Comparison between Monte Carlo simulation and measurement with a 3D polymer gel dosimeter for dose distributions in biological samples

生体物質中での線量分布に対するモンテカルロシミュレーションと三次元ポリマーゲル線量計を用いた実測との比較

古田 琢哉   ; 前山 拓哉*; 石川 顕一*; 福西 暢尚*; 深作 和明*; 高木 周*; 野田 茂穂*; 姫野 龍太郎*; 林 慎一郎*

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

現在の粒子線がん治療の治療計画に用いられている簡易的な線量解析では、軟組織と骨の境界等の不均質な領域で線量分布の再現性が低いことが知られており、より高精度なモンテカルロ計算による治療計画の実現が求められている。そこで、現状のモンテカルロ計算による線量解析で、治療に即した状況での精度を検証することを目的として、生体物質中での線量分布を実験により比較検証した。具体的には、生体物質として骨付き鶏肉を用意し、これを挿入した容器の背後にPAGATゲル線量計を配置し、炭素線ビームを前方から照射することで、不均質な生体物質を通り抜けた炭素線によってゲル線量計内に形成される複雑な線量分布の比較を行った。シミュレーションではCTイメージから再構成された生体物質を含む実験環境を模擬し、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて炭素線の輸送を計算することで、ゲル線量計内の線量分布を導出した。その結果、実験での炭素線の飛程端が作る複雑な線量分布の構造について、シミュレーションにより2mm程度の違いの範囲でよく再現できることを示した。

Low reproducibility of dose distribution in inhomogeneous regions such as soft matter near bones is known with the simple dose analysis currently adopted in treatment planning of particle cancer therapy. Therefore a treatment planning system based on Monte Carlo simulation having better accuracy is highly desired. In order to assess the simulation accuracy of a Monte Carlo simulation code in situations closely related to medical application, we performed a comparison of dose distribution in a biological sample obtained by experiment and that by simulation. In particular, we irradiate a carbon beam on a biological sample composed of fresh chicken meat and bones, with a PAGAT gel dosimeter placed behind it, and compare the complex dose distribution in the gel dosimeter created by the beam passing through the inhomogeneous sample. Monte Carlo simulation using PHITS code was conducted by reconstructing the biological sample from its computed tomography images. The simulation accurately reproduced the experimental distal edge structure of the dose distribution with an accuracy under about 2 mm.