Fetal and maternal atomic bomb survivor dosimetry using the J45 pregnant female phantom series; Considerations of the kneeling and lying posture with comparisons to the DS02 system

Domal, S. J.*; Correa-Alfonso, C. M.*; Paulbeck, C. J.*; Griffin, K. T.*; 佐藤 達彦; 船本 幸代*; Cullings, H. M.*; Egbert, S. D.*; 遠藤 章; Hertel, N. E.*; et al.

Health Physics, 125(4), p.245 - 259, 2023/10

https://doi.org/10.1097/HP.0000000000001710

原爆被爆者に対する線量評価は、大人・小児・幼児の3体の単純な数学ファントムに基づいて構築されたDS02システムが利用されており、妊婦や胎児に対する詳細な線量評価は行われていかなった。そこで、放射線影響研究所を中心とする日米共同研究チームは、最新の計算科学に基づいて1945年の日本人体型を再現した様々な人体模型(J45シリーズ)を開発し、より精度の高い線量評価を実施してきた。本研究では、様々な週齢の胎児・妊婦人体模型を用いて、その姿勢が被ばく線量に与える影響を検討した。その結果、妊婦の姿勢は、特に胎児の被ばく線量に大きな影響を与えることが分かった。

Japanese pediatric and adult atomic bomb survivor dosimetry; Potential improvements using the J45 phantom series and modern Monte Carlo transport

Griffin, K. T.*; 佐藤 達彦; 船本 幸代*; Chizhov, K.*; Domal, S.*; Paulbeck, C.*; Bolch, W.*; Cullings, H. M.*; Egbert, S. D.*; 遠藤 章; et al.

Radiation and Environmental Biophysics, 61(1), p.73 - 86, 2022/03

https://doi.org/10.1007/s00411-021-00946-2

原爆生存者に対する線量評価は、放射線被ばくリスクを評価する上で極めて重要となる。原子力機構,放射線影響研究所,フロリダ大学,米国がんセンターらで構成する研究チームは、これまで、1945年の日本人体型を反映した成人,小児及び胎児を含む妊婦の人体模型を作成し、前方照射や等方照射など理想的な照射条件に対してその臓器線量を評価してきた。本研究では、原爆線量評価システムDS02に含まれる現実的な20照射条件に対して、成人及び小児の臓器線量を詳細に評価した。その結果、全線量は、造血組織,結腸,胃壁に関しては、従来手法(DS92)と比較してそれぞれ20%, 20%、及び15%の違いがあることが分かった。また中性子線量だけに着目すると、最大で2倍程度の差があることが分かった。

Dosimetric impact of a new computational voxel phantom series for the Japanese atomic bomb survivors; Methodological improvements and organ dose response functions

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

Radiation Research, 194(4), p.390 - 402, 2020/10

https://doi.org/10.1667/RR15546.1

原爆生存者に対する被ばく線量評価は、幾何学形状人体ファントムと逆解きモンテカルロ放射線挙動解析計算コードを組み合わせて実施されており、その結果は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、逆解きモンテカルロ計算手法はPHITSなど最新のモンテカルロ放射線挙動解析手法と比べて精度が良くない問題点が指摘されていた。そこで、1945年の日本人体形を詳細に模擬したボクセル形状ファントムを開発し、最新版PHITSを用いてそのファントム内の臓器線量を評価した。また、その計算手法を用いて様々な照射条件に対する臓器線量の応答関数を作成し、DS02に格納された原爆生存者各人の被ばくシナリオに対して瞬時に臓器線量を推定する手法を構築した。構築した手法は、将来のDS02の改訂に利用することができる。

Organ and detriment-weighted dose rate coefficients for exposure to radionuclide-contaminated soil considering body morphometries that differ from reference conditions; Adults and children

Kofler, C.*; Domal, S.*; 佐藤 大樹; Dewji, S.*; Eckerman, K.*; Bolch, W. E.*

Radiation and Environmental Biophysics, 58(4), p.477 - 492, 2019/11

https://doi.org/10.1007/s00411-019-00812-2

現行の放射線防護における線量評価では、国際放射線防護委員会(ICRP)が定義する実効線量等を用いる。この実効線量は、ICRPが定義する各年齢の標準体型を模擬する人体模型により計算される臓器吸収線量から導出される。一方、標準体型から逸脱した個人を考慮した線量推定において、標準体型に基づく実効線量の適用の妥当性が議論されてきた。本研究では、標準体型以外の人体模型により、臓器線量を基本として実効線量と同様の手法で導出される損害加重線量を解析した。ここでは、土壌に沈着した放射性核種からの外部被ばく条件に対し、米国立健康統計学センターが報告する身長及び体重を網羅した351体の人体数値模型を適用した。また、ICRPが与える核種崩壊データベースから、33種類の核種を評価対象とした。その結果、環境での外部被ばくで問題となるSr, Sr, Cs及びIに対して、1歳児の実効線量と損害加重線量は5%以内で一致した。一方、年齢とともに、標準体型からの逸脱による実効線量と損害加重線量の差は大きくなり、成人では+15%から-40%の偏差を持つことが明らかになった。本データは、個人の体格特性に着目する線量再構築や疫学調査における線量推定の精度を向上させるものである。

Dosimetric impact of a new computational voxel phantom series for the Japanese atomic bomb survivors; Pregnant females

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

Radiation Research, 192(5), p.538 - 561, 2019/08

https://doi.org/10.1667/RR15394.1

妊婦及び胎児の原爆生存者に対する被ばく線量評価は、放射線影響の疫学研究の上で極めて重要となる。従来は、女性の子宮壁に対する線量を妊婦及び胎児の被ばく線量と仮定していたが、本研究では、最新の計算科学記述を用いて受胎8, 15, 25, 38週齢の胎児及び妊婦に対する詳細人体モデルを構築し、その被ばく線量を精度よく計算した。その結果、従来手法では、光子及び中性子前方照射に対して最大で12-16%及び44-54%被ばく線量を過大評価していたことが分かった。これらの結果は、今後、妊婦及び胎児に対する放射線感受性の疫学調査を実施する上で、極めて重要となる。

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。

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。