医療用リニアックからの高エネルギー光子線に含まれる粒子情報計算
産業技術総合研究所 計測標準研究部門
清水森人

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放射線治療（外部放射線治療）
医療用リニアック装置などを用いて，体の外部からがん腫瘍に高エネルギー光子線・電子線などを照射して，がん細胞を死滅させるがん治療の方法．
粒子線（陽子線，炭素線）を利用する方法もあり，治療が始まっている．

特徴
手術が必要ない・患者のQOL（生活の質）の低下が少ない切除を行わないため，臓器の機能などが維持される・入院の必要がない
・治療期間も短期間（日帰り治療）

医療用リニアック装置

がん罹患者の25%に放射線治療が適用されている2

±3%の領域(現状の不確かさ)±2%の領域
正常組織の有害事象が発生しやすい線領域

がんが再発しやすい領域

ICRU Report 24, AAPM Report 853

医療現場における高エネルギー光子線の水吸収線量計測
放射線治療では細胞の80%が水であることから，放射線から水が吸収するエネルギー（水吸収線量）を基準にして，治療計画を立てている．

水吸収線量計測の拡張不確かさ(k=2)を2%以下にすることが求められている．

測定器：電離箱線量計
放射線によって電離箱の実効領域内の空気が電離されて生じる電荷を収集し，ガード電極

電離箱壁

中心電極

水吸収線量Dwater [Gy = J / kg]を計測す
る．
実効領域2 cm
46 mm

医療現場における高エネルギー光子線の水吸収線量評価

リニアック装置

リニアック装置

リニアック内の透過型ビームモニタ

光子線

電離箱の測定値でビームモニタを校正

がん腫瘍

人体に見立てた水ファントム中に設置した電離箱で水吸収線量を計測
5ビームモニタの測定値を基準に治療計画を立て，線量評価を行っている．

電離箱線量計の校正を行うための現在の水吸収線量標準

Co-γ線水吸収線量標準
Co-γ線の水吸収線量をグラファイトカロリーメータで測定し，その値を標準として電離箱線量計の校正を行っている．

校正定数の拡張不確かさ(k=2): 0.8 %グラファイトカロリーメータ

肝心の医療現場での計測では…
医療現場における水吸収線量計測の拡張不確かさ(k=2)：2.9 %
不確かさの主要因

Co-γ線と治療に使う高エネルギー光子線の線質の違い
Co-γ線と高エネルギー光子線は線質が異なるため，電離箱の測定値に対して計算による感度補正（線質変換係数: kQ）が必要だが，この感度補正の不確かさが大きい．

高エネルギー光子線で直接校正する技術が必要
6グラファイトカロリーメータ（国家標準器）
特徴
・吸収線量の定義に近い測定が可能
・吸収体（コア）にグラファイトを使用
水に比べて・比熱が小さい
・熱欠損が少ない
・取り扱いが容易
コアに取り付けた熱抵抗温度計をホイートストンブリッジに接続して温度測定を行う
各グラファイト素子にはヒーターが取り付けてあり，ヒーターの動作を変えることで2つの測定モードが可能

・等温測定モード・準断熱測定モード
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グラファイトカロリーメータ

測定したコアの吸収線量を水吸収線量に補正する
水吸収線量に変換

CW,CQW
CW,C =QC✓

DW /DC
QW /QC◆()MC内は大規模並列計算によるモンテカルロMC

シミュレーション計算によって導出

DC：コアの吸収線量

DW：水吸収線量

QC：カロリーメータファントムに

QW：水ファントムに設置した電離箱設置した電離箱による測定電荷による測定電荷8高エネルギー光子線の従来の計算・解析的計算実験データ，経験式などを用いて，解析的に補正係数を導出する手法→手続きが明確なため検証が容易，複雑なものは計算できない※放射線源からの放射線の計算は非常に得意・モンテカルロ計算
モンテカルロ法で計算する手法→複雑な計算が得意，計算時間を短縮するためにリダクションなどを多用し，検証が難しい（マジックブラックボックス）
計算の元になる光子データも108個程度の光子データを数百〜数千回使い回して計算を行う

大型計算機を用いることで，リダクションなどを極力行わずに詳細な高エネルギー光子線の計算を行う
9高エネルギー光子線の特性データをリダクションなどを使わずに収集する
九州大学情報基盤研究開発センター
・高性能演算サーバーシステム（TATARA）
機種：富士通 PRIMERGY CX400
使用ノード数：32ノード（512コア）

演算能力：11.1 TFLOPS
・スーパーコンピュータシステム（HAYAKA）
富士通

機種：富士通 PRIME HPC FX10
使用ノード数：192 ノード（3072コア）

PRIME HPC FX10

HPCI利用研究課題 (hp120020)および九州大学先端的計算科学研究プロジェ
クトの支援を受けています．

演算能力：45.4 TFLOPS

大型計算機の大容量のメモリ，ストレージ領域を活用して，不純物などの情報を詳細に反映させたモンテカルロ計算を行い，補正係数を導出した．

目標量：光子データ1010個分，最終的な補正係数導出に必要な量の10分の1．
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EGS5による高エネルギー光子線の特性計算
計算条件
・計算コードEGS5 ver. 1.0.4 + EGS5-MPI・ジオメトリ情報
Elekta社から提供された資料から作成
・Cutoﬀ設定
ecut = 0.700 MeV
pcut = 0.010 MeV・Range rejection
ターゲット: esave = 0.700 MeV
それ以外: esave = 2.0 MeV
照射野 10 x 10 cm2の条件で計算し，（３）の位置で光子情報を記録
HDDに個々の粒子（光子，電子，陽電子）を全て保存
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エネルギースペクトルの特徴
・主成分は連続X線
・陽電子消滅γ線のピークが強く見える
・特性X線の成分はフィルター部で吸収・総カウント数は入射電子数の2桁落ち

光子フルエンス
・全体に均一に分布・照射野の形状をよく再現
・陽電子消滅γ線と見られる成分が照射野外に見られる

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6 MV 光子線のエネルギー分布

NRCグループ13オーストラリアとの国際比較
開発中の高エネルギー光子線の水吸収線量標準の値が他国の標準の値に比べて妥当かどうか，BIPMとの国際比較を済ませているオーストラリアの標準との国際比較を行って確認した．

オーストラリアの水吸収線量標準
種類：グラファイトカロリーメータ
リニアック装置： Elekta Synergy
線質：6, 10, 18 MV 高エネルギー光子線

オーストラリアの水吸収線量標準を管理している
ARPANSAのリニアックは4~25 MVまで全ての高エネルギー光子線が出せるARPANSAのリニアックとカロリーメータ
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高エネルギー光子線水吸収線量の測定結果（国際比較結果速報値）

高エネルギー光子線の水吸収線量標準は各国の平均値に対してよく一致
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まとめ•

1010個分の高エネルギー光子線のデータをリダクションなどを用いないモンテカルロシミュレーションによって収集した．

!
•

得られた高エネルギー光子線のデータを用いて高エネルギー光子線水吸収線量標準であるグラファイトカロリーメータの補正係数を導出し，不確かさ0.4%での高エネルギー光子線水吸収計測を実現した．

今後の予定
本研究で得られた光子線データは高エネルギー光子線の散乱X線，汚染電子，光子線の不均一分布などの情報を大量に含んでいる109個分と1010個分のデータを元にそれぞれ1011個分の高エネルギー光子線を発生させたときの計算結果の比較• 不均一分布を考慮することで，現場標準器用の補正係数を導出• 水，グラファイトの平均励起エネルギーの決定•に取り組んでいく
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