Development of four-dimensional radiotherapy planning technology using deep learning-based prediction of motion interplay
| Project/Area Number |
20K08022
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 52040:Radiological sciences-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
秋野 祐一 大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任助教(常勤) (00722323)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 放射線治療 / 呼吸性移動 / 人工知能 / Interplay効果 / 4次元放射線治療 / ４次元放射線治療 / Interplay effects / 四次元治療計画 / 深層学習 / 強度変調放射線治療 / 放射線治療精度 / 粒子線治療 / 治療計画 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、呼吸で動く肺がんや肝臓がんに対する回転強度変調放射線治療 (VMAT) や粒子線治療における腫瘍の動きを考慮した放射線治療計画システムを開発する。呼吸の動きに対してすべてのパターンの線量計算を行うと膨大な時間がかかり、さらに呼吸の不規則な変化に対応するのは非常に難しい。そこで人工知能の技術を用いて、呼吸性移動の影響を予測するシステムを開発し、高速に評価できる方法を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、放射線治療における臓器の呼吸性移動およびビーム照射の時間変化が相互作用を起こすことによって引き起こすInterplay effectsを短時間に評価するための技術を、深層学習を用いて開発することである。我々は３次元U-netを用いてビームのセグメント形状から線量分布を予測する深層学習ネットワークを構築し、さらに呼吸性移動の影響を評価する技術を開発し、既に報告した。さらに、呼吸性移動に対応する技術としてサイバーナイフによる肺がん・肝臓がんの呼吸性移動を伴う腫瘍に対して動体追尾照射を行う際、追尾の誤差が引き起こす腫瘍のカバーの悪化を予測するための技術を開発し、報告した。
本年度は、呼吸性移動に対応したサイバーナイフ治療において、さらに効率的な治療を行うための技術開発を行った。我々の開発したRaster-scanning照射は、ビームの強度を変調させたフルエンスを形成し、少ないビーム数で良好な線量分布を達成することができる。このため治療時間を短縮できる利点があり、呼吸波形のドリフトなどのリスクを低減して治療できる可能性がある。我々はこのスキャニング照射のフルエンスマップを最適化する独自のシステムを開発し、論文で報告した。
さらに、その最適化アルゴリズムを応用し、密封小線源治療における新しい最適化技術を開発した。舌がんを治療する際、下顎骨に高線量が照射されると顎骨壊死を起こす可能性がある。このリスクを低減するために舌と下顎骨の間に鉛ブロックを置くが、このブロックの影響を考慮して線量計算することはできない。そこで我々は鉛ブロックの減弱を考慮できる計算システムを開発し、さらに上述の最適化アルゴリズムを用いて鉛ブロックを考慮した最適化演算を行うことにより、優れた線量分布を実現できるシステムを開発した。
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Report
(4 results)
Research Products
(21 results)
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[Journal Article] Pseudo low-energy monochromatic imaging of head and neck cancers: Deep learning image reconstruction with dual-energy CT2022
Author(s)
Yuhei Koike, Shingo Ohira, Yuri Teraoka, Ayako Matsumi, Yasuhiro Imai, Yuichi Akino, Masayoshi Miyazaki, Satoaki Nakamura, Koji Konishi, Noboru Tanigawa, Kazuhiko Ogawa
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Journal Title
International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery
Volume: －
Issue: 7
Pages: 1271-1279
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Dose rate in the highest irradiation area of the rectum correlates with late rectal complications in patients treated with high-dose-rate computed tomography-based image-guided brachytherapy for cervical cancer2021
Author(s)
Isohashi F, Akino Y, Matsumoto Y, Suzuki O, Seo Y, Tamari K, Sumida I, Sawada K, Ueda Y, Kobayashi E, Tomimatsu T, Nakanishi E, Nishi T, Kimura T, Ogawa K
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Journal Title
Journal of Radiation Research
Volume: 62
Issue: 3
Pages: 494-501
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Characteristics of microSilicon diode detector for electron beam dosimetry2021
Author(s)
Akino Y, Das IJ, Fujiwara M, Kaneko A, Masutani T, Mizuno H, Isohashi F, Suzuki O, Seo Y, Tamari K, Ogawa K
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Journal Title
Journal of Radiation Research
Volume: 62
Pages: 1130-1138
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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