Validation of the physical and RBE-weighted dose estimator based on PHITS coupled with a microdosimetric kinetic model for proton therapy

陽子線治療に対するPHITSとマイクロドジメトリ運動学モデルに基づくRBE加重線量計算手法の検証

高田 健太*; 佐藤 達彦   ; 熊田 博明*; 纐纈 純一*; 武居 秀行*; 櫻井 英幸*; 榮 武二*

Takada, Kenta*; Sato, Tatsuhiko; Kumada, Hiroaki*; Koketsu, Junichi*; Takei, Hideyuki*; Sakurai, Hideyuki*; Sakae, Takeji*

陽子線や炭素線治療などの治療計画では、物理線量のみならず生物学的効果比(RBE)を考慮したRBE加重線量を評価する必要がある。本研究では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSとマイクロドジメトリ運動学モデル(MKM)を組み合わせたRBE加重線量計算手法の精度検証を陽子線治療に対して実施した。その目的のため、筑波大学陽子線治療センターのビームラインを詳細に模擬した幾何形状をPHITS内で構築し、155MeV陽子の単色ビームと拡大ブラッグピーク(SOBP)ビームに対する物理線量及びRBE加重線量を計算した。計算値と過去における測定値を比較した結果、物理線量及びRBE加重線量に対して最大でそれぞれ3.2%及び15%程度の過大評価が見られるものの、両者は概ねよく一致することが分かった。この成果により、PHITSとMKMを組み合わせたRBE加重線量計算手法が陽子線治療に対しても十分な精度を有することが実証され、様々な放射線治療法の治療計画において本手法が有用となることが示された。

Evaluation of the relative biological effectiveness (RBE)-weighted dose is indispensable in the treatment planning of proton and carbon ion therapies. In this study, we validate the RBE-weighted dose calculated by microdosimetric kinetic model (MKM) in tandem with the Monte Carlo particle transport code PHITS for proton therapy using the full simulation geometry for the beam line of the Proton Medical Research Center at the University of Tsukuba. The physical dose and RBE-weighted dose on the central axis for a 155 MeV monoenergetic and spread-out Bragg peak beam of 60 mm width are evaluated by the method. The calculated results generally agree with the corresponding experimental data very well, though overestimations by approximately 3.2% and 15% at the maximum are observed for the physical and RBE-weighted doses, respectively. This research completes the computational microdosimetric approach based on a combination of PHITS and MKM for all types of radiotherapy that require RBE evaluations.