MRリニアック放射線治療における物理的および生物学的影響を評価するための電子線のモンテカルロ飛跡構造シミュレーション

Monte Carlo track-structure simulation of electrons for evaluating physical and biological impacts in MR Linac radiotherapy

松谷 悠佑  ; 谷内 淑恵*; 甲斐 健師   

Matsuya, Yusuke; Yachi, Yoshie*; Kai, Takeshi

リニアック加速器とMRIを組み合わせたMRリニアック放射線治療は、リアルタイム画像診断時に正常軟部組織と固形腫瘍のコントラストを高めることができる。電子線などの荷電粒子の飛跡構造は磁場中のローレンツ力によって変化するが、磁場中での照射が生物学的効果(特に、初期のDNA損傷発生数)に与える影響は不明である。我々はこれまで、放射線輸送計算コードPHITSに、電離や励起といった個々の相互作用を再現する電子線飛跡構造モード(PHITS-ETSモデル)と、電離や励起の空間パターンに基づくDNA損傷推定モデルを開発してきた。また、近年、PHITS-ETSモデルに磁場効果を考慮することで、磁場中の荷電粒子の物理的特性やそれによる生物影響の推定を可能にした。本発表では、磁場中の電子線の物理的特性(範囲と線量分布)とDNA損傷発生数(DNA二本鎖切断とその複雑さ)を示し、MRリニアック放射線治療計画の理論的立案法を提案する。

MR linac radiotherapy, which combines a linac accelerator and MRI, can enhance the contrast between normal soft tissues and solid tumors during real-time imaging. The track structure of charged particles such as electrons is altered by the Lorentz force in a magnetic field, but the biological effects (especially initial DNA damage yields) remain unclear. We have previously developed an electron track-structure model (PHITS-ETS model) that simulates each atomic interaction (e.g., ionization and excitation) and a DNA damage estimation model based on the spatial patterns in the PHITS code. In recent years, we have also made it possible to estimate the physical properties of charged particles in a magnetic field and the subsequent biological effects by considering the magnetic field effect in the PHITS-ETS model. In this presentation, we present the physical properties of electrons in a magnetic field (i.e., range and dose distribution) and the DNA damage yields (double-strand breaks and the complexity), and finally propose a theoretical method for planning MR linac radiotherapy.