Ⅵ.放射線治療物理学

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1.リニアック / シンクロトロン / サイクロトロンの構造

電子リニアック  (2014 46)  直線型加速管により電子を加速する  X線, 電子線の治療に用いられる  出力エネルギーは断続的 ・エネルギーの調整 :「マイクロ波電力」  「加速される電流」 ・ビーム出力の調整 :「先頭値」  「パルス幅」  「パルス繰り返し数(主にこれで調整)」 リニアックヘッド内部構造  (2017、2016 51、2014 47) 1.電子銃  加速管に電子を数十kVで加速して供給する *以下出力の調整 ・二極管 :出力制御を加速管に入射する電子を機械的なスリットで調整する方式 ・三極管 :出力制御をグリッド電圧の調整でビーム電流を細かく調整する方式 2.高周波発信器(マイクロ波発振管) ・マグネトロン(自励発振管) :安価, 単寿命, 安定性悪、10MeV以下の小型直線加速器に用いる ・クライストロン(増幅器) :高価, 長寿命, 安定性良、10MeV以上の大型直線加速器に用いる  発振周波数は3,000MHz程度である ・マイクロ波の経路  高周波発信機    ↓  ...
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1.密封小線源 / 照合システム

D. 密封小線源  a. β線源、γ線源、(α線源) b. エネルギー(半価層)、放射能、半減期 ○小線源に用いられる核種   (2017 57、2016 55、2015 42、2014 42、2013 47、2012 47) 核種  ★半減期  線量率  装置期間  ★使用法 ★平均エネルギー(MeV)  ★形 192Ir 74.0日 高・低  一時  組織内、表面、腔内  0.38  シード 137Cs 30.1年 低 一時  組織内、表面、腔内 0.66 針・管 60Co 5.27年 高 一時 腔内  1.25 針・管 198Au 2.69日 低 永久 組織内 0.41  グレイン 125I 59.4日 低 永久 組織内 0.027 シード ・252Cf中性子線原  ・90Sr(-90Y) 線源 :90Yからのβ線(2.28MeV)を用いた翼状片(良性疾患)の治療に用いられる *線源の比放射能 (2016 55)...
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2.線量計測 ― 標準計測法12 ―

2. 線量計測 A. 線量の定義と単位    B. 原理、方法   C. 線量校正 a. 線質 b. 標準測定法  (2015 記述、2013 53、2012 44)   X線測定 電子線測定 ★線量計 ファーマー形 深部電離百分率測定には平行平板型のみ 校正深測定では 平行平板型(R50<4.0cm2のとき) ファーマー型or平行平板型(R50>4.0cm2のとき) 照射野 10×10cm2 10×10cm2(コーンを取り付ける) セットアップ法 STD(TMR一定)法 100cm SSD(PDD一定)法 100cm ★校正深dc  Dc=10cm Dc=0.6×R50-0.1 g・cm-2 ★R50(深部線量半価深) :吸収線量が50%になる深さ  深さで阻止能比が変わるため2通りの式がある  R50 = 1.029・I50-0.06 (I50≦10cm)      R50 = 1.059・I50-0.37 (I50 >10cm)  平均入射エネルギーE0=2...
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2.線量計測 ― PDD / TAR / TMR / TPR ―

D. X 線、γ線(外部照射)  E. 電子線 a. 深部量百分率〈PDD〉  SSD (Source-Surface Distance) 一定とし, 表面での照射野をA0とする。  ビーム中心軸上の水中の深さdを変えながら測定した線量をD(d, A0) としたとき, D(d, A0) の最大値(もしくは基準深drでの線量) をDr(A0) としたとき上記の式で表される ・特性  距離依存性(Mayneord の法則)  :SSDが大きくなると,PDDも大きくなる ○X線のPDD  (2017 記述、2013 41、2012 43) ・X線では深さによる阻止能比の変化量が少ないため、  深部電離百分率曲線≒深部量百分率となる ・2次電子平衡が成立する点で深部量が最大となり、  それ以降は深部量が少なくなる ・入射光子のエネルギーが高いほど  → 二次電子の飛程が長くなる   → 2次電子平衡が表面では成立しない    → ビルドアップがより深部になる   → ビルドアップ領域以降の深部の線量が多くなる  → 前方散乱が多くなる ...
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2.線量計測 ― 等価照射野 / 出力係数 / MU値 ―

e. 照射野、等価照射野、出力係数 ○等価照射野  (2016 52、2013 50) ・A/P法  長方形面積Aと周囲長Pとの比A/Pが等しい長方形はPDD,TMR,TAR,SF,OPFがほぼ等価であるとする  任意の長方形照射野のみで、不整形照射野には適応できない ・Day法  ビーム中心軸上のデータを使って長方形照射野の任意の点における線量を計算する  計算点を中心に照射野を分割し、それぞれの照射野における線量を計算して足し合わせる ・不整形照射野に対する線量計算(Clarkson 法)  (2016 52)   全体の線量を「一次線による線量(照射野に依存しない)+散乱線による線量(照射野に依存する)」とし、複雑な不整形照射野を分割することで照射野サイズや形に依存する散乱成分を求める  物質中で散乱した線量を計算する目的で散乱空中線量比 scatter-air ratio (SAR) を用いる  ここで、SAR は、自由空間中の任意点の散乱線量とファントム中の同じ点の散乱線量の比で定義される  SAR(d,A)=TAR(d ,A)-ビーム...
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2.重荷電粒子線 / 中性子線

2.重荷電粒子線 / 中性子線 F. 重荷電粒子線 a. ブラッグピーク、SOBP (2016 54、2013 42) ・ブラッグピーク :飛程の直前で吸収線量が急激に高くなるピーク  平均エネルギーの揺らぎ(ストラグリング)が大きくなるとピークは小さくなる ・SOBP:拡大ブラッグピーク ・阻止能:Bethe-Bloch理論式で計算 ・distal falloff :深さ方向の切れを示す指標   陽子線は炭素イオンより軽いため、多重散乱や粒子のエネルギーロスによる飛程の減少(動揺)を起こしやすく切れが悪い ・半影(ペナンブラ) :粒子線の半影はX線に比べて小さい ○粒子線照射装置 ・構成(2017 60、2013 42) 「イオン源」(2016 54)  ↓ 陽子線:水素ガス    ↓ 炭素線:メタンガス   ↓  「加速器」  ↓ サイクロトロン、シンクロトロンなど  ↓ 「側方照射野形成器(ワブラー電磁石+散乱体)」  ↓ 回転磁場でX、Y方向に回転させ照射野を平坦化  ↓ 「線量モニタ」  ↓ 「リッジフィ...
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2.線量と線量分布検証

I. 線量と線量分布検証 a. 電離箱による検証 ○固体ファントム (2016 記述、2014 56)  固体ファントムで得られた水吸収線量 Dw(dw)  Dw(dw) = Mpl(dpl) × hQpl × ND,W × kQ ・Mpl(dpl) :固体ファントム内の水等価深での電離箱線量計指示値 ・深さスケーリング係数 Cpl  Cpl =「水の測定深」÷「固体ファントムでの水等価深」  固体ファントムの密度と元素祖型が基準媒質である水と異なることによって、ファントム内での放射線の吸収・散乱に違いが生じるため、これを補正する係数  以下算出方法 (1)密度比による方法   :元素組成が違うので不適 (2)電子濃度比による方法   :コンプトン効果のみを考慮しているため、不適 (3)実効線減弱係数比による方法   :すべての相互作用を考慮している ・フルエンススケーリング係数 hpl(別名:電離量変換係数)   固体ファントムで測定した電離量を水ファントムで測定した電離量に変化するための係数  hpl =「水の基準深での電離箱線量...
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3.電子密度変換テーブル / 線量計算アルゴリズム

A. CT 値と線量計算の関係 a. 電子密度測定ファントム b. 電子密度変換テーブル  計画CT撮影時の管電圧とFOVによって変わる  (2015 50) B. 線量計算アルゴリズム a. 補正係数を用いた線量計算  b. 等価照射野の関係  c. クラークソン法  → 2.線量計測 ― 等価照射野 / 出力係数 / MU値 ― へ d. CT 値と阻止能  e. ペンシルビーム法とブロードビーム法  f. コンボリューション/スーパーポジション法  g. 不均質補正   h. 電子線ビームの線量計算   i. 小線源の線量計算   j. 粒子輸送方程式 k. モンテカルロ法を用いた線量計算   l. 陽子線、重粒子線、中性子線の線量計算 線量計算アルゴリズム  一次線 散乱線 電子輸送 RTAR △1 × × Power law Batho method △1 × × ETAR 〇 △1 × Convolution 〇 △1 △1 CCC / AAA /...
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3.ICRU 体積の定義

C. ICRU 体積の定義 (2016 58、医:2013 60) a. GTV、CTV、ITV、PTV、OAR、PRV  ・GTV(肉眼的腫瘍体積) 「原発巣」 「治療の対象なら転移性リンパ節腫脹や遠隔転移」  悪性の病巣であることが明らかに識別でき,触れたりできる可視的に固定可能な腫瘍体積 ・CTV(臨床標的体積) 「所属リンパ節」  GTVとその周辺に存在する浸潤などをマージンに含む体積 ・ITV(内部標的体積)  呼吸,嚥下,心拍動,煽動など体内臓器の動きによる影響を体内マージン(IM:Internal Margin)としてCTVに加えた体積  CTVに生理的移動のマージンを考慮した体積 ・PTV(計画標的体積)  毎回の照射における患者の位置合わせのズレを設定マージン(SM: Setup Margin)としてITVに加えた体積 ・TV(治療体積)  治療の目的を達するのに最適であると決められたPTVの最小線量と同じ等線量値で囲まれた体積  最終的に照射を行う体積。 ・IV(照射体積)  正常組織の耐容線量によ...
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3.定位放射線照射 / 強度変調放射線治療〈IMRT〉

D. 外部照射法、治療計画 a. 定義〈物理的特性、機械的制御(計算機)〉    b. 1 門照射    c. 斜方入射ビーム d. 2 門照射    e. 多門照射    f. ウェッジ、コンペンセータ、ダイナミックウェッジを用いた照射 g. 振子照射    h. 回転照射、原体照射 i. 定位放射線照射 (工学:2016 59 記述、2012 49) (医学:2016 42 59、2015 53 57、2013 53、58、60、2012 60) ・5~10門以上または、多軌道回転運動照射 ・従来の治療よりも大線量を短期間に照射する ○位置精度  固定具の使用、5mm以内の固定精度 固定精度の確認方法 対称 精度 ①リニアックグラフィ 骨格 中 ②EPID 骨格 低 ③リニアック一体型シミュレータ 骨格 中 ④CT-リニアックシステム 骨格and腫瘍 高 ⑤動体追跡装置 腫瘍(マーカ) 高 ・ベースラインシフト :呼吸が日間的に予測モデルを超えた...
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