Development of the DICOM-based Monte Carlo dose reconstruction system for a retrospective study on the secondary cancer risk in carbon ion radiotherapy

炭素線治療における二次発がんの遡及的研究に向けたDICOMベースのモンテカルロ線量再構築システムの開発

古田 琢哉   ; 古場 裕介*; 橋本 慎太郎  ; Chang, W.*; 米内 俊祐*; 松本 真之介*; 石川 諒尚*; 佐藤 達彦   

Furuta, Takuya; Koba, Yusuke*; Hashimoto, Shintaro; Chang, W.*; Yonai, Shunsuke*; Matsumoto, Shinnosuke*; Ishikawa, Akihisa*; Sato, Tatsuhiko

炭素線治療は従来の放射線治療よりも腫瘍部への線量集中性に関する優位性を持つが、二次的ながんの発生原因となり得る正常組織への照射を完全に無くすことは困難である。そのため、発がんリスクを照射炭素ビームの核反応によって生成される二次粒子による線量まで含めて評価するには、計算シミュレーション解析が有効となる。本研究では、PHITSコードを中核とした炭素線治療の線量再構築システムを開発した。このシステムでは、治療計画を記録したDICOMデータから自動でPHITSの入力ファイルを作成し、PHITSシミュレーションの実行によって腫瘍および周辺正常組織での線量分布を計算する。PHITSの様々な機能を利用することで、粒子毎の線量寄与や二次粒子の発生場所の特定など、詳細な解析が実施可能である。開発したシステムの妥当性は、水中での線量分布の実験結果や人体等価ファントムへの治療計画との比較により確認した。今後、本システムは量子科学技術研究開発機構において、過去の治療データを用いたシミュレーション解析による遡及的研究に利用される予定である。

Carbon ion radiotherapy has an advantage over conventional radiotherapy such that its superior dose concentration on the tumor helps to reduce unwanted dose to surrounding normal tissues. Nevertheless, a little dose to normal tissues, which is a potential risk of secondary cancer, is still unavoidable. The Monte Carlo simulation is a good candidate for the tool to assess secondary cancer risk, including the contributions of secondary particles produced by nuclear reactions. We therefore developed a new dose reconstruction system implementing PHITS as the engine. In this system, the PHITS input is automatically created from the DICOM data sets recorded in the treatment planning. The developed system was validated by comparing to experimental dose distribution in water and treatment plan on an anthropomorphic phantom. This system will be used for retrospective studies using the patient data in National Institute for Quantum and Science and Technology.