Radiological characteristics of MRI-based VIP polymer gel under carbon beam irradiation

炭素線照射におけるMRIを基にしたVIPポリマーゲル放射線特性の研究

前山 拓哉*; 福西 暢尚*; 石川 顕一*; 古田 琢哉   ; 深作 和明*; 高木 周*; 野田 茂穂*; 姫野 龍太郎*; 福田 茂一*

Maeyama, Takuya*; Fukunishi, Nobuhisa*; Ishikawa, Kenichi*; Furuta, Takuya; Fukasaku, Kazuaki*; Takagi, Shu*; Noda, Shigeho*; Himeno, Ryutaro*; Fukuda, Shigekazu*

粒子線治療で正常組織への不要な照射を避けるため、照射による三次元線量分布の正確な測定の重要性が増している。そこで、代表的なゲル線量計であるVIPポリマーゲル線量計について、炭素線照射による三次元線量分布の測定への適用性を調べた。ゲル線量計は放射線照射後のMRI分析で線量分布を読み出すことができるが、線量とMRIシグナルの比例関係は線量に寄与する放射線の線エネルギー付与(LET)により変化する。本研究でも、炭素線のLETのエネルギー依存性から、ブラッグピークのようにエネルギーが大きく変化する場合、MRI分析の結果から線量分布へ単純に変換できないことを確認した。さらに、入射エネルギーが違う場合、同じ線量平均LETを持つブラッグピークの深さでも、線量とMRIシグナルとの関係が異なることが分かった。これは核反応で生じる二次粒子の寄与によるものであり、本研究により、線量とMRIシグナルの関係付けにおいて、先行研究で示された線量平均LETを指標とするのではなく、線量に寄与する各粒子のLETに着目する必要があることを解明した。また、この関係を用いることで、実測で得られるMRIシグナル分布をPHITSコードにより、再現できることを示した。

We study the radiological characteristics of VIP polymer gel dosimeters under carbon beam irradiation with energy of 135 and 290 AMeV. To evaluate dose response of VIP polymer gels, the transverse relaxation rate R2 of the dosimeters measured by magnetic resonance imaging (MRI) as a function of linear energy transfer (LET), rather than penetration depth, as is usually done in previous reports. LET is evaluated by use of the particle transport simulation code PHITS. Our results reveal that the dose response decreases with increasing dose-averaged LET and that the response-LET relation also varies with incident carbon beam energy. The latter can be explained by taking into account the contribution from fragmentation products. Furthermore, as an application of the evaluated response-LET relation, we compare the measured and simulated R2 distribution in a VIP gel formed by heterogeneous irradiation and obtain agreement in overall distribution and range within an accuracy of 5% and 1-2 mm, respectively.