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．

FLASH放射治疗是一种超高剂量率照射方法，其使用的剂量率（约40Gy/s或更高）比常规放射治疗的剂量率高数百至数千倍。众所周知，在不改变抗肿瘤效果的情况下，可以显着抑制对正常组织的损伤，并且具有显着改变传统治疗方式的影响。在这项研究中，我们的目标是开发基于心电图的实时范围检测方法应用于超高剂量率质子束治疗的实际应用的基础技术，预计在未来几年内应用于临床。正在进行中。今年，我们使用京都大学研究所的FFA加速器对去年研究的琼脂模型进行了质子束照射实验。当使用超声波凝胶将超声波检测器直接耦合到体模时，测量不稳定（可能是由于检测器周围的温度不断变化），因此将琼脂模制成包围检测器，在温度转变的影响下进行测量。尽可能地压制。此外，由于检测器的位置精度在本实验中极其重要，因此我们决定使用 3D 打印机创建一个带有导向件和塞子的容器，并将整个检测器放入上述琼脂中。在本研究中，通过同时使用在多个点检测到的超声波波形来确定范围，但最初设想的方法（乘法法）不允许来自布拉格峰以外的剂量分布的声波混合在特定测量以外的位置因此，发现精度可能不够。因此，当我们单独开发一种使用灵敏度矩阵的方法并进行分析时，我们成功捕获了大约亚毫米尺度的布拉格峰值位置，因此我们计划继续使用该方法进行分析。

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