;Ye Chen;Koki Kasamatsu;Masayuki Fujii;Masanori Kobayashi;Wolfgang Rohringer;Taeko Matsuura
• 通讯作者: Taeko Matsuura

Technical Note: Range verification of pulsed proton beams from fixed‐field alternating gradient accelerator by means of time‐of‐flight measurement of ionoacoustic waves

技术资料：通过离子声波的飞行时间测量来验证来自固定场交变梯度加速器的脉冲质子束的范围

• DOI: 10.1002/mp.15060
• 发表时间: 2021
• 期刊: Medical Physics
• 影响因子: 3.8
• 作者: Nakamura Yuta;Takayanagi Taisuke;Uesaka Tomoki;Unlu Mehmet Burcin;Kuriyama Yasutoshi;Ishi Yoshihiro;Uesugi Tomonori;Kobayashi Masanori;Kudo Nobuki;Tanaka Sodai;Umegaki Kikuo;Tomioka Satoshi;Matsuura Taeko
• 通讯作者: Matsuura Taeko