Image guided brachytherapy using transrectal ultrasound / MRI fusion imaging

• Project/Area Number: 21K07600
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52040:Radiological sciences-related
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: 清水 大介 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 客員講師 (70453107)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶川 智博 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (30846522) ; 山崎 秀哉 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50301263) ; 鈴木 弦 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (80279182) ; 武中 正 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (80626771)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 小線源治療 / 画像誘導 / 経直腸超音波 / MRI / fusion / 子宮頸癌 / 画像誘導小線源治療 / ナビゲートシステム

Outline of Research at the Start

子宮頸癌治療で小線源治療は有用だが、進行例（骨盤壁浸潤等）や巨大腫瘤などでは治療成績が不十分である。我々はその治療計画にCTやMRIを用い、さらに組織内照射を併用して治療成績を向上させている。しかし本方法では組織内針刺入時に経直腸超音波(TRUS)を用いるため、刺入による技術差が生じ、治療計画の再現性が低下する。そこで、組織内針刺入時にTRUSにCT/MRIを融合させ、刺入点・刺入経路・刺入到達点をマッピングした最適な治療計画を作成、さらにナビゲーションシステムも加えることで、正確かつ安全・迅速な画像fusion穿刺技術および治療補助システムを開発する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、子宮頸癌に対する組織内針刺入時の経直腸超音波（TRUS）画像にMRI画像をfusionして線量分布認識の相違を少なくし、その画像上で刺入をナビゲートするシステムを開発することであり、昨年度はTRUS画像とMRI画像のfusionおよび精度評価についての検討を行った。本研究では、対象ポイントを指定してMRI画像を変形させTRUS画像に fusion を行う deformable image registration (DIR) を使用する。まず過去に治療された子宮頸癌腔内照射患者症例にて、治療前のMRIをDIRで変形させ、タンデム・オボイドが留置された状態のTRUS画像とfusionを行った。MRI画像で指定した刺入予定部位とTRUSの該当部位との位置誤差を2次元的に解析したが、位置誤差は比較的大きい症例が多かった。理由としては子宮頸部は前立腺とは異なり病変がやや広範になること、TRUSプローブによる変形もやや強く、直腸コイルを用いずに撮影されたMRI画像との相違が生じていること、またタンデム・オボイドが留置された状態では、留置されていない治療前の状態と比較して条件が大きく異なること、が考えられ、DIRの方法については再考が必要と考えられた。
今年度は1回目の腔内照射時MRIとTRUSをfusionさせることとした。5例の症例でfusionを試みたところ、MRI画像は直腸コイルを用いて撮影されていないため、超音波画像と同様のfan型になるよう変形を行ってからDIR fuisonを行ってもtandem位置は大きく異なった。MRI画像の切り出しを再度行いtandem合わせでfusionしたところ、子宮頸部の位置合わせは比較的良好に得られた。ただし、TRUSによる子宮頸部変形の影響は残り、今後はこれを考慮したfusionを考えていく必要がある。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本年度も、昨年度の結果を踏まえて再考したTRUS画像とMRI画像のfusion（DIR）および精度評価を行うことが主な予定であったが、さらにTRUSの影響を考慮したDIRを考えていく必要があるため、当初の計画予定表からは遅れていると判断される。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度の研究結果からDIRの方法についてはさらに再考の上再評価を行い、令和5年度については遅れている計画を含めて、標的への刺入ナビゲートシステムの開発や、組織内照射治療時MRIを用いた刺入点、刺入経路、刺入到達点のマッピングなどを行う研究につなげていく。