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論文

Dosimetric dependence of ocular structures on eye size and shape for external radiation fields of electrons, photons, and neutrons

古田 琢哉; El Basha, D.*; Iyer, S. S. R.*; Correa Alfonso, C. M.*; Bolch, W. E.*

Journal of Radiological Protection, 39(3), p.825 - 837, 2019/09

人の眼球には多様性があるにもかかわらず、これまでの眼球に対する線量計算シミュレーションでは、ほぼ全ての研究で標準的な一つのモデルが採用されてきた。そこで、本研究では新たに開発した大きさ及び変形が可能な数値眼球モデルを利用し、モンテカルロ放射線輸送計算コードPHITSを用いて、標準的な照射場(AP, PA, RLAT, ROT等)での電子線,光子線および中性子線による眼球内組織の線量を計算した。ここでは、5種類(標準,大型,小型,近視形状型および遠視形状型)の極端な眼球モデルの計算結果の比較に基づき、組織の吸収線量への眼球の大きさや変形が与える影響を解析した。電子線では線量の集中性が高く、吸収線量は眼球表面からの組織の深さに大きく依存して変化する。このため、眼球の大きさや変形に伴い、組織全体の深さ位置が変化することによる吸収線量への顕著な影響が見られた。これに対し、光子線や中性子線では電子線に比べて線量の集中性が弱いため、眼球の大きさや変形による影響が小さいことがわかった。

論文

Dosimetric impact of a new computational voxel phantom series for the Japanese atomic bomb survivors; Children and adults

Griffin, K.*; Paulbeck, C.*; Bolch, W.*; Cullings, H.*; Egbert, S.*; 船本 幸代*; 佐藤 達彦; 遠藤 章; Hertel, N.*; Lee, C.*

Radiation Research, 191(4), p.369 - 379, 2019/04

 パーセンタイル:100(Biology)

原爆生存者に対する被ばく線量評価は、幼児・小児・成人の3年齢群に対する幾何学形状人体ファントムを用いて実施されており、最新の結果はDS02レポートにまとめられている。しかし、幾何学形状ファントムは、人体の詳細な解剖学的特性を表現しておらず、また、年齢群も3つでは不十分との指摘があった。そこで、1945年の日本人体系を詳細に模擬した6年齢群に対するボクセル形状ファントムを開発し、解剖学的な違いが線量評価に与える影響を調査した。その結果、典型的な原爆被ばく条件に対して光子及び中性子による臓器吸収線量は最大でそれぞれ25%及び70%程度異なることが明らかとなった。本成果は、今後、原爆生存者に対する線量再評価を行う際に役立つと考えられる。

論文

A Scalable and deformable stylized model of the adult human eye for radiation dose assessment

El Basha, D.*; 古田 琢哉; Iyer, S. S. R.*; Bolch, W. E.*

Physics in Medicine and Biology, 63(10), p.105017_1 - 105017_13, 2018/05

 パーセンタイル:100(Engineering, Biomedical)

眼の水晶体に対する年間線量限度の推奨値の引き下げが国際放射線防護委員会より発表されて以降、眼の詳細構造に対する線量予測システムの構築に関心が高まっている。これを受けて線量評価に用いる詳細な数値眼球モデルがいくつか開発されたが、いずれのモデルも典型的な球形・通常サイズの正常視眼球モデルであった。そこで、サイズおよび形状の変更が可能で放射線被ばく及び眼疾患の放射線治療のシミュレーションに使用できる解析関数眼球モデルを開発した。この眼球モデルを利用したシミュレーションの一例として、前方照射条件での電子および光子の放射線輸送計算を実行し、入射エネルギーを変化させた場合の眼球内詳細構造に対する線量応答を調べた。前方照射条件のため、各構造の深さ位置が重要で、眼球サイズが大きい場合や近視のために眼球が扁長変形を持つ場合は、通常サイズの正視の場合に比べて各構造が深い位置にずれるため、エネルギー応答が少し高エネルギー側にシフトする傾向があることがわかった。

論文

Simulation study of personal dose equivalent for external exposure to radioactive cesium distributed in soil

佐藤 大樹; 古田 琢哉; 高橋 史明; Lee, C.*; Bolch, W. E.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 54(9), p.1018 - 1027, 2017/09

福島第一原子力発電所事故で土壌に沈着した放射性セシウム($$^{134}$$Cs及び$$^{137}$$Cs)による外部被ばくに対する公衆の放射線安全性を確保するため、新生児, 1歳, 5歳, 10歳, 15歳及び成人が装着した個人線量計でモニタされる個人線量当量を、放射線輸送計算コードPHITSを用いて解析した。放射性セシウムは土壌中の特定の深さ(0.0, 0.5, 2.5, 5.0, 10.0及び50.0g/cm$$^2$$)に平板一様分布しているとし、各年齢の人体は精密人体数値模型により再現した。年齢別の個人線量当量の解析結果から、年齢が小さいほど個人線量当量の値が大きくなることが分かった。しかし、汚染環境中においても実用量である個人線量当量は防護量である実効線量をよく代表することと、地上100cm高さの周辺線量当量の値を超えないことが明らかになった。また、体積分布した線源に対する個人線量当量を導出する加重積分法により、福島で観測された指数分布線源による個人線量当量を解析したところ、解析値は福島で成人男性が装着した個人線量計により取得された実測値とよい一致を示した。

論文

Implementation of tetrahedral-mesh geometry in Monte Carlo radiation transport code PHITS

古田 琢哉; 佐藤 達彦; Han, M. C.*; Yeom, Y. S.*; Kim, C. H.*; Brown, J. L.*; Bolch, W. E.*

Physics in Medicine and Biology, 62(12), p.4798 - 4810, 2017/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:35.05(Engineering, Biomedical)

モンテカルロ輸送計算コードPHITSに、ポリゴン体系の一種である四面体メッシュ体系を利用できる機能を導入した。四面体メッシュは自由な形状を記述することに優れており、曲面を含む様々な複雑な体系を記述することができる。また、形式変換をすることでCAD等のソフトウェアを利用した三次元体系の設計も可能となった。本機能の導入に際し、初期段階で四面体メッシュ体系に対する分岐マップを準備し、輸送計算の計算時間を短縮する工夫を加えた。この工夫により、同数のメッシュ数であれば、ボクセルメッシュと同程度の計算時間で、四面体メッシュ体系の輸送計算を可能にした。四面体メッシュでは、異なるサイズおよび形状の四面体を組み合わせることで、より少ないメッシュ数で人体ファントム等の複雑体系を表現できる。人体ファントムに対する線量計算では、四面体メッシュを採用することで、計算時間をボクセルメッシュの計算に比べて4倍短縮できることが分かった。

論文

Age-dependent dose conversion coefficients for external exposure to radioactive cesium in soil

佐藤 大樹; 古田 琢哉; 高橋 史明; 遠藤 章; Lee, C.*; Bolch, W. E.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(1), p.69 - 81, 2016/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:13.96(Nuclear Science & Technology)

福島第一原子力発電所事故により環境中の土壌に沈着した放射性セシウム($$^{134}$$Cs及び$$^{137}$$Cs)による公衆の外部被ばく線量を評価するため、新生児, 1歳, 5歳, 10歳, 15歳,成人に対して、放射性セシウムの土壌中放射能濃度から実効線量率を導出する換算係数を解析した。換算係数は、放射性セシウムが深さ0.0, 0.5, 2.5, 5.0, 10.0及び50.0g/cm$$^{2}$$で土壌中に一様分布していると仮定し、放射線輸送コードPHITSを用い、国際放射線防護委員会の1990年勧告及び2007年勧告の線量定義に従い計算した。その結果、土壌に分布した放射性セシウムからの実効線量率は年齢が若いほど高くなること、及び1990年勧告と2007年勧告に従った実効線量率の計算値は7%以内で一致することを明らかにした。また、実効線量率の値は、サーベイメータ等で測定されている周辺線量当量率の値を超えないことを示した。さらに、土壌中の放射性セシウムの多様な分布形状と一定期間滞在し続けた場合に対応して、実効線量率または積算実効線量への換算係数を導出する手法も開発した。本研究で整備した年齢依存の実効線量率及び積算実効線量への換算係数は、除染地域への帰還に向けた住民の線量評価に有効なものとなる。

論文

Overview of the ICRP/ICRU adult reference computational phantoms and dose conversion coefficients for external idealised exposures

遠藤 章; Petoussi-Henss, N.*; Zankl, M.*; Bolch, W. E.*; Eckerman, K. F.*; Hertel, N. E.*; Hunt, J. G.*; Pelliccioni, M.*; Schlattl, H.*; Menzel, H.-G.*

Radiation Protection Dosimetry, 161(1-4), p.11 - 16, 2014/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:73.24(Environmental Sciences)

国際放射線防護委員会(ICRP)は、放射線防護に関する基本勧告を見直し、2007年にICRP Publication 103として公開した。この勧告では、放射線防護量として用いられる等価線量及び実効線量における放射線加重係数,組織加重係数を改訂するとともに、臓器線量の計算に用いる標準計算ファントムを新たに採用した。これらの改訂を受けて、外部被ばく評価に用いる新しい換算係数のデータセットが、ICRP第2専門委員会タスクグループDOCALによって取りまとめられ、ICRP Publication 116として出版された。本発表は、標準計算ファントムを用いて、新たに整備された外部被ばくに対する線量換算係数についてレビューする。計算された換算係数を、現在使用されているICRP Publication 74の換算係数と比較し、両者の違いをもたらす原因、新しい線量換算係数が放射線モニタリングに及ぼす影響についても検討する。

論文

ICRP Publication 116; The First ICRP/ICRU application of the male and female adult reference computational phantoms

Petoussi-Henss, N.*; Bolch, W. E.*; Eckerman, K. F.*; 遠藤 章; Hertel, N.*; Hunt, J.*; Menzel, H. G.*; Pelliccioni, M.*; Schlattl, H.*; Zankl, M.*

Physics in Medicine and Biology, 59(18), p.5209 - 5224, 2014/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.83(Engineering, Biomedical)

様々な放射線による外部被ばくに対して、フルエンスあたりの臓器吸収線量、実効線量の換算係数データ集ICRP Publication 116(ICRP116); "外部放射線被ばくに対する放射線防護量のための換算係数"を取りまとめた。ICRP116はこれまで用いられてきたICRP74に置き換わるもので、放射線の種類及びエネルギー範囲を拡張したデータ集である。換算係数は、標準の成人男性及び女性を表したICRP/ICRUコンピュータファントムとファントム中における放射線の挙動を模擬するモンテカルロコードを用いて計算され、様々な方向からの平行ビーム、回転ビーム、等方照射等による全身の照射に対して提供されている。実効線量の換算係数を、放射線モニタリングに使われている実用量の換算係数と比較した結果、実用量は光子,中性子,電子に対して、ICRP74で考慮されていたエネルギー範囲においては実効線量の評価に適用できるが、それ以上のエネルギーでは実効線量を適切に評価できないことが分かった。

報告書

土壌に分布した放射性セシウムによる外部被ばく線量換算係数の計算

佐藤 大樹; 古田 琢哉; 高橋 史明; 遠藤 章; Lee, C.*; Bolch, W. E.*

JAEA-Research 2014-017, 25 Pages, 2014/08

JAEA-Research-2014-017.pdf:15.8MB

福島第一原子力発電所事故により、土壌に広範囲にわたって沈着した放射性セシウムがもたらす外部被ばくによる公衆の実効線量の評価に必要な線量換算係数を解析した。モンテカルロ法に基づく3次元放射線輸送コードPHITSを用いて、Cs-134及びCs-137が土壌中0.0g/cm$$^{2}$$, 0.5g/cm$$^{2}$$, 2.5g/cm$$^{2}$$, 5.0g/cm$$^{2}$$及び10.0g/cm$$^{2}$$のいずれかの深さに一様平板分布している条件で線量解析を進め、新生児, 1歳, 5歳, 10歳, 15歳及び成人の換算係数データを整備した。また、放射性セシウムが沈着した土壌上に1ヶ月, 1年または50年、滞在した場合の積算実効線量への換算係数も評価した。解析の結果、年齢が低くなるほど実効線量が大きくなることを示すとともに、全年齢の実効線量が、現在モニタリングされている地表面から高さ1mでの周辺線量当量H$$^{*}$$ (10)よりも小さいことを確認した。また、現行の放射線障害防止法関連法令の基礎となっている国際放射線防護委員会(ICRP)の1990年勧告と、将来導入が見込まれる2007年勧告で定義された評価法による実効線量では、大きな差異を生じなかった。この他、指数分布をはじめとした体積分布線源に対応した線量換算係数を導出する手法や、評価した換算係数データを今回の事故後の線量評価に適用するための手法を提案した。

論文

A Comparative study of space radiation organ doses and associated cancer risks using PHITS and HZETRN

Bahadori, A. A.*; 佐藤 達彦; Slaba, T. C.*; Shavers, M. R.*; Semones, E. J.*; Baalen, M. V.*; Bolch, W. E.*

Physics in Medicine and Biology, 58(20), p.7183 - 7207, 2013/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.36(Engineering, Biomedical)

NASAが宇宙放射線被ばく影響を評価する際に標準的に利用している1次元の決定論的コードHZETRNと、原子力機構が中心となって開発している3次元のモンテカルロ計算コードPHITSを用いて、宇宙放射線被ばくによる臓器線量を計算し、それに伴う発ガンリスクを比較した。両者の結果は概ね一致するものの、銀河宇宙線を模擬した特定の計算条件の場合には有意な差が見られることが分かった。この差は、両コードが採用する核反応モデルの違いに起因すると考えられる。本結果は、宇宙線被ばく線量評価の不確定性を議論する際、極めて重要となる。

口頭

環境に分布した放射性核種に対する外部被ばく線量換算係数の評価; 汚染土壌からの被ばく

佐藤 大樹; 遠藤 章; Bolch, W.*; Lee, C.*

no journal, , 

環境に分布した放射性核種による外部被ばく線量を評価するには、放射性核種の放射能濃度などの測定可能な量から実効線量などへの線量換算係数が必要である。本研究では、ICRP2007年勧告をはじめとした最新の知見を反映し、公衆を代表する複数の年齢(成人,15歳,10歳,5歳,1歳,新生児)を対象に外部被ばく線量換算係数の整備を進めている。今回の発表では、土壌の表面及び複数の深さに分布した放射性核種に対する線量換算係数について報告する。計算では、機構を中心に開発を進めている放射線輸送計算コードPHITSを用いて環境を模擬した大気と土壌からなる半無限体系を構築し、単色光子線源を土壌に定義して地表面近傍の放射線場を解析した。さらに、その放射線場に公衆を代表する年齢別の精密人体模型を配置し、放射線輸送計算から得られる実効線量のデータに対し、ICRP Publ.107の放射性核種崩壊データの光子エネルギーと放出率を適用することで、核種毎の線量換算係数を評価した。その結果、同一エネルギースペクトルの放射線場で身体が小さいと深部に位置する放射性感受性の高い臓器にも光子が到達しやすくなるため、年齢が低くなるにつれて実効線量が大きくなることを明らかにした。

口頭

WAZA-ARI2; Web-based CT dose calculator for Asian physiques

小野 孝二*; 佐藤 薫; 高橋 史明; 長谷川 隆幸*; 勝沼 泰*; 亀井 修*; 吉武 貴康*; 伴 信彦*; 遠藤 章; Lee, C.*; et al.

no journal, , 

原子力機構では、大分県立看護科学大学等との共同研究により、国内でのCT診断時の被ばく線量を正確に計算するため、WebシステムWAZA-ARIを開発し、平成24年12月より試験運用を開始した。WAZA-ARIでは、原子力機構が開発した平均的成人日本人男性(JM-103)及び女性(JF-103)ファントム、フロリダ大学が開発した4才女児ファントムを用いてPHITSコードにより計算した臓器線量データに基づき、患者の線量を評価できる。その後、想定されるニーズに対応するため、線量評価機能を拡張したWAZA-ARI2の開発を進めてきた。ここでは、成人日本人の臨床上の体型特性を考慮してJM-103及びJF-103を変形させることにより、3つの体型(小柄,大柄,特大)の男女ファントムを開発し、臓器線量の計算に利用した。また、フロリダ大学が開発した年齢別(0, 1, 5, 10, 15才)の男女ファントムについても同様に臓器線量を計算した。これらの臓器線量データをWAZA-ARI2へ格納することにより、様々な体型や年齢の患者に応じた線量計算が可能となった。特に、WAZA-ARI2はアジア人体型を考慮した成人ファントムに基づく臓器線量データにより被ばく線量を評価するため、アジアの国々でのCT撮影時の患者の被ばく線量評価に有用なツールとなり得る。

口頭

ICRP activities on dose coefficients for members of the public from external exposures to environmental sources

Petoussi-Henss, N.*; Bellamy, M.*; Bolch, W. E.*; Eckerman, K. F.*; 遠藤 章; Hertel, N.*; Hunt, J.*; Jansen, J.*; Kim, C. H.*; Lee, C.*; et al.

no journal, , 

国際放射線防護委員会(ICRP)第2専門委員会のタスクグループでは、環境線源による外部被ばくに対する公衆の実効線量および臓器線量係数の評価を進めている。本タスクグループにおいて、原子力機構は独自に開発した放射線輸送計算コードPHITSを用いた線量解析により協力している。計算は、環境を模擬した計算体系において、大気、土壌および水中に光子もしくは電子放出線源を分布させ、新生児, 1歳, 5歳, 10歳, 15歳および成人男女を表すICRPの標準人体模型を用いて実施した。得られた年齢別の実効線量および臓器線量の計算結果は、放射能濃度、周辺線量当量および空気カーマにより規格化され、最新の核種崩壊データに基づき環境に分布した放射性核種毎の線量係数として整備される。本タスクグループにおいて構築する線量係数のデータベースは、原子力施設での災害時の公衆に対する迅速な線量評価において極めて有益となる。

口頭

土壌に分布した放射性セシウムによる外部被ばくに対する個人線量当量のシミュレーション研究

佐藤 大樹; 古田 琢哉; 高橋 史明; Bolch, W. E.*; Lee, C.*

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故による避難者の帰還に対して、原子力規制委員会は従来の空間線量率から推定される被ばく線量ではなく、個々人における線量の測定値に基づき安全管理すべきとする指針を示した。外部被ばくに対する個人モニタリングでは、適切に校正された線量計を身体に装着し、個人線量当量Hp(10)を測定する。よって、放射性セシウムが土壌に沈着した環境で線量計が与える個人線量当量を解析し、規制値を与えている実効線量等との相関関係を明らかにすることは、帰還後の住民の被ばく線量管理において重要となる。本研究では、放射線輸送計算コードPHITSと新生児, 1歳, 5歳, 10歳, 15歳および成人を表す人体数値ファントムを用いて、土壌深さ0.0, 0.5, 2.5, 5.0, 10.0および50.0g/cm$${^2}$$に一様分布した放射性セシウムによる外部被ばくに対する年齢別の個人線量当量Hp(10)を解析した。得られた結果と先行研究(登録番号:AA20140701)において解析した実効線量との比較から、個人線量当量は実効線量をわずかに上回り、環境放射線場においても防護量である実効線量を合理的に評価できる実用量であることを示した。

口頭

A Computational method for voxel to polygon mesh conversion of anatomic computational human phantoms

Brown, J. L.*; 古田 琢哉; Bolch, W. E.*

no journal, , 

従来の線量評価研究では、ボクセル数値人体ファントムによるモンテカルロ放射線輸送計算が採用されてきた。しかし、近年のモンテカルロコードの進展により、ボクセル形式に比べて、個々の臓器や体表面等をより精緻に表現することができるポリゴンメッシュ数値人体ファントムの適用が可能になった。ボクセルファントムはCTやMRIの画像を基に多数作られてきたが、これらを活用するためにメッシュファントムに変換し、さらにメッシュ形式のモデルへ変換する技術の開発が望まれている。そこで、ボクセル数値人体ファントムに対して、臓器等の領域境界を判定し、正確なポリゴンメッシュへと変換するアルゴリズムを開発した。この変換で得られたポリゴン数値人体ファントムはモンテカルロ輸送計算で使用できるとともに、CADソフトを使った体系の可視化も可能である。

口頭

Development of a scalable and deformable stylized eye model and its application to the standard radiation exposure geometries

古田 琢哉; El Basha, D.*; Iyer, S. S. R.*; Correa Alfonso, C. M.*; Bolch, W. E.*

no journal, , 

国際防護委員会により水晶体への被ばく限度の推奨値の引き下げが2012年に勧告されて以降、眼球への線量評価への関心が高まり、その取り組みが進められている。その中で、数値眼球モデルをモンテカルロ放射線輸送計算コードと組み合わせて線量評価を行う研究が行われてきた。しかしながら、人の眼球には多様性がある一方で、ほぼ全ての研究では標準的な一つの眼球モデルが採用されてきた。そこで、本研究では大きさ及び変形が可能な数値眼球モデルを新たに開発し、これを用いて標準的照射場における眼球の大きさや形状の違いによる眼球内組織毎の吸収線量の変化を解析した。これにより、均一な照射場においては、眼球の大きさや形状の違いに伴う眼球内組織の深さ位置の変化によって、線量の変化を説明することが可能となった。

口頭

線量評価に用いるサイズおよび変形が可能な数値眼球モデルの開発

古田 琢哉; El Basha, D.*; Iyer, S. S. R.*; Correa Alfonso, C. M.*; Bolch, W. E.*

no journal, , 

国際放射線防護委員会(ICRP)により、2012年に水晶体への被ばく限度の推奨値の引き下げが勧告されて以降、眼球への線量評価への関心が高まり、数値眼球モデルをモンテカルロ放射線輸送計算コードと組み合わせて線量評価を行う研究が、国内外で数多く実施されてきた。しかしながら、人の眼球には多様性があるにもかかわらず、ほぼ全ての研究で標準的な一つの眼球モデルが採用されてきた。そこで、本研究では大きさ及び変形が可能な数値眼球モデルを新たに開発し、モンテカルロ放射線輸送計算コードPHITSへ実装した。標準的な照射場(正面から単色の均一放射線)で、電子線、光子線及び中性子線による眼球組織の吸収線量を解析したところ、眼球組織の深さ位置が眼球の大きさや形状により変化し、これが吸収線量への大きな影響要因となることがわかった。

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