マイクロドジメトリに基づく高エネルギー粒子線RBE計算手法の構築

Estimation of RBE for HZE particle based on a microdosimetric kinetic model

佐藤 達彦   ; 加瀬 優紀*; 渡辺 立子; 仁井田 浩二*

Sato, Tatsuhiko; Kase, Yuki*; Watanabe, Ritsuko; Niita, Koji*

粒子線治療や人類の宇宙長期滞在を計画する際、陽子や重イオンなど高エネルギー荷電粒子による生物効果比(RBE)を考慮した線量評価が必要となる。そこで、本研究では、巨視的な放射線挙動解析計算コードPHITSに微視的な計算コードTRACELの結果を組み込み、マクロ空間におけるy分布を計算する手法を世界で初めて構築した。そして、その改良したPHITSとマイクロドジメトリの知見を組合せ、さまざまな高エネルギー荷電粒子の混在するHIMACのSOBPビームで照射したHSG細胞の10%生存率に対するRBE値を計算し、測定値と比較した。その結果、計算は測定値を精度よく再現できることがわかり、その妥当性が証明された。PHITSは、ビーム上流や患者体内で発生する2次放射線のエネルギースペクトルを精度よく計算可能なため、この手法を用いれば、粒子線治療計画において、腫瘍細胞への治療効果と正常組織への副作用的な効果を、2次放射線による寄与を含めて同時に評価することが可能となる。発表では、構築した計算手法の詳細について説明するとともに、その手法を応用した今後の研究の展望について紹介する。

We improved the particle transport simulation code PHITS, providing it with the capability of estimating the microdosimetric PDs in a macroscopic framework, by incorporating a mathematical function that can instantaneously calculate the PDs around the trajectory of HZE particles with precision equivalent to a microscopic track-structure simulation. A new method for estimating biological dose, the product of physical dose and RBE, from charged-particle therapy was established, using the improved PHITS coupled with a microdosimetric kinetic model. The simulation technique established in this study will help to optimize the treatment planning of charged-particle therapy, thereby maximizing the therapeutic effect on tumor while minimizing unintended harmful effects on surrounding normal tissues.