画像誘導放射線治療の患者被ばく線量評価システムの開発と画質を考慮した最適化の挑戦

• Project/Area Number: 19K17237
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52040:Radiological sciences-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 日置 一成 広島大学, 病院(医), 診療放射線技師 (60761989)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 画像誘導放射線治療 / コーンビームCT / 被ばく線量 / モンテカルロシミュレーション / ビームモデリング / 臓器線量 / 放射線治療 / 医学物理学

Outline of Research at the Start

本研究では、画像誘導放射線治療におけるコーンビームCTの患者被ばく線量評価システムの開発及び画質を考慮した患者被ばく線量の最適化を目的に、コーンビームCTのヘッド構造のモデルを作成し、異なる撮影条件における体内線量分布をモンテカルロ計算する。計算した線量分布から撮影条件の影響を解析し、臓器線量データベースを構築することで、患者被ばく線量評価システムを開発する。さらに、治療計画用CT画像を用いて任意の撮影条件におけるコーンビームCTの撮像画像を作成するシステムを開発し、被ばく線量と画質の関係を明らかにすることで、画像誘導放射線治療におけるコーンビームCTの被ばく線量の最適化を検討する。

Outline of Annual Research Achievements

画像誘導放射線治療におけるコーンビームCTの患者被ばく線量評価システムの開発を目的に、以下の研究を遂行した。
(1)モンテカルロシミュレーションによるコーンビームCT のヘッド構造のモデリング：Electron Gamma Shower at National Research Council of Canada(EGSnrc)を使用し、Varian Medical Systems社製のリニアックであるClinacとTrueBeamにそれぞれ搭載されているOn Board-Imager、Elekta社製のリニアックに搭載されているX-ray Volumetric Imagerの3種類のコーンビームCTのヘッド構造のモデリングを行い、電離箱を用いた測定値と各装置の頭部条件と骨盤条件において全て5%以内で一致することを確認した。
(2)人体ファントムにおける体内線量分布の計算：(1)で作成したコーンビームCTのヘッド構造モデル及び人体ファントムを用いて、体内線量分布及び臓器線量の計算を行った。人体ファントムは日本人の解剖学的な特徴による線量の影響を反映させるため、日本原子力開発機構で開発された日本人成人男性ファントム（JM-103）と女性ファントム（JF-103）を用いた。CT機種ごとに管電圧、撮影位置を変化させて線量分布をモンテカルロシミュレーションし、臓器毎の線量から臓器線量データベースを作成した。
(3) 任意の条件におけるコーンビームCTの患者被ばく線量算出システムの開発：(2)で作成した臓器線量データベースを用いて、任意の撮影条件におけるコーンビームCTの患者被ばく線量を算出するシステムを開発した。

Research Products

• [Presentation] Application of Adult Japanese Voxel Phantoms to Organ Dose Evaluation from kV-cone beam CT for Image-guided Radiation Therapy (2020)
  • Author(s): Kazunari Hioki, Yusuke Koba, Fujio Araki, Takeshi Ohno, Takeo Nakashima, and Yasushi Nagata
  • Organizer: 第76回日本放射線技術学会総会学術大会
• [Presentation] Attempt to reduce exposure dose by creating pseudo full field digital mammography from digital breast tomosynthesis image (2019)
  • Author(s): Rena Usuki, Kazunari Hioki, Eiji Nishimaru, Yasuko Kitagawa, Miho Nagata, Hiroomi Sumida, Kazuo Awai
  • Organizer: 第75回日本放射線技術学会総会学術大会