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報告書

ホウ素中性子捕捉療法のためのICP発光分光分析法による血液中ホウ素濃度分析

堀口 洋徳; 山本 和喜; 岸 敏明; 大竹 真一*; 熊田 博明*

JAEA-Research 2009-015, 38 Pages, 2009/07

JAEA-Research-2009-015.pdf:7.61MB

研究炉JRR-4では、ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の臨床研究を行っている。その症例数は、悪性脳腫瘍だけでなく頭頸部癌や皮膚癌に対する適用の拡大により増加しており、1日に多数のBNCTを効率よく行うことが要求されている。BNCTは、患者に投与されたホウ素化合物中のホウ素($$^{10}$$B)と熱中性子との捕獲反応を利用しており、患者に付与する線量を決定するためには、血液中のホウ素濃度の測定が重要となる。現在は、即発$$gamma$$線分析(PGA)が血液中のホウ素濃度測定に用いられているが、原子炉を用いたPGAでは、1日に3回以上のBNCTに対応することができない。原子炉の運転に依存しない高精度な測定が必要であり、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP-AES)を用いた測定法の検討を行った。ICP-AESのホウ素標準試料にBSHを用いることにより、複雑な前処理を必要としない、安定した測定が可能となった。PGAを基準として求めた補正係数を用いることにより、目標精度である5%を満足した。これにより、1日に多数のBNCTに対応できる迅速な血液中のホウ素濃度測定法を確立した。

報告書

JRR-4利用設備(照射設備,中性子ビーム設備,プール設備)の特性測定

岸 敏明; 本橋 純; 山本 和喜; 熊田 博明; 鳥居 義也

JAEA-Technology 2008-054, 99 Pages, 2008/08

JAEA-Technology-2008-054.pdf:3.22MB

JRR-4は、燃料ウラン濃縮度低減化を目的として改造を実施した。この改造の中で利用設備については、簡易照射筒の孔径12cmのLパイプから孔径15cmのNパイプへ大型化した。気送管照射設備については、短寿命放射化分析ができるよう改造を行った。ウラン濃縮度低減化した初装荷炉心と平衡炉心におけるJRR-4利用設備の特性測定結果について報告するものである。簡易照射筒のSパイプ及びDパイプ,水力照射設備,気送管照射設備について、特性測定結果により、改造後のその性能は改造前とほぼ同等の性能であることを確認した。Nパイプの照射均一度については、5%以下を達成することができた。新設した中性子ビーム設備では、中性子束が最大2.2$$times$$10$$^{13}$$m$$^{-2}$$・s$$^{-1}$$であり、即発$$gamma$$線分析装置では、中性子束が1$$times$$10$$^{11}$$m$$^{-2}$$・s$$^{-1}$$であり、当初の設計目標を満足する値が得られた。これらは、医療照射,医療照射の基礎実験等を行うのに十分な性能である。

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

Current clinical results of the Tsukuba BNCT trial

山本 哲也*; 松村 明*; 中井 啓*; 柴田 靖*; 遠藤 聖*; 桜井 文雄; 岸 敏明; 熊田 博明; 山本 和喜; 鳥居 義也

Applied Radiation and Isotopes, 61(5), p.1089 - 1093, 2004/11

 被引用回数:36 パーセンタイル:7.34(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

高位のグリオーマの患者9症例に対して、原研JRR-4を使って混合熱-熱外中性子ビームを用いた術中ホウ素中性子捕捉療法(IOBNCT)を実施した。最大熱中性子束は、1.99$$sim$$2.77e+9(n/cm$$^{2}$$/s)であった。この研究における暫定的なサバイバルデータでは、生存期間の中央値は、悪性神経膠腫に対しては23.2か月、悪性星状細胞腫に対しては25.9か月という結果であり、これは他の放射線治療(追加の放射線治療を施す場合/施さない場合のそれぞれ)の結果と一致している。この結果をもとに熱外中性子ビームによるBSHを用いたIOBNCTの新たなプロトコールを計画することが可能となった。

論文

Calibration of epithermal neutron beam intensity for dosimetry at JRR-4

山本 和喜; 熊田 博明; 岸 敏明; 鳥居 義也; 櫻井 良憲*; 古林 徹*

Proceedings of 11th World Congress on Neutron Capture Therapy (ISNCT-11) (CD-ROM), 15 Pages, 2004/10

JRR-4において熱外中性子を用いたホウ素中性子捕捉療法を実施するために、熱外中性子ビーム強度を$$^{197}$$Auの共鳴吸収ピーク(4.9eV)で放射化される反応率を用いて測定した。原子炉出力補正係数及び計算/実験(C/E)スケーリング係数は実際の照射実験とシミュレーションとを合わせるために不可欠である。初めに、最適な検出器位置はMCNPコードを用いて求めた。MCNP計算の結果はコリメータから20cm以上の距離に置いた時、コリメータに置かれた被照射体の影響は1%未満になることを示した。したがって、われわれは3つの金線モニターをセットするためのホルダーをコリメータから約70cm離れたビスマスブロックの近傍に設置した。2つのスケーリング係数はファントム内の熱中性子束と金線モニターの反応率を測定する較正実験において決定された。熱外中性子ビーム強度の較正技術は熱外中性子の医療照射に応用された。

報告書

頭部モデルファントムの製作及びその脳表面熱中性子束分布測定(協力研究)

山本 和喜; 熊田 博明; 岸 敏明; 鳥居 義也; 遠藤 聖*; 山本 哲哉*; 松村 明*; 内山 順三; 能勢 忠男*

JAERI-Tech 2002-092, 23 Pages, 2002/12

JAERI-Tech-2002-092.pdf:5.22MB

現在の医療照射では金線によって熱中性子束を測定し線量を決定しているため、測定ポイントに限りがあり、照射後に任意の場所の線量評価を行うことができない。これらを補うために線量評価システム等による計算シミュレーションによって線量評価が行われている。本研究では実験による線量評価方法として、人の頭部に忠実な実体ファントムの製作、及び、実際の医療照射時のデータに基づいた照射実験を実施した。実験による線量評価手法の確立には人の頭部に忠実な実体ファントムの製作が重要であり、その製作には光造形技術(Rapid Prototyping Technique)を用いた。さらに、医療照射時の照射条件を模擬して、評価上重要である脳表面の熱中性子束分布を実体ファントムを用いて詳細に測定を行った。この実体ファントムによる実験的詳細評価手法は臨床照射条件にかなり近くすることができ、内部線量の直接測定はもちろんのこと、ファントムに細胞を入れることにより生物学的効果の測定にも利用できる。

論文

Simple estimation method of $$gamma$$-ray dose using low neutron-sensitive TLD (UD-170LS) for Intra-Operative Boron Neutron Capture Therapy (IOBNCT)

山本 和喜; 熊田 博明; 鳥居 義也; 岸 敏明; 山本 哲哉*; 松村 明*

Research and Development in Neutron Capture Therapy, p.499 - 503, 2002/09

術中ホウ素中性子捕捉療法(IOBNCT)での脳の最大$$gamma$$線線量を評価するために、本研究では、(1)低中性子感度TLDの開発,(2)各種コリメータサイズに対する捕獲$$gamma$$線分布の相関式,(3)IOBNCTへの適応のため最大$$gamma$$線線量の簡易評価相関式の導出を行った。TLDの熱中性子感度は、$$^{60}$$Co等価で、5.1$$pm$$0.8$$times$$10$$^{-14}$$($$^{60}$$Co-Gycm$$^{2}$$)であった。$$gamma$$線の予測値と実験値との平均偏差は、熱-熱外中性子混合ビームに対して$$pm$$8.5%であった。この簡易方法によって医療照射における$$gamma$$線線量の決定精度は改善される。

論文

Development of the multi-leaf collimator for neutron capture therapy

熊田 博明; 岸 敏明; 堀 直彦; 山本 和喜; 鳥居 義也

Research and Development in Neutron Capture Therapy, p.115 - 119, 2002/09

現在実施されている熱中性子ビームによるBNCTでは、患者頭部の照射領域外の正常組織に対する照射線量を抑えるため、濃縮リチウム入り熱可塑性プラスチック(リチウムヘルメット)をターゲット領域周辺に取り付け、照射領域を絞って照射を行っている。しかし、将来実施が期待されている熱外中性子ビームを用いたBNCTにおいては、このリチウムヘルメットでは熱外~高速中性子ビームに対して十分な遮へい効果が期待できないため、これに代わる技術が必要であった。そこで、ビーム孔部のコリメータを板厚6mm$$times$$幅108.5mm$$times$$奥行き60mmのフッ化リチウム入ポリエチレンのスライドを多数重ね合わせ(左右30枚ずつ)、任意のビーム孔形状を設定可能なマルチリーフコリメーターの開発を行った。このマルチリーフコリメータをBNCTに適用することにより、患部外の正常組織への線量を抑え、ターゲット領域に対して適切な線量を与えるBNCT照射の実施が可能となる。このマルチリーフコリメータの検証結果と性能について報告を行う。

論文

Comparison of dosimetry by the realistic patient head phantom and by the patient's brain, and the JCDS calculation; A Clinical dosimetry study

遠藤 聖*; 松村 明*; 山本 哲哉*; 能勢 忠男*; 山本 和喜; 熊田 博明; 岸 敏明; 鳥居 義也; 樫村 隆則*; 大竹 真一*

Research and Development in Neutron Capture Therapy, p.425 - 430, 2002/09

光造形技術を用いて、患者頭部の造形モデルとして写実的なファントムを製作した。この実体ファントムは将来的に線量計画システムの検証に寄与するものである。しかし、外科手術後の脳及び熱中性子遮へい材のモデル化に含まれる困難性のため、線量評価システム(JCDS:JAERI Computational Dosimetry System)を用いた計算,実体ファントム及びin vivo測定(医療照射)との間では十分な一致が見られなかった。幾つか課題があるものの、実体ファントムを用いた実験的シミュレーション技術は、術中BNCTに対してより確実な線量計画のための有効なツールである。

報告書

JRR-4熱外中性子ビームの${it in vitro}$生物学的効果; フリービーム条件並びにファントム条件での測定(協力研究)

山本 哲哉*; 山本 和喜; 松村 明*; 熊田 博明; 岸 敏明; 堀 直彦; 鳥居 義也; 堀口 洋二; 能勢 忠男*

JAERI-Research 2002-011, 56 Pages, 2002/05

JAERI-Research-2002-011.pdf:3.17MB

本研究では、JRR-4熱外中性子ビームに対する放射線生物学的評価によりその特性を明らかにし、熱外中性子ビームによる開頭BNCTに向けた課題と方向性について検討する。熱外中性子ビームについて、フリービーム条件と水ファントム条件での物理線量測定並びに${it in vitro}$生存率測定を行い、BNCTにおける各線量成分(速中性子線量,窒素線量,$$gamma$$線量,ホウ素線量)とそれぞれの生物学的効果比(RBE$$_{neutron}$$,RBE$$_{beam}$$,CBE$$_{boron}$$)を算出し、混合中性子ビーム及び従来の熱中性子線主体の熱中性子ビームと比較した。ホウ素線量に対する生物学的効果比CBE$$_{boron}$$では、ホウ素化合物による違いも検討に加えた。フリービーム条件では、$$^{10}$$B存在・非存在下の全ての細胞生存率測定において、同一物理線量に対して熱外中性子ビームで最も高い細胞致死効果を認めた。JRR-4熱外中性子ビーム,熱中性子ビームI、熱中性子ビームIIのそれぞれに対するビーム単独RBE$$_{beam}$$値は1.22$$pm$$0.16,1.23$$pm$$0.16,1.21$$pm$$0.16,RBE$$_{neutron}$$値は2.50$$pm$$0.32,2.34$$pm$$0.30,2.08$$pm$$0.28,CBE$$_{boron}$$値は3.99$$pm$$0.24,3.04$$pm$$0.19,1.43$$pm$$0.08であった。本研究で示したRBEの実験的決定法は異なるBNCT臨床研究間の中性子ビーム比較に応用できる。

報告書

腫瘍細胞を用いたJRR-4中性子ビームの評価(協力研究)

山本 和喜; 山本 哲哉*; 熊田 博明; 鳥居 義也; 岸 敏明; 松村 明*; 能勢 忠男*; 堀口 洋二

JAERI-Tech 2001-017, 38 Pages, 2001/03

JAERI-Tech-2001-017.pdf:2.5MB

中性子ビーム線質の効果を観察するために、筑波大学と協力して、放射線感受性の異なる2種類のガン細胞を用いた細胞照射実験を実施した。使用したファントムは、円筒型のもので、内部に水を満たすことができるものである。培養した細胞懸濁液をウェルプレートに充填し、各モードで同じフルエンスになるよう照射を行った。結果、BSHを含んだ場合、最低生存率が0.001程度まで下がることがわかった。また、熱外中性子ビームが示すフラックス分布に比例し、深さ約2cmのところに最低生存率を示すこともわかった。線量単位についての考察から、熱外混合中性子ビームに対して従来から行ってきたホウ素+窒素線量を用いて整理、評価を行っても、十分対応可能であることを示した。

報告書

JRR-4即発$$gamma$$線分析装置によるBNCT用血液サンプルのホウ素濃度測定

山本 和喜; 岸 敏明; 堀 直彦; 熊田 博明; 鳥居 義也; 堀口 洋二

JAERI-Tech 2001-016, 34 Pages, 2001/03

JAERI-Tech-2001-016.pdf:1.56MB

BNCTにおいて、効果的な線量を与えるためには、患部内のホウ素濃度を正確かつ迅速に測定することが必要とされている。即発$$gamma$$線分布装置は$$^{10}$$B濃度測定に対し、高感度、前処理不要などの利点があり、本報告は、JRR-4に新設された即発$$gamma$$線分析装置を用いたホウ素濃度の測定方法について報告する。ボロンのピークは一般に見られるガウス分布の形をとらない。これは$$^{10}$$B(n,$$alpha$$)反応で生成された$$^{7}$$Li核が高速運動中に$$gamma$$線を放出するため、ドップラー効果により真の$$gamma$$線エネルギーよりずれた波長を伴う。このドップラーピークの関係形態を明らかにするとともに、スペクトルデータより非線型最小二乗法を用いてフィッティングするプログラムの開発を行った。本方法で検証された検量線を用いて実際のBNCTが行われた。

報告書

ファントム内の2次元熱中性子束の分布測定と線量分布特性評価

山本 和喜; 熊田 博明; 鳥居 義也; 岸 敏明; 堀口 洋二

JAERI-Tech 2001-015, 43 Pages, 2001/03

JAERI-Tech-2001-015.pdf:4.95MB

BNCTにおける頭部照射を模擬することを目的に、水ファントム内の2次元熱中性子束分布をJRR-4中性子ビームに対して測定した。熱中性子束の2次元分布測定には金線を用い、これを相互遮蔽効果を避けるために30度ごとにスポーク状に配置した。データの処理には2次元ラグランジュ補間(半径方向,角度)を用いて行った。ファントム内の照射野にVoidを含んでいる場合、深部方向の線量改善に優れた効果があることがわかった。その反面、Void周りに円環状のピーク部分を持った歪んだ分布となっていることがわかった。これらの結果を用いて、BNCT時の線量評価を行い、コリメータの効果、Voidの効果などの線量コントロールについて議論し、照射時間コントロールを加えることで中性子のコントロールができることを示した。

論文

The BNCT irradiation facility of JRR-4

鳥居 義也; 山本 和喜; 岸 敏明*; 堀 直彦; 熊田 博明; 堀口 洋二

Proceedings of 9th International Symposium on Neutron Capture Therapy for Cancer, p.241 - 242, 2000/10

JRR-4は燃料濃縮度低減化のため改造され、併せてホウ素中性子捕捉療法(BNCT)のための医療照射設備が整備された。JRR-4医療照射設備は重水タンクの重水厚さを変更すること及びカドミンシャッタを開閉させることにより熱中性子から熱外中性子までエネルギーを選択できるように設計されている。これらは3つの代表的モードで分類され、それぞれ熱中性子モード1、熱中性子モード2、熱外中性子モードと呼ばれている。このため、これまで行われてきた熱中性子利用BNCTの継続及び深部治療に有効な熱外中性子利用BNCTにも対応できる設備となっている。JRR-4医療照射設備を用いた第1回BNCTは平成11年10月24日に行われ、これを含めて平成11年度中に5例のBNCTが実施された。本発表はこのJRR-4医療照射設備の概要について行うものである。

論文

Characteristics of neutron beams at JRR-4 for BNCT

山本 和喜; 熊田 博明; 鳥居 義也; 堀 直彦; 岸 敏明; 高田 準太郎*; 大竹 真一*

Proceedings of 9th International Symposium on Neutron Capture Therapy for Cancer, p.243 - 244, 2000/10

JRR-4の中性子ビームの特性は放射化検出器とTL線量計を用いて行われた。この性能は医療部会で承認されたものである。JRR-4にはBNCT用に熱中性子モードI(混合ビーム)、熱中性子モードII、熱外中性子モードと名付けられた3つのモードが設定されている。各モードに対して、フリービーム実験とファントム実験を行った。ファントム実験ではボイドを含む場合と含まない場合の熱中性子及び$$gamma$$線線量の測定を行っている。これをもとに日本の医療チームは1999年10月から熱中性子モードIを用いたBNCTの試験を始めている。熱外中性子モードではファントム内に熱中性子のビルドアップピークを深さ$$pm$$1.7cmのところに作ることがわかった。これは医療チームにとってSurgical defectの改善として期待されている。

論文

The Boron concentration measurement by the prompt $$gamma$$-ray analysis device at JRR-4

堀 直彦; 山本 哲哉*; 松村 明*; 鳥居 義也; 山本 和喜; 岸 敏明; 高田 準太郎*

Proceedings of 9th International Symposium on Neutron Capture Therapy for Cancer, p.263 - 264, 2000/10

BNCTの線量を評価するためには、熱中性子束の測定と同様に、血液中のボロン濃度を測定することが重要である。化学的分析手法では短い時間の中で血液中のボロン濃度(30ppm程度)を高い精度で測定することは困難であるが、即発$$gamma$$線分析装置を用いれば短い時間の中で高い精度のボロン濃度測定を行うことができる。JRR-4は水平実験孔を持たないプール型研究炉であるが、スーパーミラーを垂直に配置したことにより、プール上面で必要な中性子量を得ることができた。そこでJRR-4に即発$$gamma$$線分析装置を整備し、ボロン濃度を測定できるようにした。このため、JRR-4における最初のBNCTを順調に行うことができた。

口頭

JRR-4での中性子捕捉療法の治療線量を増強するための中性子照射技術,1; 医療用中性子ビーム設備内の黒鉛撤去による熱外中性子ビームの改善

中村 剛実; 熊田 博明; 山本 和喜; 岸 敏明; 和田 茂

no journal, , 

JRR-4で実施されているホウ素中性子捕捉療法では、従来は熱中性子ビームを用いた治療が実施されていたが、最近では、熱外中性子ビームを主体にした症例が非常に多くなっている。このような症例に対して治療効果を向上させるには、生体内の深部に形成している悪性腫瘍細胞を多く破壊する必要がある。そこで、深部線量の増強を行うために、中性子ビーム設備内にある黒鉛を撤去して熱中性子成分を少なくさせた熱外中性子ビームに対する特性解析を行い、黒鉛撤去の熱外中性子ビームの有用性について検討を行った。直方体の軟組織ファントムの表面に厚さ0.02cmの皮膚の層をモデルした体系をビーム孔出口に設置し、この軟組織内の腫瘍組織線量等をMCNPコードで計算し比較検討を行った。皮膚線量10Gy-Eqで照射時間を制御した条件では、深さ2cmから6cm間の積分値の比が1.11, 6cmから10cm間では1.15となり、黒鉛を撤去した熱外中性子ビームの方が深部線量を増強していることがわかった。本解析結果より、黒鉛を撤去した熱外中性子ビームはBNCT医療照射に対して有用であると考えられる。このため、今後、特性測定を行い臨床研究への適応を図る。

口頭

ICP-AESによる血液中ホウ素濃度の簡易測定法の検討

堀口 洋徳; 山本 和喜; 岸 敏明; 和田 茂

no journal, , 

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の線量評価には、血液中のホウ素濃度測定が不可欠であり、研究用原子炉JRR-4のBNCTでは、即発$$gamma$$線分析(PGA)を用いてホウ素濃度測定を行っている。PGAは、血液試料の前処理を行うことなく、精度よく測定できる利点があるが、原子炉を運転しないと測定できないデメリットもある。BNCTでは、採血後直ちに精度良い測定が望まれているため、原子炉の運転の制約を受けないICP発光分光分析法(ICP-AES)を用いた血液中ホウ素濃度の測定について検討を行った。ICP-AESでは、血液試料の前処理が必要であるが、BNCTには、短時間で測定結果を得る必要があるため、簡易な湿式前処理を採用した。ICP-AESの検量線作成に用いるホウ素標準試料として、BSHを用いた場合、すべての血液試料の平均で系統誤差-4.8%となった。本検討からホウ素標準試料にBSHを用いて、血液試料に簡易な湿式前処理を施すことにより、数分間で精度よく血液中のホウ素濃度測定が可能であることがわかった。

口頭

浅地層における降雨浸透量推定に関する現場透水係数の評価

小松 満*; 西垣 誠*; 瀬尾 昭治*; 田岸 宏孝*; 竹延 千良*; 岸 敦康

no journal, , 

大局的な地下水流動を定量的に評価する際、上部境界条件としての降雨浸透量の算定が必要であるが、一般的に知られる水収支法では計測項目が多く不確実性を含んでいる。そこで本研究では、対象領域における土中水分量の変化量から直接的に降雨浸透量を算定する手法に着目し、不飽和地盤における原位置透水試験結果を用いる方法について確認した。さらに現場透水試験結果の妥当性について室内試験により検証することで計測値に与える不確実性を推定した。

口頭

光ファイバーを用いた水分計測センサの性能確認試験

瀬尾 昭治*; 小松 満*; 西垣 誠*; 田岸 宏孝*; 竹延 千良*; 岸 敦康

no journal, , 

土中水分の観測について、多点かつ長距離に渡って伝送が可能で従来の測定法と比較して水分分布を求める上での利点が多いと考えられる光ファイバーを用いた土中水分観測手法の開発を行っている。本研究では水中での湿潤過程と気中での乾燥過程における光ひずみセンサのひずみ量(Type-1$$sim$$3)及び膨潤圧(Type-4)を計測し、土中の水分量を測定するセンサとしての適応性について検討した。

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