Development of high-precision dose evaluation system with the uncertainty in radiotherapy

• Project/Area Number: 21K07722
• 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: Niigata University
• Principal Investigator: 棚邊 哲史 新潟大学, 医歯学総合病院, 助教 (80743898)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 智成 新潟大学, 医歯学系, 助教 (80885517)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 不確かさ / マージン / シングルアイソセンタ / カウチモデリング / 動体追跡放射線治療システム / MLC位置誤差 / 患者位置誤差 / 強度変調放射線治療 / 定位放射線治療 / 画像誘導放射線治療 / CT値 / 局所制御率 / 正常組織障害発生確率 / 放射線治療 / 高精度 / 線量評価

Outline of Research at the Start

研究代表者は、これまで放射線治療計画や患者位置合わせに対する不確かさ低減に向けて研究を進めてきた。一方、現行の放射線治療計画装置において不確かさを評価するシステムは未だ構築されていない。吸収線量や線量分布の不確かさは、腫瘍制御や正常組織合併症に影響を与えるため、許容される不確かさを評価することは重要である。本研究の目的は、放射線治療計画装置の線量分布に不確かさを加味した線量評価を実現することである。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、放射線治療計画装置の線量分布に不確かさを加味した線量評価を実現することである。2023年度に行った研究実績の主な概要を以下に示す。
（１）前立腺がん全摘出後再発症例の放射線治療における動体追跡放射線治療システムSyncTraX FX4の位置照合精度評価を行い、従来使用されているリニアックのkV画像を用いた照合と概ね同等の不確かさであることを示した。これらの成果は日本放射線腫瘍学会第36回学術大会（2023.11.30-12.2）にて報告した。
（２）シングルアイソセンタ照射法の患者線量検証におけるカウチモデリングの影響を評価し、カウチのCT値の不確かさが線量分布に及ぼす影響を定量的に評価し、最適なCT値を提案した。これらの成果は第51回日本放射線技術学会秋季学術大会（2023.10.27-29）にて報告した他、米国医学物理学会の論文雑誌Medical Dosimetryに掲載された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究計画調書に沿った研究進捗状況は遅れていることから、現在までの進捗状況区分は「やや遅れている。」と自己評価した。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は主に以下研究を遂行する予定である。
TrueBeam（Varian社製）およびSyncTraX FX4システム（島津製作所社製）それぞれの照合装置における臨床データを用いて、患者位置誤差に対する不確かさを評価する。また、後者のシステムは動体追跡放射線治療が可能であるため、動体時の不確かさについても検討し、最終的に線量分布へ及ぼす影響を定量的に評価する。

Research Products

• [Journal Article] Multicomponent mathematical model for tumor volume calculation with setup error using single-isocenter stereotactic radiotherapy for multiple brain metastases (2023)
  • Author(s): Nakano Hisashi、Shiinoki Takehiro、Tanabe Satoshi、Nakano Toshimichi、Takizawa Takeshi、Utsunomiya Satoru、Sakai Madoka、Tanabe Shunpei、Ohta Atsushi、Kaidu Motoki、Nishio Teiji、Ishikawa Hiroyuki
  • Journal Title: Physical and Engineering Sciences in Medicine Volume: － Issue: 2 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1007/s13246-023-01241-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Radiological imaging protection: a study on imaging dose used while planning computed tomography for external radiotherapy in Japan (2023)
  • Author(s): Kito Satoshi、Suda Yuhi、Tanabe Satoshi、Takizawa Takeshi、Nagahata Tomomasa、Tohyama Naoki、Okamoto Hiroyuki、Kodama Takumi、Fujita Yukio、Miyashita Hisayuki、Shinoda Kazuya、Kurooka Masahiko、Shimizu Hidetoshi、Ohno Takeshi、Sakamoto Masataka
  • Journal Title: Journal of Radiation Research Volume: 65 Issue: 2 Pages: 159-167
  • DOI: 10.1093/jrr/rrad098
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prediction of patient‐specific quality assurance for volumetric modulated arc therapy using radiomics‐based machine learning with dose distribution (2023)
  • Author(s): Ishizaka Natsuki、Kinoshita Tomotaka、Sakai Madoka、Tanabe Shunpei、Nakano Hisashi、Tanabe Satoshi、Nakamura Sae、Mayumi Kazuki、Akamatsu Shinya、Nishikata Takayuki、Takizawa Takeshi、Yamada Takumi、Sakai Hironori、Kaidu Motoki、Sasamoto Ryuta、Ishikawa Hiroyuki、Utsunomiya Satoru
  • Journal Title: Journal of Applied Clinical Medical Physics Volume: 25 Issue: 1 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1002/acm2.14215
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deep learning‐based detection and classification of multi‐leaf collimator modeling errors in volumetric modulated radiation therapy (2023)
  • Author(s): Nakamura Sae、Sakai Madoka、Ishizaka Natsuki、Mayumi Kazuki、Kinoshita Tomotaka、Akamatsu Shinya、Nishikata Takayuki、Tanabe Shunpei、Nakano Hisashi、Tanabe Satoshi、Takizawa Takeshi、Yamada Takumi、Sakai Hironori、Kaidu Motoki、Sasamoto Ryuta、Ishikawa Hiroyuki、Utsunomiya Satoru
  • Journal Title: Journal of Applied Clinical Medical Physics Volume: 24 Issue: 12 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1002/acm2.14136
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Verification of Qfix Encompass? couch modeling using the Acuros XB algorithm and HypeArc? using a high-spatial-resolution two-dimensional diode array (2023)
  • Author(s): Yamada Takumi、Nakano Hisashi、Tanabe Satoshi、Sakai Tatsuya、Tanabe Shunpei、Oka Tetsuya、Sakai Hironori、Oshikane Tomoya、Nakano Toshimichi、Ohta Atsushi、Kanazawa Tsutomu、Kaidu Motoki、Ishikawa Hiroyuki
  • Journal Title: Medical Dosimetry Volume: 48 Issue: 4 Pages: 261-266
  • DOI: 10.1016/j.meddos.2023.06.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mathematical model combined with microdosimetric kinetic model for tumor volume calculation in stereotactic body radiation therapy (2023)
  • Author(s): Nakano Hisashi、Shiinoki Takehiro、Tanabe Satoshi、Utsunomiya Satoru、Takizawa Takeshi、Kaidu Motoki、Nishio Teiji、Ishikawa Hiroyuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 10981-10981
  • DOI: 10.1038/s41598-023-38232-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Relationship between the Contouring Time of the Metal Artifacts Area and Metal Artifacts in Head and Neck Radiotherapy (2023)
  • Author(s): Kouji Katsura, Satoshi Tanabe, Hisashi Nakano, Madoka Sakai, Atsushi Ohta, Motoki Kaidu, Marie Soga, Taichi Kobayashi, Masaki Takamura, Takafumi Hayashi
  • Journal Title: Tomography Volume: 9(1) Issue: 1 Pages: 98-104
  • DOI: 10.3390/tomography9010009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The impact of target positioning error and tumor size on radiobiological parameters in robotic stereotactic radiosurgery for metastatic brain tumors (2022)
  • Author(s): Takizawa Takeshi、Tanabe Satoshi、Nakano Hisashi、Utsunomiya Satoru、Sakai Madoka、Maruyama Katsuya、Takeuchi Shigekazu、Nakano Toshimichi、Ohta Atsushi、Kaidu Motoki、Ishikawa Hiroyuki、Onda Kiyoshi
  • Journal Title: Radiological Physics and Technology Volume: 5 Issue: 2 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1007/s12194-022-00655-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Radiobiological evaluation considering the treatment time with stereotactic radiosurgery for brain metastases (2022)
  • Author(s): Hisashi Nakano, Takeshi Takizawa, Daisuke Kawahara, Satoshi Tanabe, Satoru Utsunomiya, Motoki Kaidu, Katsuya Maruyama, Shigekazu Takeuchi, Kiyoshi Onda, Masahiko Koizumi, Teiji Nishio and Hiroyuki Ishikawa
  • Journal Title: BJR|Open Volume: 4(1) Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1259/bjro.20220013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Graded Prognostic Assessment (GPA) for Patients With Lung Cancer and Brain Metastases: Initial Report of the Small Cell Lung Cancer GPA and Update of the Non-Small Cell Lung Cancer GPA Including the Effect of Programmed Death Ligand 1 and Other Prognostic Factors (2022)
  • Author(s): Paul W Sperduto, Brian De, Jing Li,...Tanabe S, Nakano T, et al.
  • Journal Title: International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics Volume: 114(1) Issue: 1 Pages: 60-74
  • DOI: 10.1016/j.ijrobp.2022.03.020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Radiobiological evaluation considering setup error on single-isocenter irradiation in stereotactic radiosurgery (2021)
  • Author(s): Hisashi Nakano, Satoshi Tanabe, Ryuta Sasamoto, Takeshi Takizawa, Satoru Utsunomiya, Madoka Sakai, Toshimichi Nakano, Atsushi Ohta, Motoki Kaidu, Hiroyuki Ishikawa
  • Journal Title: Journal of Applied Clinical Medical Physics Volume: 22(7) Issue: 7 Pages: 266-275
  • DOI: 10.1002/acm2.13322
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A comparative study of high-dose-rate brachytherapy boost combined with external beam radiation therapy versus external beam radiation therapy alone for high-risk prostate cancer (2021)
  • Author(s): Tomoya Oshikane, Motoki Kaidu, Eisuke Abe, Atsushi Ohta, Hirotake Saito, Toshimichi Nakano, Moe Honda, Satoshi Tanabe, Satoru Utsunomiya, Ryuta Sasamoto, Fumio Ishizaki, Takashi Kasahara, Tsutomu Nishiyama, Yoshihiko Tomita, Hidefumi Aoyama, Hiroyuki Ishikawa
  • Journal Title: Journal of Radiation Research Volume: 62(3) Issue: 3 Pages: 525-532
  • DOI: 10.1093/jrr/rrab006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Mathematical Model for Tumor Volume Calculation with Setup Error Using Single-Isocenter Stereotactic Radiotherapy (2023)
  • Author(s): 中野永、椎木健裕、棚邊哲史、中野智成、滝澤健司、 宇都宮悟、坂井まどか、田邊俊平、海津元樹、西尾禎治、石川浩志
  • Organizer: 第125回日本医学物理学会学術集会
• [Presentation] Evaluation of treatment planning parameters affecting the gamma analysis based on machine learning for CyberKnife brain stereotactic radiotherapy (2023)
  • Author(s): 中村沙愛、滝澤健司、宇都宮悟、中野永、棚邊哲史、川村拡矢、亀井智也、丸山克也、笹本龍太、恩田清
  • Organizer: 第125回日本医学物理学会学術集会
• [Presentation] Unsupervised learning with Generative Adversarial Network for error detection in intensity-modulated radiation therapyUnsupervised learning with Generative Adversarial Network for error detection in intensity-modulated radiation therapy (2023)
  • Author(s): 眞弓和輝、田邊俊平、中野永、棚邊哲史、海津元樹、近藤世範、笹本龍太、石川浩志、宇都宮悟
  • Organizer: 第125回日本医学物理学会学術集会
• [Presentation] シングルアイソセンタ照射法におけるカウチモデリングと高解像 度二次元検出器による線量評価 (2023)
  • Author(s): 山田巧、坂井達矢、中野永、棚邊哲史、岡哲也、坂井裕則、金沢勉
  • Organizer: 第51回日本放射線技術学会秋季学術大会
• [Presentation] シングルアイソセンタ照射法の患者線量検証におけるカウチモデリングの影響 (2023)
  • Author(s): 坂井達矢、山田巧、岡哲也、坂井裕則、棚邊哲史、中野永、金沢勉
  • Organizer: 第51回日本放射線技術学会秋季学術大会
• [Presentation] 前立腺がん全摘出後再発症例の放射線治療におけるSyncTraX FX4の位置照合精度評価 (2023)
  • Author(s): 上村直史、棚邊哲史、桑原亮太、栗林俊輝、井開章博、金子隼汰、阿部一樹、高頭浩正、川口弦
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第36回学術大会
• [Presentation] 局所前立腺IMRTの位置照合撮影に関するアンケート調査結果報告「第一報：撮影回数」 (2023)
  • Author(s): 滝澤健司、木藤哲史、棚邊哲史、須田雄飛、長畑智政
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第36回学術大会
• [Presentation] 局所前立腺IMRTの位置照合撮影に関するアンケート調査結果報告「第二報：撮影線量」 (2023)
  • Author(s): 滝澤健司、木藤哲史、棚邊哲史、須田雄飛、長畑智政
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第36回学術大会
• [Presentation] 内部信号を用いた体幹部定位放射線治療のtumor tracking (2023)
  • Author(s): 棚邊哲史
  • Organizer: 第32回日本定位放射線治療学会
  • Invited
• [Presentation] 論文を書こう (2023)
  • Author(s): 棚邊哲史
  • Organizer: 日本医学物理士会主催 第15回医学物理士Zoom座談会
• [Presentation] 肺定位放射線治療に対する動体追跡照射 (2023)
  • Author(s): 棚邊哲史
  • Organizer: 2023医学物理士セミナー③ 『呼吸性移動対策の導入』
• [Presentation] 研究費を獲得しよう (2023)
  • Author(s): 棚邊哲史
  • Organizer: 日本医学物理士会主催 第21回医学物理士Zoom座談会
• [Presentation] Radiobiological evaluation considering the treatment time with CyberKnife stereotactic radiosurgery for brain metastases (2022)
  • Author(s): 中野永, 滝澤健司, 河原大輔, 棚邊哲史, 宇都宮悟, 海津元樹, 丸山克也, 竹内茂和, 恩田清, 小泉雅彦, 西尾禎治, 石川浩志
  • Organizer: 第123回日本医学物理学会学術大会
• [Presentation] The impact of MLC positional errors on radiobiological metrics in volumetric-modulated radiation therapy (2022)
  • Author(s): 木下友誉, 西潟貴幸, 石坂夏希, 中村沙愛, 棚邊哲史, 中野永, 坂井まどか, 田邊俊平, 滝澤健司, 海津元樹, 石川浩志, 宇都宮悟
  • Organizer: 第123回日本医学物理学会学術大会
• [Presentation] サイバーナイフによる円形照射野を用いた頭蓋内定位照射の線量検証に影響を与える治療計画パラメータ (2022)
  • Author(s): 亀井智也, 滝澤健司, 宇都宮悟, 中野永, 棚邊哲史, 阿部智也, 恩田清, 丸山克也, 笹本龍太
  • Organizer: 第31回日本定位放射線治療学会
• [Presentation] 脳転移全脳照射後3年経過した症例の認知機能・健康関連QOL (2022)
  • Author(s): 中野智成, 吉村奈津美, 本田母映, 押金智哉, 太田篤, 山名展子, 中野永, 棚邉哲史, 海津元樹, 石川浩志 第146回日本医学放射線学会北日本地方会 2022年7月
  • Organizer: 第146回日本医学放射線学会北日本地方会
• [Presentation] 精嚢浸潤前立腺癌に対する外照射併用高線量率組織内照射の治療成績 (2022)
  • Author(s): 押金智哉, 海津元樹, 吉村奈津実, 本田母映, 中野智成, 太田篤, 山名展子, 阿部智也, 田邊俊平, 中野永, 棚邊哲史, 宇都宮悟, 石川浩志
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [Presentation] 脳転移全脳照射後3年生存症例の認知機能に関連する因子 (2022)
  • Author(s): 中野智成, 吉村奈津美, 本田母映, 押金智哉, 山名展子, 太田篤, 中野永, 棚邊哲史, 海津元樹, 石川浩志
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [Presentation] 前立腺癌に対するSpaceOARを併用した三次元原体照射における線量増加の検討 (2022)
  • Author(s): 川口弦, 棚邊哲史, 桑原亮太, 栗林俊輝, 上村直史, 井開章博, 金子隼汰, 高頭浩正, 原昇, 西山勉
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [Presentation] 治療計画CTの被ばく線量に関する実態調査アンケートの報告 (2022)
  • Author(s): 須田雄飛, 木藤哲史, 滝澤健司, 棚邊哲史, 長畑智政
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [Presentation] JASTRO研究課題報告：放射線治療における位置照合撮影線量の実態調査研究 (2022)
  • Author(s): 木藤哲史, 須田雄飛, 棚邊哲史, 滝澤健司, 長畑智政, 遠山尚紀, 藤田幸男, 大野剛, 篠田和哉, 兒玉匠, 宮下久之
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [Presentation] 治療計画CT装置のプロセスベースによるCT値の許容限度および介入限度の評価 (2022)
  • Author(s): 上村直史, 棚邊哲史, 桑原亮太, 栗林俊輝, 井開章博, 金子隼汰, 高頭浩正, 川口弦
  • Organizer: 第12回東北放射線医療技術学術大会
• [Presentation] 脳定位放射線治療におけるGTV体積と位置誤差が放射線治療計画の線量分布パラメータに及ぼす影響 (2022)
  • Author(s): 井開章博, 棚邊哲史, 上村直史, 桑原亮太, 栗林俊輝, 金子隼汰, 阿部一樹, 高頭浩正, 川口弦
  • Organizer: 第12回東北放射線医療技術学術大会
• [Presentation] 前立腺癌治療計画に必要な基礎知識・マージン (2022)
  • Author(s): 棚邊哲史
  • Organizer: 放射線治療あすなろ会 第2回治療計画セミナー
  • Invited
• [Presentation] SyncTraX FX4のコミッショニング (2022)
  • Author(s): 棚邊哲史
  • Organizer: 第65回臨床医学物理研究会
  • Invited
• [Presentation] Radiobiological Evaluation on Single-Isocenter Technique with Setup Error in Stereotactic Radiosurgery (2021)
  • Author(s): 中野永、棚邊哲史、滝澤健司、山田巧、宇都宮悟、坂井裕則、石川浩志
  • Organizer: 第77回日本放射線技術学会総会学術大会
• [Presentation] Evaluation of complexity of VMAT plans using radiomic features of 3-dimensional dose distributions and its correlation to gamma passing rate (2021)
  • Author(s): 石坂夏希、中村沙愛、上田真敬、棚邊哲史、中野永、坂井まどか、滝澤健司、海津元樹、石川浩志、宇都宮悟
  • Organizer: 第121回日本医学物理学会学術大会
• [Presentation] Deep learning-based detection and classification of MLC modeling errors in VMAT patient-specific QA (2021)
  • Author(s): 中村沙愛、石坂夏希、上田真敬、棚邊哲史、中野永、坂井まどか、李鎔範、海津元樹、石川浩志、宇都宮悟
  • Organizer: Deep learning-based detection and classification of MLC modeling errors in VMAT patient-specific QA
• [Presentation] シングルアイソセンタ照射法における高解像度二次元検出器の線量評価 (2021)
  • Author(s): 山田巧、坂井達矢、中野永、棚邊哲史、岡哲也、比護祐介、坂井裕則、金澤勉
  • Organizer: 第49回日本放射線技術学会秋季学術大会
• [Presentation] IMRT QAにおける3D患者線量検証ソフトウェアの有用性の検討 (2021)
  • Author(s): 桑原亮太、棚邊哲史、栗林俊輝、井開章博、高頭浩正、宇都宮悟、川口弦
  • Organizer: 第49回日本放射線技術学会秋季学術大会
• [Presentation] 頭頸部強度変調放射線治療における金属アーチファクトの輪郭抽出時間への影響 (2021)
  • Author(s): 勝良剛詞、棚邊哲史、中野永、坂井まどか、宇都宮悟、太田篤、海津元樹、曽我麻里恵、林孝文
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第34回学術大会
• [Presentation] Effect of target positioning error on tumor control probability in stereotactic radiosurgery for metastatic brain tumors using the CyberKnife M6 (2021)
  • Author(s): Takizawa T, Tanabe S, Nakano H, Utsunomiya S, Sakai M, Maruyama K, Takeuchi S, Nakano T, Ohta A, Kaidu M, Ishikawa H, Onda K
  • Organizer: AAPM 63rd Annual Meeting and Exhibition
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 新潟大学医歯学総合病院 放射線治療科 医学物理グループ
  • URL: https://www.med.niigata-u.ac.jp/rad/medphys/index.html
• [Remarks] 新潟大学医歯学総合研究科 放射線医学分野（新潟大学医学部放射線医学教室）
  • URL: https://www.med.niigata-u.ac.jp/rad/welcome.html
• [Remarks] reseachmap
  • URL: https://researchmap.jp/tanabe_satoshi
• [Remarks] 新潟大学医歯学総合病院 放射線治療科 医学物理グループ
  • URL: https://www.med.niigata-u.ac.jp/rad/medphys/index.html