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Development of a Personalized Bio-feedback System to Stabilize Respiration-induced Motion for Improving Predictive Beam Control of Tumor-following Radiation Therapy

Research Project

Project/Area Number 18K15619
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 52040:Radiological sciences-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

ICHIJI Kei  東北大学, 医学系研究科, 講師 (90743443)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords放射線治療 / 肺がん / 呼吸性移動 / 呼吸誘導 / 視聴覚フィードバックシステム / 制御特性 / 息止め / 視聴覚フィードバック / 呼吸性移動対策 / 動体追尾照射 / バイオフィードバック / 呼吸動態予測
Outline of Final Research Achievements

Breathing guidance systems that can lead breathing motion to the desired state have clinically been used for accurately irradiating tumors moving with respiratory motion. However, the current breathing guiding systems often fail to lead the breathing motion to the desired/predictable states, and the irradiation accuracy and efficiency are not assured well in such cases. This study developed a new breathing guiding system by introducing an external controller that is designed to improve the control characteristics of the breathing guidance for increasing the predictability, or reproducibility, of the breathing motion state. According to the experimental evaluation results, the new system can reduce the deviation of the actual breathing motion from the desired/predictable breathing state. Thus, the system has the potential to achieve more effective breathing guidance.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

呼吸誘導システムでは,目標となる呼吸状態と実際の呼吸状態を人へと提示し,提示された情報をもとに人が呼吸を調整する.本研究では,この「実際の状態を確認しながら目標値へと調整するシステム」を制御システムとして捉えなおし,その性質を制御工学の知見を用いて解析し,その特性を改善する工夫を導入した.このような制御工学的観点に基づく呼吸誘導システムの改善は,従来の呼吸誘導システムにはなかった新規なアプローチである.本研究を通じて拓かれた制御工学的な呼吸誘導の特性改善手法には,放射線治療の効果・効率を向上させることが期待される.

Report

(5 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Czech Technical University in Prague(チェコ)

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    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems

      Volume: 140 Issue: 1 Pages: 49-60

    • DOI

      10.1541/ieejeiss.140.49

    • NAID

      130007779196

    • ISSN
      0385-4221, 1348-8155
    • Year and Date
      2020-01-01
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      Volume: 131-1 Pages: 77-77

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      Phys Med Biol

      Volume: 63 Issue: 18 Pages: 1-16

    • DOI

      10.1088/1361-6560/aada71

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      Norihiro Sugita、Katsuhiro Sasaki、Makoto Yoshizawa、Kei Ichiji、Makoto Abe、Noriyasu Homma、Tomoyuki Yambe
    • Journal Title

      Displays

      Volume: 印刷中 Pages: 20-26

    • DOI

      10.1016/j.displa.2018.10.007

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      堀池 巧, 市地 慶, 本間 経康, 張 暁勇, 吉澤 誠
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      奥田 隼梧, 市地 慶, 本間 経康, 張 曉勇, 吉澤 誠
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      Masahiro Shindo, Kei Ichiji, Noriyasu Homma, Xiaoyong Zhang, Yoshihiro Takai, Makoto Yoshizawa
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      新藤雅大, 市地慶, 本間経康, 張曉勇, 杉田典大, 八巻俊輔, 髙井良尋, 吉澤誠
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      第28回インテリジェント・システム・シンポジウム(FAN2018), 神奈川県横浜市 横浜国立大学理工学部
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      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2018(SSI2018), 富山県富山市 富山国際会議場
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  • [Remarks] 東北大学 大学院医学系研究科 医用画像工学分野

    • URL

      http://www.rii.med.tohoku.ac.jp/

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 画像処理装置,画像処理方法および画像処理プログラム2018

    • Inventor(s)
      本間経康,市地慶,新藤雅大,杉田典大,吉澤誠,高井良尋
    • Industrial Property Rights Holder
      東北大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2018-088462
    • Filing Date
      2018
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URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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