1945年の日本人体型を精緻に再現し原爆被爆者の臓器線量を再評価

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日米共同研究の成果により、更に精度の高い疫学調査が可能に

2020-09-03 日本原子力研究開発機構,放射線影響研究所,フロリダ大学,米国国立がん研究センター

【発表のポイント】

  • 放射線影響研究所(放影研)の原爆被爆者に対する疫学調査は、世界的な放射線防護指針を策定するための最重要データであるが、疫学調査には、各人の被爆状況に合わせた詳細な臓器線量評価が不可欠である。
  • 今回、図1に示す日米共同研究プロジェクトチームを発足し、最新の計算科学技術を用いて疫学調査の指標となる臓器線量を代表的な被爆条件に対して再評価した。
  • 再評価には、1945年における日本人の標準体型を精緻に再現した人体模型や、原子力機構を中心に最新の科学的知見に基づいて開発した放射線挙動解析コードPHITSなどを活用した。
  • 再評価結果は従来結果と概ね一致したが、臓器によっては±15%程度の差が判明した。
  • この臓器線量データセットにより、疫学調査結果の精緻化が期待される。

図1 日米共同研究プロジェクトの実施体制と各機関の役割

【概要】

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(理事長 児玉敏雄、以下「原子力機構」という。)原子力基礎工学研究センター放射線挙動解析研究グループの佐藤達彦研究主幹、公益財団法人放射線影響研究所(理事長 丹羽太貫、以下「放影研」という。)統計部のHarry Cullings博士、フロリダ大学のWesley Bolch教授、米国国立がん研究所のChoonsik Lee博士らによる日米共同研究プロジェクトチームは、1945年の日本人標準体型に基づく人体モデルを構築し、最新の放射線挙動解析コードを組み合わせて原爆被爆者の臓器線量を従来手法よりも精度よく評価する手法を確立しました。

広島・長崎の原爆被爆者の健康影響に対する疫学調査には、被爆時の状況に合わせた詳細な臓器線量の情報が不可欠です。放影研では、各時代の最先端技術に基づく原爆被爆者線量推定方式を数十年にわたって整備・改良してきました。

本研究では、これまでの線量推定方式をさらに発展させるべく、最新のCT画像などに基づいて1945年における日本人の標準的体型を精緻に再現した成人・小児・妊婦に対する人体模型を開発し、それらと原子力機構が中心となって開発した最新の放射線挙動解析コードPHITSなどを組み合わせることで、原爆からの直接線による被爆者の臓器線量をより精度よく推定する手法を構築しました。

その手法を用いて再評価した代表的な被爆条件に対する臓器線量は、概ね現システムの評価結果と一致しましたが、計算手法が変更された一部の臓器に対しては、最大で±15%程度の差がありました。また、本計算手法を将来の原爆線量推定システム改訂に利用できるように、様々な照射条件に対する膨大な臓器線量データセットを整備しました。

本研究成果は、3報のシリーズ論文として米国放射線学会の学術誌”Radiation Research”に掲載されました。原爆被爆者が受けた放射線量を計算するこの新しい手法が採用されれば、放影研疫学調査から得られた結果はさらに精緻なものとなることが期待されます。

【研究開発の背景と目的】

原爆被爆者の健康影響に対する疫学調査結果は、国際放射線防護委員会(ICRP)1)が放射線防護に関する勧告を策定する際、最も重要な基礎データとして利用されています。その疫学調査には、各人の被爆状況に合わせた詳細な臓器線量評価が不可欠ですが、放影研では、原爆被爆者線量推定システム2)を数十年にわたって整備・改良してきました。現在のシステムには、2002年に発表された線量推定システムDS02に補正を加えたDS02R1が採用されています。このシステムでは、原子爆弾から放出された主要な二種類の放射線である光子や中性子の空気中での挙動を地形の影響を考慮して詳細に模擬しており、爆心地から半径2.5km以内の場所における光子や中性子の強度を精度よく推定することができます3)

計算した光子や中性子の強度からその地点にいた被爆者の臓器線量を推定するためには、人体内での放射線挙動をコンピュータ内で再現し、各臓器に放射線によって付与されるエネルギーを正確に計算する必要があります。現在のシステムでは、その計算に1980年代に開発された3つの年齢群に対する数式人体模型4)と、当時の計算機性能でも動作可能な近似式を多く含む放射線挙動解析コードが採用されています。しかし、近年の放射線防護研究や医学物理計算では、CT画像などから構築した詳細な人体模型や近似を使わずに第一原理に基づいて個々の放射線挙動を追跡する計算コードの利用が増えてきており、原爆被爆者の臓器線量推定システムでもそれら最新の計算技術を用いた再評価が望まれていました。

【研究の手法】

このような背景から、私たちの研究グループでは、1ページ目の図1に示す日米共同研究体制を確立し、最新の計算科学技術を用いて代表的な被爆条件に対する臓器線量を再評価しました。

具体的には、

  1. ①1945年の日本人標準体型に調整した成人男女及び年齢別小児男女に対する人体模型の開発(図2参照)
  2. ②1945年の典型的な日本人標準体型に調整した在胎週別妊婦に対する人体模型の開発(図3参照)
  3. ③それら人体模型と最新の放射線挙動解析コードを組み合わせた代表的な被爆条件に対する臓器線量計算
  4. ④様々な照射条件に対する臓器線量データセットの整備を実施しました。

①及び②の人体模型開発では、フロリダ大学及び米国国立がん研究所で開発したNURBSとポリゴンメッシュ)を組み合わせて詳細に臓器形状を表現したハイブリッド人体模型5)を、放影研が調査した1945年の日本人平均身長、体重、及び座高と一致するよう調整しました。

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