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佐藤 達彦
Radioisotopes, 74(2), p.183 - 188, 2025/07
モンテカルロ放射線挙動解析コードは、その計算精度が極めて高いため、様々な放射線治療に対する線量評価に活用されている。核医学治療分野においても、SPECT/CTやPET/CT画像をモンテカルロコードの入力ファイルに自動変換して実行し、得られた線量分布を解析するシステムの開発が世界各地で進められている。本稿では、そのシステム開発の現状について紹介するとともに、現在、我々が開発を進めているRT-PHITS (RadioTherapy package based on PHITS)の核医学関連機能について解説する。
Hartzell, S.*; Furutani, K. M.*; Parisi, A.*; 佐藤 達彦; 加瀬 優紀*; Deglow, C.*; Friedrich, T.*; Beltran, C. J.*
Radiation (Internet), 5(2), p.21_1 - 21_24, 2025/06
Microdosimetry is essential in particle therapy for understanding the biological effects of treatments by quantifying energy depositions within microscopic volumes. The calculation of the microdosimetric distributions can be carried out with physical models such as the Kiefer-Chatterjee (KC) track structure function and the Sato analytical microdosimetric function (AMF). Comprehensive comparisons across these physical models are lacking. The AMF is calculated for spherical domains, while the KC is traditionally calculated for a cylindrical domain. This study introduces a novel version of the KC function for spherical domains, allowing a direct comparison with AMF. The influence of each function on the calculation of the relative biological effectiveness (RBE) in carbon ion radiotherapy (CIRT) was evaluated.
Hartzell, S.*; Parisi, A.*; 佐藤 達彦; Beltran, C. J.*; Furutani, K. M.*
Physics in Medicine & Biology, 70(10), p.105010_1 - 105010_19, 2025/05
被引用回数：0In this study, we presented the implementation of the Analytical Microdosimetric Function (AMF) within the TOPAS Monte Carlo platform as an efficient and accurate surrogate for track structure simulations. The AMF extension demonstrated strong agreement with TOPAS nBio track structure simulations for ions relevant to particle therapy and space applications, while offering significant computational advantages.
松谷 悠佑; 吉井 勇治*; 楠本 多聞*; 小川 達彦; 大西 世紀*; 平田 悠歩; 佐藤 達彦; 甲斐 健師
Physical Chemistry Chemical Physics, 27(14), p.6887 - 6898, 2025/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Physical)水の放射線分解により生成されるラジカルは、DNA損傷誘発、染色体異常、発がんなど、放射線による生物影響の評価において重要な役割を果たす。粒子および重イオン輸送コードシステム(PHITS)では、あらゆる荷電粒子について水中の原子相互作用を推定できる飛跡構造解析モードと、ラジカルをシミュレート可能な電子線専用の化学コード(PHITS-Chem)が先行研究にて開発された。本研究では、あらゆるイオンビームに適用可能なPHITS-Chemコードを開発すると同時に、化学種間の反応をより効率的に検出する空間分割法や化学種の4次元可視化機能を整備した。更新されたPHITS-Chemコードは、文献にて報告される陽子線、
粒子線、炭素イオン線のG値と比較することにより検証され、PHITSオリジナル3次元描画ソフトPHIG-3Dによりラジカルの拡散動態を直感的に評価することに成功した。また、空間分割法の導入により、計算精度を維持しながら計算時間を大幅に短縮(約28倍高速化)することにも成功した。開発したPHITS-Chemコードは、粒子線治療においてラジカルにより誘発される生物効果の正確かつ直感的な理解に貢献することが期待される。
佐藤 達彦; 古田 琢哉; 佐々木 秀隆*; 渡部 直史*
EJNMMI Physics (Internet), 12, p.28_1 - 28_16, 2025/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)The RadioTherapy package based on PHITS (RT-PHITS) is one of the individual dosimetry systems applicable to both targeted radionuclide therapy (TRT) and external radiotherapy. This study aims to establish a practical methodology for evaluating both absorbed doses and equieffective doses (EQDX) by improving RT-PHITS.
清水 翔太*; 佐藤 達彦; 遠藤 章; 他5名*
Radiation Research, 203(3), p.155 - 162, 2025/03
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Biology)We calculate the mean quality factor based on LET distributions for representative organs and exposure scenarios of A-bomb survivors using PHITS simulations and the Q(L) relationship defined by ICRP, as well as the QF function defined by NASA. We also investigate the depth dependence of the mean quality factors in the ICRU sphere irradiated by mono-energetic neutrons. Both the results from the human phantom and from the ICRU sphere phantom suggest that the mean quality factors are largely independent of the organ type, and independent of depth, city and ground range when the contributions from the secondary gamma-rays are excluded from the neutron doses.
Ulanowski, A.*; 佐藤 達彦; Petoussi-Henss, N.*; Balonov, M.*
Radiation and Environmental Biophysics, 64(1), p.105 - 115, 2025/03
被引用回数：1 パーセンタイル：92.14(Biology)Protection and operational dosimetric quantities for human external exposure have been compared for situations of outdoor exposure to natural background radiation represented by gamma radiation of primordial and cosmogenic radionuclides and by radiations produced by the galactic cosmic rays in the earth atmosphere. Calculations were performed using the data from publications of ICRU and ICRP for global geographical grid of marine and terrestrial locations. Using modelled fluence spectra of natural cosmogenic and terrestrial background radiation, the ratios of the protection to operational quantities were calculated, demonstrating the effect of high-LET neutron component on the ratios of effective dose to absorbed dose or kerma in air. The influence of the neutron component was found to be stronger for high-altitude terrestrial locations and for terrestrial and marine locations at higher geographic latitudes. The computed ratios can be used for interpretation of the measured ambient dose rate data and calculation of effective doses in radiological protection tasks or assessment of public exposure to natural and anthropogenic sources of radiation.
Schaar, K.*; Spiegl, T.*; 佐藤 達彦; Langematz, U.*
Journal of Environmental Radioactivity, 282, p.107592_1 - 107592_14, 2025/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Environmental Sciences)The concentration of near-surface Beryllium-7 contains valuable information about the atmosphere, e.g., the tropospheric circulation, precipitation pattern or specific atmospheric phenomena, like the El Nino southern oscillation. Here, we modelled the transport and deposition of Beryllium-7 from galactic cosmic rays for 1850-2100, using the ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry climate model, and analyzed the variability of near-surface Beryllium-7 due to the El Nino southern oscillation. We find that our simulated Beryllium-7 time series agree well with Beryllium-7 measurements from the international monitoring system of the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization.
Lu-DOTATATE peptide receptor radionuclide therapy三輪 建太*; 柿野 諒*; 佐藤 達彦; 古田 琢哉; 宮司 典明*; 山尾 天翔*; 山下 康輔*; 寺内 康輔*
Physical and Engineering Sciences in Medicine, 9 Pages, 2025/00
被引用回数：0RT-PHITSは、PHITSを放射線治療分野に応用するための統合パッケージで、患者のCT/SPECT画像をPHITSの入力形式に変換してその線量評価を行うことができる。本稿では、Lu-DOTATATEペプチド受容体核医学療法後のSPECT/CT画像とRT-PHITSを用いた個別線量測定の実現可能性について検討する。
佐藤 達彦; 橋本 慎太郎; M
rquez Damin, J. I.*; 仁井田 浩二*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 557, p.165535_1 - 165535_8, 2024/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Instruments & Instrumentation)Appropriate use of the variance reduction techniques such as weight-windows are indispensable for effectively designing the radiation shielding based on the Monte Carlo simulation. In this study, we developed a new algorithm of weight-window generator (WWG) relying solely on forward Monte Carlo simulation and implemented it into the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS). Our new algorithm leverages a PHITS-specific function called the "history counter", which serves as an event logger that can be arbitrarily defined by users. The performance of the new WWG was investigated by conducting benchmark simulations for both idealized and practical shielding calculations. The results of the benchmark simulations suggested that our new algorithm can reduce the computational time by up to an order of magnitude, though it becomes less beneficial when no apparent pathway for particles arriving in the tally regions is observed in generating the weight window values. With this new feature, PHITS has become further suitable for the shielding calculations against high-energy radiations even when their evaluated cross-section data are unavailable.
小川 達彦; 平田 悠歩; 松谷 悠佑; 甲斐 健師; 佐藤 達彦; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 古田 琢哉; 安部 晋一郎; 松田 規宏; et al.
EPJ Nuclear Sciences & Technologies (Internet), 10, p.13_1 - 13_8, 2024/11
放射線挙動解析コードPHITSは、モンテカルロ法に基づいてほぼ全ての放射線の挙動を解析することができる放射線挙動解析計算コードである。その最新版であるPHITS version 3.34の、飛跡構造解析機能に焦点を置いて説明する。飛跡構造解析とは、荷電粒子が物質中を運動する挙動を計算する手法の一つで、個々の原子反応を識別することにより原子スケールでの追跡を可能にするものである。従来の飛跡構造解析モデルは生体を模擬する水だけにしか適用できず、遺伝子への放射線損傷を解析するツールとして使われてきた飛跡構造解析であるが、PHITSにおいてはPHITS-ETS、PHITS-ETS for Si、PHITS-KURBUC、ETSART、ITSARという飛跡構造解析モデルが補い合うことにより、生体の放射線影響だけでなく、半導体や材料物質など任意物質に対する適用が可能になっている。実際にこれらのモデルを使って、放射線によるDNA損傷予測、半導体のキャリア生成エネルギー計算、DPAの空間配置予測など、新しい解析研究も発表されており、飛跡構造解析を基礎とするボトムアップ型の放射線影響研究の推進に重要な役割を果たすことが期待できる。
佐藤 達彦
建築防災, (562), p.16 - 19, 2024/11
巨大な太陽フレアが発生すると、太陽風のみならず高いエネルギーを持つ陽子などの宇宙放射線が発生し、宇宙飛行士や航空機乗務員の被ばくを引き起こす。本稿では、この宇宙放射線被ばく問題に関して、その基礎知識や将来的な防災対策について解説する。
松谷 悠佑; 甲斐 健師; 佐藤 達彦
しょうとつ, 21(3), p.R008_1 - R008_8, 2024/11
粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、放射線の挙動をコンピュータで模擬するモンテカルロコードであり、2018年以降、生体の主成分である水中において個々の原子との反応を模擬できる飛跡構造解析モードが開発された。この開発により、DNAスケールにおける高空間分解能な放射線の飛跡構造解析が可能となった。一方、飛跡構造解析モードで計算される原子衝突の空間情報を活用し、様々なタイプのDNA損傷数を効率的かつ高精度に推定する解析コードの開発にも成功している。本稿では、最新版PHITSに搭載されている飛跡構造解析モード及びDNA損傷推定手法について概説し、PHITSの生命科学分野への応用例を紹介する。
Parisi, A.*; Furutani, K. M.*; 佐藤 達彦; Beltran, C. J.*
Medical Physics, 51(10), p.7589 - 7605, 2024/10
被引用回数：2 パーセンタイル：53.22(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)本研究では、陽子線治療における生物学的相対有効性(RBE)モデルの課題に対処するため、LET(線量平均線エネルギー伝達)に基づく近似的なMKM(マイクロドシメトリックキネティックモデル)を開発した。これは、炭素イオン治療で使用されるメカニズムに基づくアプローチを陽子線に適用する試みでる。このLETベースのMKMは、線量平均LETと微生物学的指標の相関を確立し、複数の細胞株に対する生存率のモデリングに成功した。これにより、陽子線治療計画システムで容易に利用可能な物理量に基づくRBEの数学的記述が実現された。
H to 
UParisi, A.*; Furutani, K. M.*; 佐藤 達彦; Beltran, C. J.*
Quantum Beam Science (Internet), 8(3), p.18_1 - 18_16, 2024/09
The analytical microdosimetric function (AMF) implemented in the Monte Carlo code PHITS is a unique tool that bridges the gap between macro- and microscopic scales of radiation interactions, enabling accurate microdosimetric calculations over macroscopic bodies. This study compares the older and newer AMFs in computing microdosimetric probability distributions, mean values, and the relative biological effectiveness (RBE). The newer AMF was found to offer superior performance, particularly for very heavy ions, producing results that align more closely with published in vitro clonogenic survival experiments. These findings suggest that the updated AMF provides a more reliable tool for microdosimetric calculations and RBE modeling, essential for ion radiation therapy and space radiation protection.
佐藤 達彦; 松谷 悠佑; 浜田 信行*
Journal of Radiation Research (Internet), 65(4), p.500 - 506, 2024/07
被引用回数：3 パーセンタイル：74.82(Biology)組織反応に対する生物学的効果比(RBE)の評価は、次期ICRP(国際放射線防護委員会)勧告に向けて不可欠となっている。本研究では、新たに組織応答として定義された循環器疾患に対するRBEをマイクロドジメトリモデルで評価した。その結果、循環器疾患に対するRBEは皮膚反応に対するRBEよりもやや低いことが分かった。また、人体内に対して計算した場合、その差は広がることが分かった。これらの知見は、ICRPによるRBE加重係数評価に有用となる。
松谷 悠佑; 佐藤 達彦; 楠本 多聞*; 谷内 淑恵*; 清野 良輔*; 三輪 美沙子*; 石川 正純*; 松山 成男*; 福永 久典*
Scientific Reports (Internet), 14, p.16696_1 - 16696_14, 2024/07
被引用回数：3 パーセンタイル：74.82(Multidisciplinary Sciences)ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)は、細胞レベルで不均一に取り込まれるホウ素化合物(例: 4-ボロノ-L-フェニルアラニン[BPA])を使用して腫瘍細胞を選択的に治療するユニークな放射線療法である。一方で、ホウ素化合物の時間空間的不均一性が細胞殺傷効果に与える影響は依然として不明である。そこで本研究では、放射線追跡検出器、細胞周期解析、生物物理学的シミュレーションの技術を組合わせた研究手法により、Fucci細胞周期可視化システムを発現するHeLa細胞における細胞周期依存的BPA取り込み不均一性と
B(n, )
Li反応の生物学的影響、さらにはポリビニルアルコール(PVA)の修飾効果を定量的に評価した。その結果、S/G2/M期の細胞内BPA濃度がG1/S期よりも高く、PVAが細胞周期依存性を修飾することを明らかにした。また、BPA-PVA実測値を使用することでBNCT治療効果を予測する新たなモデルを開発に成功した。本成果は、BNCTとPVAおよび/または細胞周期特異的抗がん剤を組み合わせた治療が、治療効果の精度向上に寄与する可能性を示している。
Be for the detectability of solar proton eventsSchaar, K.*; Spiegl, T.*; Langematz, U.*; 佐藤 達彦; Mekhaldi, F.*; Kunze, M.*; 三宅 芙沙*; 余田 成男*
Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 129(11), p.e2023JD040463_1 - e2023JD040463_28, 2024/06
被引用回数：1 パーセンタイル：41.97(Meteorology & Atmospheric Sciences)Using a climate model, the impact of Beryllium-10 from galactic cosmic rays on the detectability of solar proton events in ice cores was simulated. We show that sedimentation can be a major deposition mechanism for Beryllium-10, especially at high latitudes. We found that the season of the solar proton event and the phase of the 11-year solar cycle during the event have an impact on its detectability.
石川 諒尚; 古場 裕介*; 古田 琢哉; Chang, W.*; 米内 俊祐*; 松本 真之介*; 橋本 慎太郎; 平井 悠大*; 佐藤 達彦
Radiological Physics and Technology, 17(2), p.553 - 560, 2024/06
At the Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba (HIMAC), a series of retrospective studies are ongoing in patients treated with carbon ion radiotherapy (CIRT) to obtain the knowledge to improve tumor control and reveal the mechanism of the low risk of secondary cancer after CIRT. Dose-averaged linear energy transfer (LET
) is generally used as a measure of treatment effectiveness or biological effects in such retrospective studies; however, it is conventionally evaluated from the relative biological effectiveness (RBE)-LET fitted function used in the treatment planning system. In this study, we calculated the physical doses and their linear energy transfer (LET) distributions for a series of treatment plans for a homogeneous rectangular phantom and a human body phantom with typical CIRT beams using Monte Carlo (MC) simulation. The LET was then deduced from the MC simulation and compared with the corresponding data obtained using the conventional method. The comparison suggested that the two types of LET agreed well with each other, except around the distal end of the spread-out Bragg peak, where the MC simulation yielded significantly higher LET values than that of the conventional method. This is because the RBE-LET fitted function adopted in the conventional method ignores the contribution of the high-LET components, causing an overkill effect. Furthermore, an MC simulation was conducted to determine the material composition of water and realistic materials from the CT number in the planned image. The profiles of physical dose and LET were in good agreement for both techniques. These results indicate the possibility of enhancing the efficiency of retrospective studies of CIRT using MC simulations in the future.
Be and 
Al under direct muon-induced spallation in granite quartz and its implications for past high-energy cosmic ray fluxes櫻井 敬久*; 紅林 泰*; 鈴木 颯一郎*; 堀内 一穂*; 高橋 唯*; 堂下 典弘*; 菊地 聡*; 門叶 冬樹*; 岩田 尚能*; 田島 靖*; et al.
Physical Review D, 109(10), p.102005_1 - 102005_18, 2024/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Astronomy & Astrophysics)銀河宇宙線の永年変化は銀河の活動に密接に関係しており、局所的な銀河磁場・星間雲・超新星残骸の近くの環境が反映される。高エネルギー銀河宇宙線によって大気中で生成される高エネルギーミューオンは、深い地層まで透過し、岩石中に放射性同位体を生成する。BeやAlのような長寿命の放射性核種は岩石中に蓄積されるため、高エネルギーミューオンの収量の長期変動、ひいては数百万年間の高エネルギー銀河宇宙線(GCR)の長期変動の調査に利用できる。本研究では、CERN SPSのCOMPASS実験ラインにて、160GeV/cの正ミューオンを合成石英プレートと花崗岩コアに照射して、岩石中のBeとAlの生成断面積を測定した。更に、ミューオンが直接起こす核破砕反応とミューオンが生成した二次粒子が引き起こす反応が、岩石中での長寿命核種の生成にそれぞれどの程度寄与するかを明らかにした。
