【研究分野】医用システム

【研究領域課題番号】24650291 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

放射線治療 / 単色X線 / 陽子線 / 注射針 / 増感剤 / 静電加速器 / 二次電子 / イメージングプレート / 浸潤性ガン / 低侵襲ガン治療 / 陽子線励起準単色X線 / K吸収端 / 電子増倍型高感度カメラ / モンテカルロシミュレーション / 陽子ビーム / 深部ガン治療 / 陽子線励起特性X線 / 水ファントム / CdTe半導体X線検出器 / 電離箱

【研究成果の概要】

予め重元素を含む薬剤（増感剤）を集積させたガン患部に注射針を刺入し，針内部にMeV陽子線を通して先端の標的から増感剤の吸収端に近いエネルギーの単色X線を発生させ，患部のみに線量を集中させる治療方法の実現可能性を実験的に調べた．イメージングプレート上に増感剤を模擬した金（L吸収端エネルギー = 14.4 keV）箔を置いてモリブデン標的からの17.4 keVのX線を照射したところ，金箔の周囲のみで大幅な線量の増大が観測され，増感剤の効果を確認できた．一方，深部ガン治療技術としての実用化のためにはX線強度の大幅な増強が必要であることが分った．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】医用システム

【研究領域課題番号】15650104 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

特性X線 / 陽子ビーム / 静電加速器 / K吸収端 / 造影剤 / イメージングプレート / コントラスト / 単色X線 / 陽子線励起X線放出 / X線ラジオグラフィー

【研究成果の概要】

医療用X線撮影において,造影剤元素の吸収端よりややエネルギーの高い単色X線を利用すると,吸収が選択的に強調されコントラストの非常に高い画像が得られる.シンクロトロン放射光を用いれば強い単色X線が得られるが,装置が大型であるため一般の病院等では利用が困難である.一方,小型加速器から得られるMeV陽子ビームを単体標的に照射すると,電子ビームの場合に比べて制動放射がはるかに少ないため,特性X線を主とした準単色のX線が得られる.しかも標的元素を変えればX線エネルギーは可変である.この準単色X線による新しいイメージング技術の実現可能性を調べるため,以下の実験を行った.まず予備実験により,予定していたヨウ素I造影剤とランタンLa標的の組み合わせは,必要な陽子ビームエネルギーが高過ぎることが分かった.そこで,代わりにルテニウムRu造影剤を用いた.Pd,Ag,Cd及びInの各種金属標的を3MeV陽子で衝撃してX線を測定したところ,標的の種類を変えることでRuのK吸収端近傍でX線のエネルギーをきめ細かく調整できることが分かった.アクリル製の試験用ファントムを製作し,血管を模擬した細管内にRu水溶液を封入した.人工的なバックグラウンドとして空気及び水の細管も用意した.このファントムをこれらの準単色X線で照射し,透過画像をイメージングプレートで撮影した.Cd標的の場合,RuのK吸収端直後のエネルギーであるためRuによる吸収が強く,コントラストの強い画像が得られた.しかしファントム内の空気と水がバックグラウンドとして観測された.一方Pd標的を用いるとコントラストは大幅に低下した.これらの画像の差分を取ると,Ru溶液のみが強調されバックグラウンドをほぼ完全に消去することに成功した.これらの結果より,本研究のイメージング手法は,造影剤を用いた高コントラスト透視撮影に原理的に有効であることが分った.

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2003 - 2004

【配分額】3,200千円 (直接経費: 3,200千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】14658285 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

単色X線 / X線診断 / 陽子ビーム / 陽子マイクロビーム / 加速器 / 造影撮影

【研究成果の概要】

単色X線を用いてカラーX線画像を得るための予備実験を行った。東京工業大学のタンデム加速器から得られる、エネルギーが3MeVの陽子ビームをPd, Ag, Cd, Inの標的に照射し、エネルギーが21.17〜24.21keVのK_αX線およびそれに付随する相対強度が約18%のK_βX線、すなわち擬似単色X線を発生させ、これらのX線を、マイラ幕を通して大気中に取り出した。X線の発生量およびエネルギーのモニターにはCdTe半導体検出器を用いた。上記のK_αX線のエネルギーが1keV間隔で離れていることに注目し、Ruの造影撮影を試みた。RuのKX線の吸収端が22.1keVにあるので、X線発生標的としてPd(K_αが21.17keV)とCd(K_αが23.17keV)を選んだ。アクリル製のブロックに孔をあけ、そこにRuを含む水を詰め、血管を模擬するファントムとした。比較用に水だけの孔、空気の孔もあけてある。X線画像の取得には歯科用のイメージングプレートを使用した。画素の読み取り分解能は50μm×50μmである。2種類のX線照射により得られた画像を水だけの部分が消えるように演算処理することにより、Ru水溶液と空気の部分を強調することに成功した。
15年11月には原子力研究所高崎研究所のバンデグラフ加速器施設のマシンタイムを得て、同様な実験を行った。2.6MeVの陽子ビームを用いてRu造影のファントム測定を行い、東京工業大学における実験よりもきれいな画像を得ることができた。更に、ビームスポットが10μm×10μmと非常に小さい陽子マイクロビームを用いて、X線画像の拡大撮影を試みた。資料は小魚(シラス)であり、厚さは約1mm、長さは約20mmである。シラスにはCa(K吸収端が4.04keV)が含まれることから、X線発生標的としてTi(K_αが4.05keV)とCu(K_αが8.04keV)を用意した。いずれのX線の場合にも位置分解能が約20mmのきれいな画像を得た。Ti-K_αの方が若干であるが、良いコントラストの画像であった。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)