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 2023)
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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 / 強度変調回転照射 / 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 |
定位照射に特化した照射野の狭い装置ではない汎用ライナック装置(多分割絞り幅5 mm)による強度変調回転照射(VMAT)とロボット技術による固定超多門照射に関し、単発から複数個(10前後)に対する最適な計画法(最適化法)の検討を進めた。異なる装置・照射技術（多軌道回転原体法、ロボット技術による固定超多門照射、強度変調回転照射）による過去5年間の縮小維持例と局所再発例に関し、線量パラメータの解析を進めた。様々な線量分割での抗腫瘍効果を推定するのに適した生物学的等価線量（BED）のモデルを検討した。一次二次モデルでのBED 80 Gy以上を柔軟な線量分割で肉眼的腫瘍塊（GTV）境界に担保する方針は、最大奏功の改善とその維持期間の有意な延長、治療を要する脳壊死を有意な軽減に寄与したが、介入必要な照射後変化や1年以降の晩期再発例が少数ながら観察され、その原因を解析し改善するための方法を検討した。肉眼的腫瘍(GTV)境界に対する適切な処方法、線量分布の最適化法、線量分割に関する改善点を明らかにした。治療後の再発と脳壊死の鑑別に関し、辺縁遺残とその後の再増殖(再発)優位と判断する基準を検討し、特にGTV境界から内部のBEDの目安を明らかにした。再発優位例に対する再(定位)照射に関し、至適線量と線量分布を検討し、少数例であるがその臨床的有用性を明らかにした。ロボット照射において複数病変に対する可変式コリメータを活用した単一計画による効率的な一連照射法を考案しその有用性を明らかにした。
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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
脳転移に対する様々な線量分割での定位照射の抗腫瘍効果に関し、局所再発例と長期縮小維持例の比較から、最適な生物学的等価線量(BED)モデルを検討した。培養細胞系では不適合性が指摘される一次二次モデル(LQ model)、α/β比10が、LQCやLQLモデルやα/β比12以上に比べ臨床脳転移により適していることを明らかにした。定位照射後の再発例に関し、BED 80 Gy以上での肉眼的腫瘍(GTV)境界のカバー率の不十分さ、GTV境界内側の線量増加の不十分さ、線量分割増加の余地などの改善点を明らかにした。治療後の再発と脳壊死の鑑別に関し、辺縁遺残とその後の再増殖(再発)優位と判断する基準として、GTV境界(80 Gy未満)から内部(2 mm内側100 Gy未満)のBEDの目安を明らかにした。再発優位例に対する再(定位)照射に関し、5分割以上でのGTV境界BED 80 Gy以上、その内側の同心性層状の急峻な線量増加の臨床的有用性を、少数例であるが明らかにした。特徴的な遺伝子変異を有する肺腺癌脳転移はBED 80 Gy未満(60 Gy程度)でも長期縮小維持達成可能な場合が多いが、それ以外の多くの組織型では80 Gy以上の必要性が示唆された。強度変調回転照射に関し、GTV内部の線量制約を設けないコスト関数のシンプルな組み合わせによる最適化の有用性を明らかにした。ロボット照射において複数病変に対する可変式コリメータを活用した単一計画による効率的な一連照射法を考案しその有用性を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
強度変調回転照射の最適化に関し、GTV外線量軽減を最も効果的に行うためのコスト関数の使用法、多軌道アークの最適な回転範囲、多分割絞りの異なる回転角度の組み合わせの意義などを明らかにする。早期頭蓋内多数再発や髄液播種の予防と神経認知機能温存のバランスに配慮した25～30 Gy相当の全脳照射や拡大局所照射の定位照射への適切な同時統合のための強度変調の最適化法を明らかにする。GTV境界の線量処方・評価法を見直し、一般的な特定の%カバーでの処方の問題点を明らかにする。装置・照射技術の差異によらず治療計画内容を客観的に表記できる共通基盤となる線量評価指標の解析を進め、GTV外線量減衰マージンの適切さに関し、線量減衰が急峻過ぎると判断する基準(新規評価基準の考案)とその修正法を検討する。またGTV内部線量の適切な評価法を見直し、GTV境界の2-4 mm内側の線量評価の意義を明らかにする。2-3 cm以上、5 cm程度までの大型病変の局所制御と安全性向上のため、最適な線量分割、必要なBED、6分割以上での脳の耐容線量に関する解析を進める。
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Report
(3 results)
Research Products
(49 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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