Dose coefficients for external exposures to environmental sources

Petoussi-Henss, N.*; 佐藤 大樹; 遠藤 章; Eckerman, K. F.*; Bolch, W. E.*; Hunt, J.*; Jansen, J. T. M.*; Kim, C. H.*; Lee, C.*; 斎藤 公明; et al.

Annals of the ICRP, 49(2), p.11 - 145, 2020/10

https://doi.org/10.1177/0146645320906277

環境に分布する放射性核種からの外部被ばくに対する公衆の線量評価では、公衆を構成する各年齢における代表人の臓器線量および実効線量への換算に利用可能な線量係数の整備が重要となる。この目的のため、原子力機構では大気、土壌、水に分布する光子および電子放出線源による環境放射線場を汎用粒子輸送計算コードPHITSにより解析する手法を開発し、ICRPから提供された新生児、1歳、5歳、10歳、15歳および成人男女の人体数値模型を用いて臓器線量係数を評価した。さらに、Hanyang大学より提供された皮膚線量データおよびICRPの核種崩壊データを用いて、放射性核種毎の実効線量係数を評価した。整備した線量係数は、福島第一原子力発電所事故後の長期に渡った線量評価をはじめ、放射性核種の環境への流出による外部被ばく線量評価に利用可能である。

PARaDIM; A PHITS-based Monte Carlo tool for internal dosimetry with tetrahedral mesh computational phantoms

Carter, L. M.*; Crawford, T. M.*; 佐藤 達彦; 古田 琢哉; Choi, C.*; Kim, C. H.*; Brown, J. L.*; Bolch, W. E.*; Zanzonico, P. B.*; Lewis, J. S.*

Journal of Nuclear Medicine, 60(12), p.1802 - 1811, 2019/12

https://doi.org/10.2967/jnumed.119.229013

従来の内部被ばく研究では、CT画像などに基づき構築したボクセル人体ファントムを適用し、線量評価データを解析することが一般的であった。しかし、皮膚や膜状組織などをより精密に表現できるポリゴンメッシュ人体ファントムの開発が進められており、内部被ばく研究でもこのファントムを用いた評価が要求されている。しかし、モンテカルロ放射線輸送計算コードにこのファントムを取り込んで計算を行うことは、コードに精通していない場合は難しい現状となっている。そこで、PHITSの使い方に関する詳しい知識を持たないユーザーでも、このファントムを用いた内部被ばく線量計算が簡単にできるツールPARaDIMを開発した。このツールでは、グラフィカルインターフェースにより、使用する四面体メッシュファントムの選択や臓器毎の放射性核種の設定、そしてPHITSの実行が操作できる。このツールを用いた実行例をいくつか示し、先行研究との比較を行うことで、本ツールの有用性を確認した。

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

https://doi.org/10.1088/1361-6498/ab2bcb

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。

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 & Biology, 63(10), p.105017_1 - 105017_13, 2018/05

https://doi.org/10.1088/1361-6560/aab955

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。

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 & Biology, 62(12), p.4798 - 4810, 2017/06

https://doi.org/10.1088/1361-6560/aa6b45

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。

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

https://doi.org/10.1093/rpd/nct304

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。

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, 0.5g/cm, 2.5g/cm, 5.0g/cm及び10.0g/cm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。

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。

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。

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。