Verification of dose estimation of Auger electrons emitted from Cu-64 using a combination of FNTD measurements and Monte Carlo simulations

蛍光飛跡検出器とモンテカルロシミュレーションの組合せによるCu-64から放出されるオージェ電子の線量推定の検証

楠本 多聞*; 松谷 悠佑  ; 馬場 健太郎*; 小川原 亮*; Akselrod, M. S.*; Harrison, J.*; Fomenko, V.*; 甲斐 健師   ; 石川 正純*; 長谷川 純崇*; 小平 聡*

Kusumoto, Tamon*; Matsuya, Yusuke; Baba, Kentaro*; Ogawara, Ryo*; Akselrod, M. S.*; Harrison, J.*; Fomenko, V.*; Kai, Takeshi; Ishikawa, Masayori*; Hasegawa, Sumitaka*; Kodaira, Satoshi*

Cu-64を使用した放射線内用療法は、放出される低エネルギーオージェ電子によって腫瘍細胞にエネルギー付与を集中させる。先行研究では、Cu-64水溶液を蛍光固体飛跡検出器(FNTD)の表面に付着させることで、FNTD表面におけるオージェ電子のエネルギー付与の検出に成功した。一方、核種より放出される放射線にはベータ線や陽電子も含まれるため、オージェ電子の寄与率については不明瞭ある。本研究では、放射線粒子輸送計算コードPHITSならびにGEANT4を用いてFNTD内の深部線量分布を定量的に解析し、オージェ電子がもたらす空間線量分布について評価した。PHITSとGEANT4により計算された深部線量分布はほぼ等価であり、FNTDを用いた実測値と良い一致を示した。一方で、Cu-64線源から放出されるオージェ電子を無視したPHITSの計算結果では、FNTD表面近くで実測により確認されたエネルギー付与を適切に再現することができなかった。この結果より、オージェ電子がCu-64線源近傍の腫瘍細胞に高い殺傷効果を誘導し、線源から離れた正常細胞へのダメージを最小限に抑えることが証明された。

Internal radiation therapy with Cu-64 concentrates energy deposition in tumor cells by virtue of released Auger electrons with low energy. In our previous study, we have attached the solutions at the surface of Fluorescent Nuclear Track Detector (FNTD) and succeeded in measuring the absorbed doses of Auger electrons registered in FNTD. However, because there are several types of radiation emitted from the source, i.e., beta rays, positron etc., the contribution degree of Auger electron to energy concentration remain uncertain. In this study, we quantitatively analyzed the spatial dose distribution in the FNTD based on Monte Carlo simulation with PHITS and GEANT4, and evaluated high dose deposited by Auger electrons. The dose distribution calculated by the PHITS code is exactly equivalent to that by Geant4. Also, the simulations are well agreement with experimental results. If the contribution of Auger electrons is ignored, the significantly high absorbed dose proximal to the source is not properly reduced. These findings demonstrate that Auger electrons work very effectively to kill cancer cells proximal to Cu-64 source while minimizing damage effects on normal cells distal to the source.