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乳癌の術中電子線照射に使用
する金属プレートの検討
大島隆嗣、田伏勝義、青山裕一
背景

乳房の腫瘍を切除した
後の腫瘍床に対して術
中電子線照射を行う際、
大胸筋にある程度の
線量がかかってしまう。

大胸筋の電子線入射側にプレートを挿入す
ることにより、大胸筋への線量を低減する。
乳房
大胸筋
目的

大胸筋の電子線入射側へ挿入するプレー
トに使用する材質とその厚さについて検討
プレートの構造①

過去の論文において10 mmのアクリルを大胸筋の電子線
入射側に挿入して照射を行っているものがある。
100
アクリル
PDD [%]
80
60
40
20
アクリルのみでは不十分
0
0
1
2
3
4
Depth [cm]
5
6
7
プレートの構造②


金属を用いて乳房を透過してきた電子線を
遮蔽する。
金属の電子線入射側にアクリル (PMMA)を
配置し、金属に入射する電子線を減弱さ
せ、かつ、金属からの後方散乱を吸収させ
る。
Electron Beam
PMMA
Metal
検討項目

各種金属の電子線の遮蔽能力


前方への透過線量のPDDが1 %を下回るまでの金
属表面からの距離(dF)
後方散乱の最大飛程とその大きさ

後方散乱線量(Back Scatter Dose : BSD)のPDDが
1 %を下回るまでの金属表面からの距離(dB)、およ
びBSDの最大値
dFとdB
PMMA Metal
100
PDD [%]
80
60
後表面
Total Dose
前表面
Back Scatter Dose
40
dB
1%
20
dF
0
0
0.5
1
1.5
2
Depth [cm]
2.5
3
3.5
シミュレーションの流れ
1. 金属ごとの電子線の遮蔽能力と後方散
乱の大きさの比較
2. 金属からの後方散乱を吸収する最適な
PMMA厚の検討
3. 電子線を遮蔽するために必要な最小の
金属厚の検討
シミュレーション1


水槽中のPDDが90 %に
なる深さdR90にプレートの
電子線入射側表面がくる
ように配置
金属は、アルミニウム(Al)、
銅(Cu)、鉛(Pb)を使用
x
Electron Beam
PMMA
Metal
z
dR90
5 cm
Aquarium
30 ×30 cm2
シミュレーション1の条件①






粒子数：3×107 個
線質：varian 6, 12 MeV 電子線*
照射野：10×10 cm2
Boxel size：1.0×1.0×0.1 cm3
ECUT=521 keV, PCUT=10 keV
chard=0.05 cm
Material
Density
[g/cm3]
Material
Density
[g/cm3]
H2O
1.0
PMMA
1.2
Al
2.7
Cu
8.9
Pb
11.3
* : G.X. Ding and D.W.O Rogers ; PIRS-0439
シミュレーション1の条件②
Beam Energy
[MeV]
6
12
dR90 [mm]
18
38
Thickness of
PMMA [mm]
Thickness of
Metal [mm]
5.0, 10
3.0
6.0
後方散乱
① 金属からPMMAへ
入る全ての粒子
Electron Beam
PMMA
② 方向余弦のZ成分
が入射方向と逆
Metal
Back Scatter
Aquarium
結果(6 MeV; PMMA 5 mm)
PMMA
100
Metal
PDD [%]
80
60
Al ( Total Dose )
Cu ( Total Dose )
Pb ( Total Dose )
Al ( Back Scatter Dose )
Cu ( Back Scatter Dose )
Pb ( Back Scatter Dose )
40
20
0
0
0.5
1
1.5
2
Depth [cm]
2.5
3
3.5
結果(12 MeV; PMMA 5 mm)
PMMA
Metal
100
PDD [%]
80
Al ( Total Dose )
Cu ( Total Dose )
Pb ( Total Dose )
Al ( Back Scatter Dose )
Cu ( Back Scatter Dose )
Pb ( Back Scatter Dose )
60
40
20
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Depth [cm]
4
4.5
5
5.5
6
6.5
結果(12 MeV; PMMA 10 mm)
PMMA
100
Metal
PDD [%]
80
Al ( Total Dose )
Cu ( Total Dose )
Pb ( Total Dose )
Al ( Back Scatter Dose )
Cu ( Back Scatter Dose )
Pb ( Back Scatter Dose )
60
40
20
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Depth [cm]
4
4.5
5
5.5
6
6.5
結果のまとめ
Energy [MeV]
Metal
dF [mm]
PMMA
dB [mm]
5 mm Maximal Value
of BSD [%]
dF [mm]
PMMA
dB [mm]
10 mm Maximal Value
of BSD [%]
Al
3.86
6
Cu
-
Pb
-
Al
10.2
12
Cu
-
Pb
-
3.18 4.38 5.98 5.51 8.34 11.8
11.4 19.8 30.2 13.4 24.0 37.5
4.06
2.48 1.68 1.26 3.88 5.68 7.90
2.90 5.02 7.79 9.85 16.9 26.2
考察

dFの値は、Alのみ認められた。



CuとPbが遮蔽体として使用できる。
PMMAが5 mmでは後方散乱がPMMA厚を超
える場合があったが、10 mmではPMMA厚を
超えるものはなかった。
BSDの最大値は、Pbが最も大きく、Alが最も
小さかった。


PMMAは5 mmより厚く、10 mmより薄いものが良い。
Pbはプレートが厚くなるため好ましくない。
シミュレーション2


12 MeVにおいて、金属厚は6 mmのまま
でPMMA厚を6、7、8 mmとして計算
金属にはCuを使用
最適なPMMA厚を検討
結果 (Back Scatter Dose)
25
6 mm PMMA
20
PDD [%]
7 mm PMMA
15
8 mm PMMA
10
5
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Distance from metal surface [cm]
1.2
1.4
1.6
検討
Thickness of
PMMA [mm]
6.0
7.0
8.0
dB [mm]
7.7
7.0
6.6

7 mmのとき最大飛程とPMMA厚が一致
安全側で、7.5 mm程度が適切である
シミュレーション3

12 MeVにおいて、 PMMA厚を7 mmとして
Cu厚を1、2、3 mmにして計算
前方への透過線量がなくなる限界の厚さを検討
結果(前方透過線量)
25
1 mm Cu
20
PDD [%]
2 mm Cu
15
3 mm Cu
10
5
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Distance from metal surface [cm]
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
検討
Thickness of Cu [mm]
1.0
2.0
3.0
dF [mm]
14.1
5.7
-
PDD at 0.5 mm [%]
21.8
2.9
0.69


3 mmではdFが認められない
2.5 mm強が限界
安全側で、3 mm程度が適切である
結語



最も適した遮蔽体は銅であった。
12 MeVでの電子線からの後方散乱は7 mm
のPMMAで吸収できる。
12 MeVでの電子線を遮蔽できる銅の限界の
厚さは2.5 mm強であると推測された。
今後の課題



複数の金属を組み合わせて、プレートを薄
くすることを試みる。
照射ヘッドを再現して再計算する。
試作品を作成し実測を行い、計算結果と
比較する。