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論文

Multistep lattice-voxel method utilizing lattice function for Monte-Carlo treatment planning with pixel based voxel model

熊田 博明*; 斎藤 公明; 中村 剛実; 榮 武二*; 櫻井 英幸*; 松村 明*; 小野 公二*

Proceedings of 14th International Congress on Neutron Capture Therapy (ICNCT-14) (CD-ROM), p.238 - 241, 2010/10

In treatment planning for BNCT, Monte-Carlo method for the dose calculation is being generally applied. For JCDS-FX as a new treatment planning system, PHITS, a multi-purpose Monte-Carlo code has been employed to dose calculation. For the dose calculation for a human body, JCDS-FX can make a precise voxel model consisting of pixel based voxel cells like 0.4$$times$$0.4$$times$$2.0 mm$$^{3}$$ voxel in order to perform high-accuracy dose estimation. However, the miniaturization of the voxel size causes calculation time to increase. The aim of this study is to investigate sophisticated modeling method which can perform Monte-Carlo calculation for human geometry efficiently. Thus, we devised a new voxel modeling method "Multistep lattice-voxel method" which can configure a voxel model that combines different voxel sizes by utilizing the lattice function over and over. To verify the performance of the calculation with the modeling method, several calculations for human geometry were carried out. The verification results demonstrated that the Multistep lattice-voxel method enabled the precise voxel model to reduce calculation time substantially while keeping the high-accuracy dose estimation.

論文

Feasible evaluation of neutron capture therapy for hepatocellular carcinoma using selective enhancement of boron accumulation in tumour with intra-arterial administration of boron-entrapped water-in-oil-in-water emulsion

柳衛 宏宣*; 熊田 博明*; 中村 剛実; 東 秀史*; 生嶋 一朗*; 森下 保幸*; 篠原 厚子*; 藤原 光輝*; 鈴木 実*; 櫻井 良憲*; et al.

Proceedings of 14th International Congress on Neutron Capture Therapy (ICNCT-14) (CD-ROM), p.157 - 160, 2010/10

In the treatment of hepatocellular carcinoma (HCC), only 30 % patients can be operated due to complication of liver cirrhosis or multiple intrahepatic tumours. Tumour cell destruction in BNCT is necessary to accumulate a sufficient quantity of $$^{10}$$B atoms in tumour cells. In this study, we prepared BSH entrapped WOW emulsion by double emulsifying technique using iodized poppy-seed oil (IPSO), BSH and surfactant, for selective intra-arterial infusion to HCC, and performed the neutron dosimetry using CT scan imaging of HCC patient. The $$^{10}$$B concentrations in VX-2 tumour obtained by delivery with WOW emulsion was superior to those by conventional IPSO mix emulsion. In case of HCC, we performed the feasibility estimation of 3D construction of tumor according to the CT imaging of a patient with epithermal neutron mode at JRR-4. Normal liver biologically weighted dose is restricted to 4.9 Gy-Eq; the max., min. and mean tumour weighted dose are 43.1, 7.3, and 21.8 Gy-Eq, respectively, in 40 minutes irradiation. In this study, we show that $$^{10}$$B entrapped WOW emulsion could be applied to novel intra-arterial boron delivery carrier for BNCT.

論文

Recent advances in the biology of heavy-ion cancer therapy

浜田 信行*; 今岡 達彦*; 増永 慎一郎*; 尾方 俊至*; 岡安 隆一*; 高橋 昭久*; 加藤 宝光*; 小林 泰彦; 大西 武雄*; 小野 公二*; et al.

Journal of Radiation Research, 51(4), p.365 - 383, 2010/07

 被引用回数:97 パーセンタイル:8.16(Biology)

Superb biological effectiveness and dose conformity represent a rationale for heavy-ion therapy, which has thus far achieved good cancer controllability while sparing critical normal organs. Immediately after irradiation, heavy ions produce dense ionization along their trajectories, cause irreparable clustered DNA damage, and alter cellular ultrastructure. These ions, as a consequence, inactivate cells more effectively with less cell-cycle and oxygen dependence than conventional photons. The modes of heavy ion-induced cell death/inactivation include apoptosis, necrosis, autophagy, premature senescence, accelerated differentiation, delayed reproductive death of progeny cells, and bystander cell death. This paper briefly reviews the current knowledge of the biological aspects of heavy-ion therapy, with emphasis on the authors' recent findings. The topics include (1) repair mechanisms of heavy ion-induced DNA damage, (2) superior effects of heavy ions on radioresistant tumor cells (intratumor quiescent cell population, TP53-mutated and BCL2-overexpressing tumors), (3) novel capacity of heavy ions in suppressing cancer metastasis and neoangiogenesis, and (4) potential of heavy ions to induce secondary (especially breast) cancer.

論文

Successful BNCT for patients with cutaneous and mucosal melanomas; Report of 4 cases

森田 倫正*; 平塚 純一*; 桑原 千秋*; 粟飯原 輝人*; 小野 公二*; 福田 寛*; 熊田 博明; 原田 保*; 今城 吉成*

Proceedings of 12th International Congress on Neutron Capture Therapy (ICNCT-12), p.18 - 20, 2006/12

2003年から川崎医科大学の医療グループは、原子力機構のJRR-4と京都大学原子炉実験所のKURを用いてBNCTの臨床研究を開始している。われわれは踵の悪性黒色腫の患者2名、口腔粘膜の悪性黒色腫1例、膣の悪性黒色腫の患者1例、計4名に対してBNCTを実施した。2名に関しては正常組織に対して耐用線量を超えるダメージを経験したものの、すべての症例で数か月以内で治療できた。この結果は、BNCTが皮膚の悪性黒色腫だけでなく、粘膜の腫瘍に対しても治療効果が期待できることを示すものである。

論文

Development of a real-time thermal neutron monitor and its clinical application

石川 正純*; 小野 公二*; 松村 明*; 山本 哲哉*; 平塚 純一*; 宮武 伸一*; 加藤 逸郎*; 櫻井 良憲*; 古林 徹*; 熊田 博明; et al.

Proceedings of 12th International Congress on Neutron Capture Therapy (ICNCT-12), p.397 - 400, 2006/10

BNCTの臨床応用可能なSOF(Scintillator with Optical Fiber detector)と呼ばれる超小型熱中性子モニターを開発した。このSOFモニターを15例の実際のBNCTに適用し、BNCTへの適用性等の検証を行った。この検証結果から、従来型の2本の光ファイバを並べたプローブでは柔軟性が乏しく、実際の患者に適用するためにはフレキシビリティのあるプローブが必要であることがわかった。そこで2本の光ファイバを切り離して、検出器部分を対向状態で接続し、ループ状のプローブを開発した。これにより柔軟性が向上し、患者の任意の部位に的確かつ簡便に固定できるようになった。

論文

熱外中性子を用いた中性子捕捉療法のための基礎的・臨床的研究

能勢 忠男*; 松村 明*; 山本 哲哉*; 柴田 靖*; 吉田 文代*; 阿久津 博義*; 安田 貢*; 松下 明*; 中井 啓*; 山田 隆*; et al.

UTRCN-G-29, p.114 - 123, 2001/00

JRR-4は熱中性子ビーム(Thermal beam mode II; TNB-II)、熱及び熱外中性子の混合ビーム(Thermal beam mode I; TNB-I)並びに熱外中性子ビーム(Epithermal beam mode;ENB)を供給できるような新しく開発された研究用原子炉である。本報告はJRR-4のそれぞれのビームに対する基礎的放射線生物学的研究と熱及び熱外中性子の混合ビームを用いた術中ホウ素中性子捕捉療法のPhaseI/II Studyについて報告する。生物学的基礎研究において、ENBでは速中性子線量を減衰させながら、深部に熱中性子を補えることが細胞生存率曲線から明かとなった。また、2000年5月までに5名の患者に対してTNB-Iを用いた術中BNCTを実施した。外部照射と比較して、術中BNCTは皮膚反射とボイド効果のために高い治癒線量を与えることができる。

論文

Intraoperative boron neturon capture therapy for malignant gliomas; First clinical results of Tsukuba phase I/II trial using JAERI mixed thermal-epithermal beam

松村 明*; 山本 哲哉*; 柴田 靖*; 阿久津 博義*; 安田 貢*; 松下 明*; 中井 啓一*; 山田 隆*; 高野 晋吾*; 水谷 太郎*; et al.

Proceedings of 9th International Symposium on Neutron Capture Therapy for Cancer, p.29 - 30, 2000/10

1999年10月から新しいBNCT試験は術中BNCTの状態で混合熱-熱外ビームを用いてJRR-4医療照射設備で開始された。これまでに5名の患者はこの試験に参加した。最大表面B(n,$$alpha$$)線量は第一グループにおいて正常脳内10.4Gyと計画され、重大な障害がなければ13Gyへ10%の線量増加を行う。すべての患者は明白な腫瘍の可能性となく、1~7ヶ月間の観察中であるが存命している。しかし過剰線量を受けた放射線損傷の1例がある。ほかには軽い脳神経障害が2例観察された(1例は脳神経麻痺、1例は構語障害)。純熱ビームモードと比較するとIOBNCTでのTMIの強い浸透度と2次$$gamma$$線のために注意深く線量増加は計画されるべきである。(構語障害とは少し喋りづらい症状で、ろれつがまわりにくいようなものである。)

論文

Radiobiogical characterization of epithermal and mixed thermal-epithermal beams at JRR-4

山本 哲哉*; 松村 明*; 柴田 靖*; 能勢 忠男*; 山本 和喜; 熊田 博明; 堀 直彦; 鳥居 義也; 小野 公二*; 古林 徹*; et al.

Proceedings of 9th International Symposium on Neutron Capture Therapy for Cancer, p.205 - 206, 2000/10

JRR-4熱外中性子モード(ENB)及び熱中性子モード(TNB-I)に対するビーム特性は円筒水ファントム中の放射化検出器及びinvitro培養細胞を用いて評価された。細胞に$$^{10}$$B(5$$mu$$g/ml medium)を含む場合または含まない場合で照射された時、ENBに対する深さ細胞生存率曲線はUシェイプを見せた。10mm深さまたはそれ以降の深さでは、$$^{10}$$B添加細胞においてENBがTBN-Iより効果的であることがわかった。$$^{10}$$Bを添加または無添加で細胞照射が実施された時、ファントム表面でTNB-IはENBより効果的であった。ENBはTNB-Iと比較してより深い領域で熱中性子分布及び殺細胞効果が改善されることがわかった。今後、2次元及び3次元線量分布は評価されるべきである。

口頭

中性子捕捉療法の照射範囲にリング状ビームを照射する手法に対する患部周辺の熱中性子束分布特性の評価

熊田 博明; 山本 和喜; 小野 公二*

no journal, , 

JRR-4等で実施されているホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の臨床研究に対して、頭部表面のビーム入射面中央にリチウム6を含有する円盤(リチウム円盤)を配置して遮蔽し、ドーナツ状にビームを入射させて患部周辺の線量分布を改善する照射手法(中央遮蔽照射)が提案されている。この中央遮蔽照射によって生じる患部周辺の熱中性子分布の特性をファントム実験によって把握するとともに、円盤の形状等の条件を変更したときの分布変化をMCNPによるシミュレーションで評価し、適切な照射条件について検討する。評価結果から中央遮蔽照射によってがん細胞が存在するターゲット領域の深部領域への治療線量を増加できることを確認した。一方で中性子束の低下により照射時間が約1.5倍に増大してしまう。また、リチウム円盤を頭部近傍のビーム孔側に設置することで、患者側に取り付けたときと同様の線量分布を発生でき、かつ、照射中の患者の動きによって生じる線量分布の偏りを抑えることができる。本評価によって中央遮蔽照射による頭部内の熱中性子束分布の特性が明らかとなり、これをもとに平成17年からJRR-4でこの照射手法を適用したBNCTの臨床研究が開始された。

口頭

JRR-4における皮膚線量の低減と線量分布を改善する照射技術の検討

熊田 博明; 中村 剛実; 小野 公二*; 丸橋 晃*; 松村 明*

no journal, , 

JRR-4を用いてBNCTの臨床研究が実施されている。現在適用されているプロトコルでは、皮膚線量の上限で照射量が規定されることが多く、皮膚線量を低減することが課題となっている。これを踏まえ皮膚線量を低減する方法を検討した。また、JRR-4で発生するビームモードの中で未だ評価していないビームモードについて評価を行い、これらを組合せて線量分布の改善を図り、臨床研究に有効な照射条件を検討した。濃縮6Liを含有するLiFとテフロンからなる厚さ3mmの熱中性子フィルターをビーム孔手前に配置することで生体内の最大腫瘍線量を約10パーセント増加でき、さらに最大線量の発生場所を約5mm深部に移動させ、深さ5cmの位置で線量を約20パーセント増強できることを確認した。コリメータ内の黒鉛を取り外した条件では、最大腫瘍線量が約10パーセント増加することを確認した。さらに重水の厚さを従来の8cmから5cmに薄くすることで、生体内の熱中性子束を約40パーセント以上増加することができる。今後は最適な熱中性子フィルターを製作して特性測定を行い臨床研究への早期適用を図る。

口頭

乳癌局所再発に対する中性子補足療法の臨床研究に向けて

柳衛 宏宣*; 櫻井 良憲*; 熊田 博明; 仲 秀司*; 古谷 嘉隆*; 高本 眞一*; 小野 公二*; 高橋 浩之*

no journal, , 

再発乳がんに対するBNCTの臨床研究の実施に向けて、基礎データを集積するため乳房形成術に用いる乳腺ファントムを使用して中性子ビーム照射を行い、熱中性子線束の分布を測定して乳癌照射に関する考察を行った。照射実験は京都大学原子炉実験所のKURで実施し、ビームは臨床研究に用いている熱外中性子ビームを適用した。またこの実験体系をJRR-4にも適用してMCNPによる線量計算を実行した。さらに実際の医療画像データをもとにJCDSを用いて乳がんモデルを作成して線量計算を実行し、腫瘍及び周囲組織の線量を評価した。浸潤乳がん全体を照射するためにはホウ素濃度を維持しながら照射方向を検討する、もしくは肺の状態及び耐用線量を考慮して体表面から照射することが必要と考えられる。これらの評価結果を報告し、再発乳がんに対するBNCT適用のコンセンサスを得る。

口頭

最近のJRR-4におけるBNCTのための照射技術について

中村 剛実; 岸 敏明; 熊田 博明; 楠 剛; 松村 明*; 小野 公二*

no journal, , 

JRR-4で実施されたホウ素中性子捕捉療法の照射実績、並びに新しく整備した座位兼用照射台,患者の頭部を固定する台及び3次元デジタイザーによる患者の位置測定に関して報告する。当日の患者のセッティング位置が事前評価と若干異なる。平成19年の3次元デジタイザーで位置測定を行った症例を対象に患者セッティング精度が線量に与える影響について評価を行った。この結果より、3次元デジタイザーによる位置測定に基づき照射当日のセッティング条件を再現することにより事後評価の精度を向上することができる。

口頭

JRR-4での中性子捕捉療法の中性子照射技術,2; 熱中性子フィルタの開発と中性子強度を増加させる新しいビームモードの適用

熊田 博明; 中村 剛実; 櫻井 良憲*; 丸橋 晃*; 小野 公二*; 松村 明*

no journal, , 

BNCTが実施されているJRR-4の熱外中性子ビームは、混入する熱中性子の割合が高く、治療時に中性子ビームが入射する皮膚の線量が高くなってしまい、相対的に病巣に付与できる治療線量が制限されてしまっている。この混入する熱中性子を低減することによって線量分布を改善し、病巣への治療線量を増強させるため、ビーム孔手前に熱中性子をカットできるフィルターを配置して、生体内の線量分布を改善することを検討した。種々の評価解析から熱中性子フィルターを配置することで最大線量を10パーセント増加できるとともに、そのピーク位置を5mm深部に移動させ、さらに深さ5cmの位置での線量を20パーセント増加できることを確認した。一方この熱中性子フィルタを用いることで中性子ビーム強度が低下してしまう。そこで重水タンク内の重水厚さを従来の8cmから5cmに減少させ、中性子ビーム強度の増強を図った。このビームモードの変更と熱中性子フィルターを組合せて、照射時間を延長させることなく治療線量を増強する方法を検討した。

口頭

線量計算にPHITSを適用した汎用モンテカルロ粒子線治療計画システムの開発

熊田 博明; 中村 剛実; 松村 明*; 小野 公二*

no journal, , 

原子力機構ではこれまで、JRR-4でのBNCT実施に不可欠な治療計画システムJCDSを開発を行ってきた。最近のBNCTの臨床研究では、治療効果を向上させるためにBNCTの後に陽子線治療などを追加する集学的治療が行われている。また加速器を使って中性子を発生させて治療を実現する「加速器BNCT」の研究開発も進められている。これら最近のBNCT研究に対応するため、JCDSの技術をもとに新しい汎用モンテカルロ粒子線治療計画システムを開発している。この新しいシステムは、輸送計算コードとして中性子や光子だけでなく陽子線,重粒子線の輸送計算も可能なPHITSを適用している。さまざまな検証結果からPHITSによる線量計算は、従来のMCNPと同等の線量計算を実行できることを確認し、新しい治療計画システムがBNCTに適用できることを確認した。これを踏まえ実際のBNCTの臨床研究への早期適用を目指す。さらに陽子線照射に対する線量評価特性についても検証を行い、陽子線治療分野への適用を進める。この新しい治療計画システムの特徴と将来展望などを報告する。

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