Development of physically and biologically conformal high-precision photon irradiation strategy tailored to the clinicopathological features of metastatic brain tumors
| Project/Area Number |
21K07561
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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 | Aichi Medical University |
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Principal Investigator |
大宝 和博 愛知医科大学, 愛知医科大学, 客員研究員 (20452146)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 転移性脳腫瘍 / 定位放射線照射 / 生物学的等価線量 / 線量分布 / 低侵襲治療 / 定位放射線治療 / 高精度放射線治療 / 光子線 / 緩和医療 |
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| Outline of Research at the Start |
新規照射法(暫定候補案)の妥当性を既治療例の深層学習を含む包括的解析により検証し、必要な修正を加えた治療プロトコルを確立し、多施設第2相臨床試験で有用性を検証する。
既治療例の経時的画像所見に基づき標的体積の構成要素を細分化し、腫瘍壊死(1-2年以上の病変縮小～寛解相当維持)に関連する線量体積因子を生物学的等価線量(BED)として解析する。安全基準(耐容線量)確立のため、症候性脳壊死発生5%未満となる線量分割数別、脳の局在別の線量体積指標を求める。解析結果に基づき、暫定案の改善点の抽出、病変径・体積・性状・病理組織に応じて個別化された至適線量分割数、線量分布の確立、治療プロトコルを確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
普及率の高い汎用ライナック装置(多分割絞り幅5 mm)を用いた強度変調法による複数軌道回転照射(VMAT)について、肉眼的腫瘍(GTV)の境界を基準にすえその内外の線量勾配を最適化する観点から基礎的・物理的検討を行った。脳定位照射黎明期以来の処方基準であるGTV辺縁線量を基準とし線量(生物学的等価線量)を揃える、その上で病理・画像・精度に関わる様々な不確かさをカバーするため急峻過ぎない適度な線量減衰マージンを同時に得ること、GTV外の正常組織の線量を最も軽減できる3点で評価した。ビーム配置について、単発でも水平方向(coplanar)に加え、非水平(non-coplanar)方法から半球を3等分する角度での2アーク追加が有利であることを確認した。臨床例では、過去の異なる装置・照射技術(回転原体、VMAT、可変準円形絞りによるロボット照射)で治療された治療例について1年以上縮小維持例、局所増悪例の線量分布の違いについて解析を進めた。GTV内部に神経など機能温存すべき臓器を含まない場合は、小線源治療や定型的なガンマナイフのようにGTV内部の線量の超不均一性、つまりGTV内部の高線量を積極的に許容すること、より正確には中心部の線量の高さよりも、GTV境界より内側の同心性層状の急峻な線量増加が、有利であることを明らかにした。中心部の線量は一定以上に高く保つべきであるが、装置・照射法によってある程度ばらつくのは許容された。5回以上の分割照射では治療期間中にGTVが有意に縮小・膨化する可能性があるが、超不均一GTV線量では膨化は例外的で縮小(+変位)する傾向が高かった。早期の縮小は早期の症状改善に寄与するが、正常脳に計画以上の線量が照射されることにもなり、局在によっては晩期に脳壊死が問題となる例があることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
普及率が高く用途・適用も広い汎用ライナック装置を用い、線量分布の点で最も優れた回転型強度変調定位照射について、単発病変について基礎的、物理的解析を進め、非水平アーク使用の意義、超不均一なGTV線量の基本的妥当性を明らかにできた。脳の耐容性について、過去に指摘された線量体積因子、局在のみでは予測できない脳壊死に関連する因子を明らかにした。放射線抵抗性の腎癌について大型病変でも一定以上のGTV辺縁線量と超不均一GTV線量によって緩徐ながら著明な縮小が得られることを明らかにした。10分割照射について1回照射24 Gy相当と等価な線量は53 Gy以上であることを限られた症例数であるが明らかにした。GTV辺縁53 Gy以上で中心1.25倍以上とすることで10 cc超の大型病変でも1年以上の縮小維持が達成できる場合が多いことを明らかにした。本法により照射期間中の早期縮小、症状の早期改善、最大奏功の改善(より著明な縮小～寛解相当達成)、そのより長期の維持が得られやすいが、照射期間中の計画以上の局所脳高線量照射は晩期の脳壊死発症につながる場合があることを明らかにした。回転原体照射では1 cm以下の小型病変でGTV線量が均一めになる、GTV外線量減衰が急峻となりやすい問題があるが、その改善法を明らかにした。腎機能低下例など造影剤投与が困難な例があるが、T2強調像でGTV境界が概ね視認できる場合、T2腫瘤とGTVと定義しその内外の線量勾配を最適化することで短期ながら定位照射単独が適用可能なことを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
1回照射で抗腫瘍効果がある程度確立されている線量と臨床的に等価な分割照射線量、生物学的等価線量(BED)の最適な換算式を解析する。3～15分割で検討する。既存のLQモデルに加え、LQC、LQLモデル、さらにα/β比について10～20を中心により低い場合も想定し臨床例との対比を進める。引き続きGTV境界とその内外の線量勾配の最適化の観点から、GTV境界とその内外2 mmの線量を中心に解析を進める。その上で、1年以上安定した縮小維持が得られる例とそうでない増悪例について、抗腫瘍効果の点で必要なBED、その換算式を見極めていく。脳の耐容性に関連して、見苦しい照射後画像変化、治療介入が必要な脳壊死に関連する線量体積因子、5～10分割照射の適用限界を解析する。T2腫瘤と造影病変の乖離例、造影剤の顕著な滲出例について特に顕微鏡的脳浸潤の包含有無を含め至適な標的定義について検討する。定位照射後の増悪例(造影病変の拡大)について、腫瘍遺残再増殖・脳壊死(照射後変化)のいずれが優位かの至適な判断基準(治療内容と画像評価の対比)と、再照射の適応判断、その線量・線量分布について解析を進める。全脳照射先行後に定位照射を早期に追加する場合、その至適線量についてBEDの観点から解析を進める。
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Report
(2 results)
Research Products
(34 results)
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[Journal Article] Dosimetric impacts of beam-hardening filter removal for the CyberKnife system2021
Author(s)
Takeshi Kamomae, Takuma Matsunaga, Junji Suzuki, Kuniyasu Okudaira, Fumitaka Kawabata, Yutaka Kato, Hiroshi Oguchi, Morihito Shimizu, Motoharu Sasaki, Yuki Takase, Mariko Kawamura, Kazuhiro Ohtakara, Yoshiyuki Itoh, Shinji Naganawa
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Journal Title
Phys Med
Volume: 86
Pages: 98-105
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Development of an x-ray-opaque-marker system for quantitative phantom positioning in patient-specific quality assurance2021
Author(s)
Kentaro Suzuki, Takeshi Kamomae, Hiroshi Oguchi, Fumitaka Kawabata, Kazuma Sugita, Kuniyasu Okudaira, Masaki Mori, Shinji Abe, Masataka Komori, Mariko Kawamura, Kazuhiro Ohtakara, Yoshiyuki Itoh, Shinji Naganawa
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Journal Title
Phys Med
Volume: 91
Pages: 121-130
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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