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論文

Estimation of relative biological effectiveness for boron neutron capture therapy using the PHITS code coupled with a microdosimetric kinetic model

堀口 洋徳*; 佐藤 達彦; 熊田 博明*; 山本 哲哉*; 榮 武二*

Journal of Radiation Research, 56(2), p.382 - 390, 2015/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.31(Biology)

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の治療計画のためには、ホウ素の中性子捕獲反応により生成する$$alpha$$粒子やLi原子核に対する細胞生存率の生物学的効果比(RBE)を評価する必要がある。しかし、BNCTによる線量は、$$alpha$$粒子やLi原子核のみならず、窒素の中性子捕獲反応により生成する0.54MeVの陽子、水素と中性子の弾性散乱で生成する連続エネルギースペクトルを持つ陽子、水素の中性子捕獲反応で生成する$$gamma$$線とその2次電子など、多様な放射線により構成される。そこで、これらすべての放射線照射に対する細胞生存率のRBEを統一のモデルで評価するため、PHITSとMKモデルを組合せた新たなBNCT用RBE評価モデルを構築した。構築したモデルは、試験管及び水ファントム内で照射したホウ素含有及び非含有細胞の生存率をよく再現可能であり、BNCTの生物学的線量評価の高度化に有用となることがわかった。

論文

Observation of the laser-induced surface dynamics using the single-shot soft X-ray laser probe

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 海堀 岳史; 守田 利昌; 佐々木 明; 寺川 康太*; et al.

X-Ray Lasers 2012; Springer Proceedings in Physics, Vol.147, p.117 - 120, 2014/00

 パーセンタイル:100

フェムト秒レーザーによるアブレーションダイナミクスは数値シミュレーションによる予測が多数されているが、観測が困難であるため実験的な解明が遅れている分野である。われわれはフェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブを用いた時間分解軟X線反射イメージング光学系を構築し、白金におけるアブレーションダイナミクスの観測を行った。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒レーザー光照射によって、スポット内の局所フルエンスの違いに起因した軟X線反射率の時間発展の違いを観測することに世界で初めて成功した。

論文

軟X線レーザー干渉計と反射率計を用いたフェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスの計測

錦野 将元; 長谷川 登; 石野 雅彦; 山極 満; 河内 哲哉; 南 康夫*; 寺川 康太*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 末元 徹; et al.

JAEA-Conf 2013-001, p.16 - 19, 2013/09

フェムト秒レーザーアブレーションに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。そこでプラズマ励起軟X線レーザーによる軟X線干渉計を用いたアブレーションフロントの膨張過程の観測、及び軟X反射率計測からアブレーションフロントの表面状態について研究を開始した。特に、ガウス型の強度分布を持ったポンプ光を用いることで、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることを試みている。反射率計測の結果からは、局所照射フルエンスに対して閾値特性を持ったアブレーションダイナミクスの変化が計測されている。しかし、これまでに干渉計測と反射率計測を併せたアブレーションダイナミクスの検討は十分に行えていなかった。本研究では系統的な計測時間やポンプレーザー照射強度における軟X線干渉計測と軟X線反射率計測の結果を比較し検討を行う。

論文

Experimental verification of femtosecond laser ablation schemes by time-resolved soft X-ray reflective imaging

富田 卓朗*; 山本 稔*; 長谷川 登; 寺川 康太*; 南 康夫*; 錦野 将元; 石野 雅彦; 海堀 岳史*; 越智 義浩; 河内 哲哉; et al.

Optics Express (Internet), 20(28), p.29329 - 29337, 2012/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:29.06(Optics)

軟X反射率計測からフェムト秒レーザーアブレーションにおけるアブレーションフロントの表面状態について計測を行った。軟X線レーザーとフェムト秒レーザーを用いたポンプ・プローブ計測手法を開発し、系統的な遅延時間における軟X線反射率の計測を行った。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒レーザー光(800nm)をポンプ光として用いることで、強励起,中励起,弱励起と照射強度を変化させた場合の軟X線反射率の時間変化を計測した結果、強励起領域においては、反射率がフェムト秒レーザー照射後、すぐに低下し、中励起領域においては強励起部分よりは遅い時間で反射率が低下し、最終的に160ピコ秒程度で反射率が最低になる。弱励起領域においては反射率の低下は計測されなかった。これらの結果より、フェムト秒レーザー照射の局所フルエンスに対して明確な閾値特性をもったアブレーションダイナミクスの変化が起こることを明らかにした。

論文

Development of the X-ray interferometer and the method of temporal synchronization of X-ray and optical pulse

長谷川 登; 山本 稔*; 寺川 康太*; 錦野 将元; 越智 義浩; 南 康夫*; 富田 卓朗*; 河内 哲哉; 末元 徹

AIP Conference Proceedings 1465, p.23 - 27, 2012/07

 パーセンタイル:100

「フェムト秒レーザー照射によるレーザーアブレーション」の初期過程の解明を目指し、「アブレーションしきい値近傍の照射強度領域における表面形状の過渡的な変化」の観測を行っている。固体表面を観測するのに適した波長を持つプラズマ軟X線レーザーをプローブ光源とした干渉計を開発し、これにポンプ光源としてチタンサファイアレーザーを組合せることで、「フェムト秒レーザー照射による金属表面のレーザーアブレーション」のナノメートル級の変位をピコ秒スケールの分解能で観測した。さらにX線レーザーとチタンサファイアレーザーの同期手法を改善し、同期精度を3ピコ秒以下に低減することに成功したので、これを報告する。

論文

The Analysis of boron micro-distribution in 9L gliosarmoma cells and HUVEC cells using PIXE and PIGE

遠藤 聖*; 柴田 靖*; 山本 哲哉*; 中井 啓*; 松村 明*; 佐藤 隆博; 横山 彰人; 江夏 昌志; 大久保 猛; 山崎 明義; et al.

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 86, 2012/01

Micro particle-induced X-ray emission (micro-PIXE) was applied to determine the inter- and intracellular distribution of boron-10 ($$^{10}$$B) in tumor cells. The peak $$^{10}$$B atom measurement was large on the measurement spectrum in comparison to the circumference background. It was possible to confirm that $$^{10}$$B atoms were measured. But, the intracellular micro-distribution of boron could not be clearly detected in this analysis. Improvements are therefore necessary in the technical methods of cell fixation, while the micro-PIXE and PIGE analyzing system also needs to be further upgraded.

論文

Picosecond soft-X-ray laser interferometer for probing nanometer surface structure

越智 義浩; 寺川 康太*; 長谷川 登; 山本 稔*; 富田 卓朗*; 河内 哲哉; 南 康夫*; 錦野 将元; 今園 孝志; 石野 雅彦; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(1), p.016601_1 - 016601_3, 2012/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:47.92(Physics, Applied)

波長13.9nm,パルス幅7psの軟X線レーザーを用いたダブルロイズ型干渉計を開発し、深さ5nmの溝をシングルショットで撮像し、再生することに成功した。この干渉計の平面内、及び深さ方向の分解能はそれぞれ1.5$$mu$$m, 1nmよりも高く、固体表面におけるナノメートル級の過渡変位の診断への応用が期待される。

論文

Source development and novel applications of laser-driven plasma X-ray lasers in JAEA

河内 哲哉; 長谷川 登; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 岸本 牧; 越智 義浩; 田中 桃子; et al.

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.15 - 24, 2011/12

本講演では、原子力機構におけるレーザー駆動X線レーザーの光源開発及び利用研究に関する最新の成果を報告する。利用研究の対象は物質科学,レーザー加工,X線イメージング,生体細胞の放射線損傷等と多岐に渡っている。物質科学への応用に関しては、強誘電体の相転移直上での格子揺らぎの時間相関を初めて観測した。レーザー加工に関しては、短パルスレーザー照射時の試料表面電子融解現象をX線レーザー干渉計で観察した。軟X線回折イメージングに関しては、静止したサンプルの微細構造の観察結果とともに、将来的なポンププローブ観察への計画を紹介する。また、X線レーザーの集光性能を利用した細胞損傷効果の基礎実験では、DNAの2本鎖切断の観察結果とKeV領域のインコヒーレントX線照射の場合との比較を議論する。

論文

Development of the X-ray interferometer and the method of spatial and temporal synchronization of XRL and optical pulse

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 寺川 康太*; 富田 卓朗*; 山本 稔; 錦野 将元; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 今園 孝志; et al.

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.353 - 358, 2011/12

レーザー照射によるプリアブレーション過程の解明は、非熱的加工及び微細加工等の応用に対して重要である。われわれが開発したプラズマ軟X線レーザーは物質表面の微細構造の観測に適した短い波長(13.9nm)とダイナミクスの観測に適した短いパルス幅(7ps)を有する。本研究では、ナノスケールのダイナミクスを観測するために、軟X線レーザーを用いた干渉計の開発を行うとともに、軟X線レーザーと他のレーザーとの空間及び時間同期に関する研究を行った。ダブルロイズ反射鏡を用いることにより、深さ方向1nmの分解能を持つ干渉計の開発に成功した。空間同期に関しては、軟X線に感度を有するシンチレーターを用いることにより、50micron以下の精度でのアライメントを実現した。また時間同期に関しては、薄膜ターゲットを利用したプラズマゲートによるX線レーザーと他のレーザーとの時間同期に関する基礎実験を行ったので、これを報告する。

論文

Observation of the laser-induced surface dynamics by the single-shot X-ray laser interferometer

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 海堀 岳史; 佐々木 明; 寺川 康太*; 南 康夫*; et al.

Proceedings of SPIE, Vol.8140, p.81400G_1 - 81400G_8, 2011/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:11.47

「フェムト秒レーザー照射によるレーザーアブレーション」の初期過程の解明を目指し、「アブレーションしきい値近傍の照射強度領域における表面形状の過渡的な変化」の観測を行っている。固体表面を観測するのに適した波長を持つプラズマ軟X線レーザーをプローブ光源とした干渉計を開発し、「フェムト秒レーザー照射による金属表面のレーザーアブレーション」の初期過程におけるナノメートル級の変位をピコ秒スケールの分解能で観測することに成功した。本計測手法で計測されたレーザーパルス照射の数十ps後における変位量から、膨張面の内側においてバブル状の構造が形成されていることが示唆された。さらにX線レーザーとチタンサファイアレーザーの同期手法を改善し、同期精度を3ピコ秒以下に低減することに成功したので、これを報告する。

論文

Development of a specimen holder combined with ultra thin film laser plasma X-ray source for compact contact-type soft X-ray microscope to observe hydrated living biologocal cells

石野 雅彦; 加道 雅孝; 篠原 邦夫*; 山本 容正*; 平井 到*; 岸本 牧; 錦野 将元; 長谷川 登; 保 智己*; 安田 恵子*; et al.

Proceedings of SPIE Europe Optics + Optoelectronics 2011, Vol.8139, p.81390R_1 - 81390R_8, 2011/09

 パーセンタイル:100

金の極薄膜ターゲットは強力な「水の窓」領域の軟X線を発生することから、軟X線顕微鏡のプラズマX線光源として適している。薄膜ターゲット背面からの発光を用いることにより、光源と試料間の距離を短縮することが可能となり、結果として試料を照射する光量を増加させることができる。光源と試料ホルダを組合せることにより、簡便な顕微鏡を設計することも可能となる。また、試料ホルダと光源以外のいかなる光学素子も必要としないので、光量減少の原因となる要素を排除することもできる。われわれは金薄膜ターゲットを組み込んだ細胞用試料ホルダの開発を行い、これを用いて生きた細胞のX線像を撮影することに成功した。本研究で開発した光源一体型試料ホルダは、実験室サイズのコンパクト軟X線顕微鏡を開発するうえで、中心要素となると期待されている。

論文

Observation of femtosecond laser ablation process by using the soft X-ray laser interferometer

山本 稔; 長谷川 登; 寺川 康太*; 梅田 善文*; 富田 卓朗*; 越智 義浩; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 海堀 岳史; et al.

Proceedings of 12th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM 2011) (Internet), 4 Pages, 2011/06

フェムト秒レーザー照射によるアブレーションでは、ナノ秒レーザーや連続波のレーザーでは見られなかった現象が数多く報告されている。しかしながら、フェムト秒レーザーアブレーションは高速かつ不可逆な現象であるため、その過程を観察することは困難であり、メカニズムはほとんど理解されていない。そこで、われわれはピコ秒の時間分解能とナノメートルの深さ分解能を有する軟X線レーザー干渉計を用い、フェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスを観察した。結果、従来の可視光をプローブ光とする計測では困難であったピコ秒の時間スケールにおける過渡的な膨張過程を明らかにした。加えて、クレーター構造が形成される領域の外周部(低フルエンスレーザー照射領域)においても、ピコ秒の時間スケールで過渡的な膨張が起こっていることを明らかにした。本国際会議ではこれらの結果について議論を行う。

論文

Single-shot picosecond interferometry with one-nanometer resolution for dynamical surface morphology using a soft X-ray laser

末元 徹; 寺川 康太*; 越智 義浩; 富田 卓朗*; 山本 稔; 長谷川 登; 出来 真斗*; 南 康夫*; 河内 哲哉

Optics Express (Internet), 18(13), p.14114 - 14122, 2010/06

 被引用回数:30 パーセンタイル:15.19(Optics)

波長13.9nmのプラズマ軟X線レーザーを用い、ダブルロイズ鏡配置によるポンププローブ干渉計を構築した。テストパタンを用いて空間分解能を評価した結果、二次元平面内にて1.8ミクロン、深さ方向に1nmを達成した。本装置により、時間分解能7psにて固体表面におけるナノメートルスケールの動態をシングルショットで観測することが可能である。白金薄膜に70fsレーザーを照射した際の初期におけるアブレーション過程の観測に成功した。

論文

Development of JCDS, a computational dosimetry system at JAEA for boron neutron capture therapy

熊田 博明; 山本 和喜; 松村 明*; 山本 哲哉*; 中川 義信*

Journal of Physics; Conference Series, 74, p.021010_1 - 021010_7, 2007/00

原子力機構では、JRR-4で実施されているホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の臨床研究に不可欠な線量評価システム、JCDSを開発している。JCDSは、中性子照射によって患者に付与される線量をモンテカルロ計算によって評価し、最適な照射条件を導出できる治療計画用ソフトウェアである。JCDSによる評価方法は、医療画像データを用いて患者の3次元モデルを作成し、輸送計算可能なボクセルモデルに変換して、中性子,光子輸送モンテカルロ計算コード,MCNPでの計算を実行し、患部及び周辺組織の線量分布を求めるシステムである。最新のシステムはボクセルのサイズを2$$times$$2$$times$$2mm$$^{3}$$まで微細化することにより、線量評価精度を向上させている。また最近のがん診断技術であるPETの画像を活用し、腫瘍領域を適切に評価対象領域として抽出して評価することが可能となった。さらに現在、計算コードをMCNPからPHITSに変更しており、これによりBNCTだけでなく、陽子線治療,重粒子線治療に対する線量評価も実施できるように高度化している。本学会において、JCDSによる評価手法とその評価性能と、最新の技術開発について報告を行う。

論文

Failure patterns of high-grade glioma treated with BNCT

松田 真秀*; 山本 哲哉*; 中井 啓*; 遠藤 聖*; 熊田 博明; 影治 照喜*; 松村 明*

Proceedings of 12th International Congress on Neutron Capture Therapy (ICNCT-12), p.40 - 42, 2006/10

JRR-4を使って実施したBNCTの臨床研究において、線量分布と臨床反応を事後評価的に解析し、ハイグレードの悪性脳腫瘍12例(グレード4:7例,グレード3:5例)に対するBNCTの失敗形態を報告する。この12例のBNCT後の生存期間の中央値は19.8か月であった。局所的に再発しなかった症例は4例で、局所的に再発した症例は3例であった。局所再発及び遠隔転移再発した症例と比較し、非再発例は腫瘍領域の最低線量が高いことと関連している。この失敗例での解析から、GTVの最低線量で26Gy-Eq以上付与することで局部的再発を抑えることができる。

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。

報告書

医療照射中ホウ素濃度の推定法の検討とその誤差評価

柴田 靖*; 山本 和喜; 松村 明*; 山本 哲哉*; 堀 直彦; 岸 敏明; 熊田 博明; 阿久津 博義*; 安田 貢*; 中井 啓*; et al.

JAERI-Research 2005-009, 41 Pages, 2005/03

JAERI-Research-2005-009.pdf:1.99MB

ホウ素中性子捕捉療法において腫瘍及び正常組織への照射線量を正確に評価するためには照射中性子束と血液中ホウ素濃度の測定が必須であるが、中性子照射中に患者からの直接の採血をすることは困難である。したがって、初回手術時に少量のホウ素化合物BSHを投与し、経時的に血液中ホウ素濃度を測定する低量投与試験を行い、照射当日の濃度予測を行った。また、低量投与試験が行えない場合、照射当日のホウ素濃度測定のみで照射中のホウ素濃度が精度よく予測できる方法についても、Two compartment Modelを用いた方法を検討した。BSH末梢静脈内点滴投与後の血液中ホウ素濃度が予測の95%信頼区間に入っていれば、照射中の予測値と実測値の誤差は6%程度であった。投与後6または9時間後の血液中ホウ素濃度が予測の95%信頼区間に入っていない場合は、比率補正することにより誤差を12%程度に抑えることができた。また、Two compartment Modelを用いた予測方法では、最適な評価値に対して$$pm$$4.9%(標準偏差)の予測誤差で推定可能であった。これらの方法により、照射中の血液中ホウ素濃度は合理的に正確に予測可能であり、安全で効果的な治療を行うことができる。

論文

Combination of boron and gadolinium compounds for neutron capture therapy; An $$in Vitro$$ study

松村 明*; Zhang, T.*; 中井 啓*; 遠藤 聖*; 熊田 博明; 山本 哲哉*; 吉田 文代*; 櫻井 良憲*; 山本 和喜; 能勢 忠男*

Journal of Experimental and Clinical Cancer Research, 24(1), p.93 - 98, 2005/03

中性子捕捉療法においては、ホウ素化合物による治療効果はアルファ粒子によるものであるのに対し、ガドリニウム化合物はGd(n,$$gamma$$)反応による$$gamma$$線量の効果である。また、これらの化合物は腫瘍内への取り込み特性も異なっている。2つの化合物を混合したときの効果を調べるため、チャイニーズ・ハムスターのV79細胞を用いて、10B(BSH)を0, 5, 10, 15ppmと、ガドリニウム(Gd-BOPTA)を800, 1600, 2400, 3200, 4800ppmの組合せで取り込ませ、熱中性子ビームによる照射を行い細胞生存率を評価した。その結果、ホウ素化合物とガドリニウム化合物を最適な濃度割合で混合することによって治療効果を増強することができることが明らかとなった。ガドリニウム濃度が高すぎる場合、Gdの断面積が大きいために、ホウ素の中性子捕獲効果を減衰させてしまうと考えられる。

論文

Improvement of dose calculation accuracy for BNCT dosimetry by the multi-voxel method in JCDS

熊田 博明; 山本 和喜; 山本 哲哉*; 中井 啓*; 中川 義信*; 影治 照喜*; 松村 明*

Applied Radiation and Isotopes, 61(5), p.1045 - 1050, 2004/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:41.6(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

JRR-4で実施されているBNCTにおいて、各患者に付与される吸収線量を評価するために、原研ではJCDSを開発した。従来のJCDSでの線量計算方法は、頭部モデルを10$$times$$10$$times$$10mmメッシュに分割したモデル(ボクセルモデル)を作成して計算を実行する。このJCDSの線量計算精度を向上させるために、頭部モデルを5, 10, 20mmの数種類のボクセルを組合せたボクセルモデルを作成して計算を実行できるマルチボクセル手法を開発した。この計算精度を検証するため、ファントム実験値等との比較を行った。この検証結果によって、JCDSのマルチボクセル手法によって効率的に線量計算精度を向上させることができることを確認した。

論文

Enhancement of sodium borocaptate (BSH) uptake by tumor cells induced by glutathione depletion and its radiobiological effect

吉田 文代*; 松村 明*; 山本 哲哉*; 熊田 博明; 中井 啓*

Cancer Letters, 215(1), p.61 - 67, 2004/11

 被引用回数:13 パーセンタイル:74.05(Oncology)

BSHは、脳腫瘍に対するホウ素中性子捕捉療法において広く利用されているホウ素化合物である。しかしながら、腫瘍細胞への取り込みのメカニズムは十分にはわかっていない。われわれは、この化合物のメルカプト基部分を調査した。BSOによりグルタチオンの生成が抑制されると、腫瘍細胞へのBSHの取り込みが促進され、中性子照射による細胞破壊作用も強化された。また、BSHの取り込みの促進に伴い、$$gamma$$線照射による損傷は抑制された。これらの結果は、グルタチオンの枯渇はB(n,$$alpha$$)反応を促進させ、2次$$gamma$$線の発生を抑制する効果を示唆している。

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