／【Ｋ：】Ｓｅｒｖｅｒ／１３０１０５３１ 新潟県厚生農業協同組合／本文／０６

厚生連医誌

原第２２巻

山岸

０１７‐０２０ 2013.0

１号 １７〜２０ ２０１３

著

不均質領域における線量計算アルゴリズムの計算精度の検討―Monte Carlo 法と Pencil Beam Convolution 法の比較―
上越総合病院、放射線治療科；診療放射線技師１）、医師２）、順天堂大学大学院、医学研究科；医学物理士３）、広島大学大学院、医歯薬保健学研究院、応用生命科学部門；医学物理士４）
やま ぎし

たか ひろ

山岸隆宏１）、杉本

すぎ もとさとる

おざわ聡３）、小澤

しゅう いち

たか とう

ひろ まさ

高頭浩正１）、江部え

目 的：放 射 線 治 療 計 画 装 置（以 下 RTPS ; Radiation
Treatment Planning System）に搭載されている
線量計算アルゴリズムの Monte Carlo 法（以下MC）と Pencil Beam Convolution 法（以下 PBC）の比較を、肺腫瘍症例を想定した不均質ファントムにて行った。本研究ではこれらの計算結果とフィルムによる測定結果について比較・検討を行った。
方法：肺等価ファントムを水等価ファントムの間に挟んで不均質ファントムとし、RTPS と同じ照射条件の配置でフィルムによる計測結果と RTPSでの計算結果を比較し、計算精度についての検討を行った。
結果：肺等価領域の軸上線量で、PBC は MC に比べて最大で１１％過大評価する傾向が見られた。
MC とフィルムの軸上線量は全ての領域でほぼ一致した。電子平衡の成立している水等価領域
では PBC も２％以内でフィルムと一致した。
結論：肺等価領域において、MC と PBC で最大で約１０％の誤差が生じており、肺腫瘍症例における肺野線量を評価する際にはアルゴリズムの選択に注意が必要である。軸上線量においてはビルドアップ領域以外の水等価領域では PBC でも大きな誤差は生じない。

ばべかずりゅう た

とく やま竜太１）、徳山かつ いち

克一１）、ゆ和勇２）法も実用化されてきている（２）。これまで胸部などの不均質組織を均質な組織と仮定して計算されてきたのに対し、MC 法では不均質物質を考慮したより高精度な計算アルゴリズムである（３）。
本 研 究 で は 当 院 導 入 済 み で あ る RTPS の iPlan
Ver．
４．
１．
２（BrainLAB）に搭載された MC 法の一つである XVMC 法（４）と PBC 法を用いて得られた線量分布と、フィルムによる実測との比較を行い計算精度についての検討を行った。

対 象 ・ 方 法
不均質ファントムをタフラングファントム・タフウォーターファントム（京都科学製）を用いて Fig．１のように配置 し、１６列 CT（Aquilion１６東 芝、ス ラ イ
ス厚２mm、ヘリカルスキャン）にて撮影した。次にiPlan 上で放射線治療装置 vero４DRT（三菱重工業）６MV、照射野３×３cm２、８×８cm２、SSD８８cm、ガ ン
トリ０度で１門照射の線量分布を MC と PBC でそれぞれ計算した。アイソセンタ処方で２Gy（１２cm 深）とし、計算パラメータの設定は MC を計算グリッド
２×２×２mm３、Mean Variance１％、PBC は計算グリッドを最小で１×１×１mm３とした。比較のた め
MC と PBC は同一 MU 値とし、各照射野における PBCの計算 MU 値に統一した。
測定は深さ３cm から１２cm までのコロナル面（１cmおき）に配置した Radiographic Film EDR２（以下、EDR２、Kodak 社製）に照射し、透過型スキャナ Offirio ES−１００００G（EPSON 社製）で１６bit gray scale，１５０dpi で読み取りを行った。
解析には DD-Analysis Ver９．
３（アールテック）、OmniPro-I mRT（IBA Dosimetry、２次元検出器 I mRT MatriXX の解析用アプリケーション）を使用し、深部線量、ガンマ法、プロファイルカーブによる比較を行った。

キーワード：線量計算アルゴリズム、不均質補正、放射線治療計画装置、Monte Carlo 法、Pencil BeamConvolution 法

緒ば修一４）、馬場言近年の放射線治療は技術の進歩によって定位放射線治療（ピンポイント照射）や強度変調放射線治療といわれる高精度放射線治療が行われるようになってきた（１）。この高精度放射線治療で重要な役割を担う RTPS
は病巣や正常組織の線量を正確に計算することができる。RTPS の計算アルゴリズムも実測ベースの Clarkson 法などから、モデルベースの PBC 法などへ変遷し、最近ではコンピュータ処理能力の向上に伴い MC― 17 ―

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山岸

０１７‐０２０ 2013.0

不均質領域における線量計算アルゴリズムの計算精度の検討

結果

深部線量：治療計画装置による計算と EDR２での実測によって得られたビーム軸上の５×５mm２の Regionof Interest における平均線量を深さの関数としてプロットしたもの（深部線量曲線）を Fig．２に示す。MCと EDR２の軸上線量は水等価領域、肺等価領域ともに３％以内で一致した。これに対し PBC は EDR２との比較で最大１１％過大評価する結果となり、肺等価領域、小照射野でその傾向が強かった。ただし、電子平衡の成立している水等価領域に限っては５％以内でEDR２による実測と一致した。
ガンマ評価・プロファイル：計算（MC、PBC）とEDR２による実測とを各照射野サイズにおいて比較したガンマ評価（評価基準２mm/２％）の結果を Fig．
３に示す。Fig．３においてプロファイルはすべてビーム軸中心において規格化を行い、ガンマ評価の条件を２mm/２％閾値１０％とし、グラフの縦軸はパス率、横軸は表面からの深さとなっている。Fig．３を見ると、MCによる計算と EDR２による実測は水等価・肺等価領域ともに各照射野サイズで良好なパス率を示したのに対し、PBC と EDR２では肺等価領域においてパス率が大きく低下する結果となった。
次に PBC でガンマ評価のパス率が低下していた肺等価領域におけるエラー分布図と、プロファイルの比較を Fig．
４に示す。Fig．４（a）
では、MC は EDR２とすべての領域でほぼ一致しているのに対し、PBC と EDR２とでは照射野辺縁の四隅部分にエラー（灰色の部分）が見られた。Fig．４（b）はガンマ評価条件ではエラーとなっていないクロスライン（Fig．４（a）
における破線）のプロファイルについて評価した。MC は Film とほぼ一致しているのに対し、PBC は EDR２に対してペナンブラ領域において過大評価しているのが見られた。
電子平衡の成立している水等価領域ではこのような傾向は見られず、PBC、MC ともに実測とよく一致した。

考に近い結果となった。
Monte Carlo 法を使用することで、肺腫瘍症例で問題となる肺野や腫瘍辺縁の線量分布図、Dose VolumeHistogram をより正確に得ることができる。

文献

１．日本放射線腫瘍学会 QA 委員会．体幹部定位放射線 治 療 ガ イ ド ラ イ ン．日 本 放 射 線 腫 瘍 学 会
誌 ２００６；１８（１）．
２．佐藤清香．治療計画装置と次世代の計算アルゴリ
ズム．日本放射線技術学会誌 ２００６；６２（１２）：１６２０−８．
３．日本医学物理学会 QA/QC 委員会．X 線線量計算の不均質補正法に関する医学物理ガイドライ
ン ２０１１；３１（５）．
４．Kawrakow I, Fippel M : Investigation of variancereduction techniques for Monte Carlo photon dose calculation using XVMC. Phys. Med. Biol. ２０００；４５（８）：２１６３−８３．

英 文 抄録Original article
Study of accuracy of irradiation dose calculation algorithms between Monte Carlo method（MC）and Pencil
Beam Convolution method（PBC）in heterogeneous phantoms.
Joetsu General Hospital, Department of Radiotherapy ;Radiological technologist１），Radiologist２），Juntendo University, Graduate School of Medicine, Medical Physics for
Advanced Radiotherapy ; Medical physicist３），Hiroshima
University, Graduate School of Biomedical & Health Sciences ; Medical physicist４）

察
Takahiro Yamagishi１）, Satoru Sugimoto３）, Shuichi Ozawa４）,
Ryuta Baba１）, Katsuichi Tokuyama１）, Hiromasa Takato１）,
Kazuyu Ebe２）

本研究では比較のために、MC と PBC は同一 MU値とし、各照射野における MU 値は PBC の計算値に統一している。そこで PBC の MU 値と MC で再計算させた MU 値を Table１に示す。Table１で両者を比較す
る と、照 射 野３×３cm２で２MU、照 射 野８×８cm２で５MU の差となり、いずれも PBC が小さく、照射野が小さいほど差が縮まる傾向が見られた。これは同じMU 値設定の場合、MC が不均質に対する補正を行うことによって PBC よりも線量が過小となることを示している。ただし、肺腫瘍症例の定位放射線治療などの小照射野による治療を想定したとき、肺野および腫瘍の辺縁領域において PBC では線量が過大評価となり、計算アルゴリズムによる処方 MU の差は大きく違ってくる可能性が高い。

結―Monte Carlo 法と Pencil Beam Convolution 法の比較―

Objective : This study was to compare an accuracy ofcalculation algorithms between Monte Carlo
method（MC）and Pencil Beam Convolution（PBC）in heterogeneous phantoms for lung cancer.
Study design : We calculated the dose distribution by MCand PBC in a heterogeneous phantom of waterequivalent phantom with films.
Results : Calculation with PBC tended to overestimate by
maximum of １１％ compared to that with MC in
the on-axis dose. Calculation with MC was almost
identical in all regions. Calculation with those two
methods were consistent within ２％ in the regionof water equivalent established electron equilibrium.
Conclusions : When evaluating the lung dose of lung cancer, it is necessary to consider selecting MC calculation algorithms. Because there is around １０％
significant difference between MC and PBC.

語

Monte Carlo 法による計算は Pencil Beam Convolution 法よりも水等価領域および肺等価領域ともに実測― 18 ―

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０１７‐０２０ 2013.0

１号 １７〜２０ ２０１３Key words : calculation algorithm, heterogeneous correction, Radiation Treatment planning system（RTPS），Monte Carlo method（MC），PencilBeam Convolution（PBC）．

Fig．１ 不均質ファントムの概略図
TW : Tough Water、TL : Tough Lung

Fig．２ 深部線量曲線
RTPS による計算値（MC、PBC）と EDR２による実測値との比較。
PBC は肺等価領域において他よりも高い値を示した。
略語一覧表参照

Fig．３ フィルム（EDR２）のガンマ評価の比較
MC はすべての領域で高いパス率を示したのに対し、PBC は肺等価領域におけるパス率が低くなっている。
略語一覧表参照― 19 ―

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山岸

０１７‐０２０ 2013.0

不均質領域における線量計算アルゴリズムの計算精度の検討―Monte Carlo 法と Pencil Beam Convolution 法の比較―

Fig．４（a）
Fig．４（b）
Fig．４ 肺等価領域における RTPS と Film Film の比較（a） ガンマ評価のエラー分布（b） クロスライン（点線）におけるプロファイル
略語一覧表参照

Table１
Field [cm２］
３×３８×８

計算 MU の違い

計算アルゴリズム
PBC
MCPBC
MCMU
２８６２８８２５４２５９

略語一覧表
RTPSMCPBC
DVHMU

Radiation Treatment Planning System；放射線治療計画装置
Monte Carlo method；モンテカルロ法
Pencil Beam Convolution method；ペンシルビームコンボルーション法
Dose Volume Histogram；線量体積ヒストグラム
Monitor Unit；モニタユニット（２０１２／１２／０４受付）― 20 ―