2016 Fiscal Year Research-status Report
定量的磁化率マッピングを用いた高精度線量計算システムの開発
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15K19198
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
伊藤 謙吾 東北大学, 大学病院, 助手 (40705076)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 定量的磁化率マッピング / MRI-based RTP |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，磁気共鳴断層撮像装置（MRI）で取得した人体の磁化率値を電子濃度へ変換し放射線治療計画の立案に応用，MRI画像を元にした治療計画（MRI-based RTP）を行うことである．昨年度までは，MRI画像から磁化率分布を取得するのに必要となる定量的磁化率マッピング（QSM）のアルゴリズム開発と適切な撮像パラメータ，画像再構成パラメータの検討を行ってきた．当初は電子濃度が既知となっている試料を撮像し，磁化率-電子濃度変換テーブルを作成する計画であったが，電子濃度が既知となっている試料でMRI撮像に対応したものがなかったことから別の方法で変換テーブルの作成を試みた．
ボランティア1名の頭部を撮像し，取得した磁化率分布と電子濃度分布間でボクセルごとに対応を評価することで磁化率-電子濃度変換テーブルの作成を行った．しかし，磁化率と電子濃度の間で特徴的な関係性を得ることができず，磁化率-電子濃度変換テーブルを用いた方法は実現困難となった．
当初の想定では，磁化率値は分子によって異なる値を持っていることから，磁化率分布からボクセルを占める主な分子の同定を行うことで電子濃度を取得することができると考えていた．磁化率は分子によって異なる値を示すものの，磁化率分布のボクセルサイズが比較的大きく1ボクセルに多様な分子が含まれることや鉄，カルシウムといった強い磁性体の影響を強く受けることなどから特徴的な関係性がみられなかったと考えられる．
以上のの内容を2016年にアメリカで開催された国際学会AAPMで報告し，現在論文を学会誌に投稿，査読中である．
また，磁化率分布を用いて閾値処理することで組織分割が可能であるかどうかを現在検討中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度までに磁化率分布の算出に必要となる定量的磁化率マッピング（QSM）のアルゴリズム開発と適切な画像再構成パラメータの検索，および磁化率-電子濃度変換テーブルの作成を行ってきた．
上述した通り，磁化率-電子濃度変換テーブルの作成は困難であったことから，磁化率値からボクセルごとに鉄，カルシウムの濃度を算出し，線量計算へ反映させる方法を新たに考案した．鉄，カルシウムは比較的高原子番号物質であることから線量分布への影響も大きく，これらを線量計算に反映させることができるだけでもMRI-based RTPの可能性を見出すことができると考えた．しかし，骨や石灰以外の軟部組織領域では，これら鉄，カルシウム成分の絶対的な量は微小であり線量分布への影響も微小であることが想定された．また，モンテカルロシミュレーションを用いた線量分布の描出を試みたが，ボクセルごとに成分量を変更した場合の計算アルゴリズムの複雑さやシミュレーションに多大な計算時間が必要となること，臨床への影響が微小であることなどを理由に，鉄，カルシウムの濃度を反映した線量計算を断念した．
現在は，これまでの成果をまとめ学会誌に投稿し，査読中である．
また，磁化率分布を閾値処理することで組織分割が可能かどうか，それを線量計算へ応用することが可能であるかどうかも評価中である．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在，これまでの内容を論文にまとめ学会誌に投稿中，査読中である．今後の査読者からの返信に応じて，必要となるデータの収集や論文の修正を随時行っていく計画である．
また，磁化率分布を閾値処理するのに適切な磁化率値の決定および線量計算への応用が可能であるかを検討していく．
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| Causes of Carryover |
当初の計画では，磁化率-電子濃度変換テーブルを作成した後，CT・MRI両対応人体頭部ファントムを3Dプリンターを用いて作成し，線量計算の実施，提案法の検証を行っていく予定であった．しかし，磁化率-電子濃度変換テーブルの作成が困難であることなどからファントムの作成を断念したため，次年度使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
これまでの研究内容を論文にまとめ，現在学会誌へ投稿中，査読中である．余剰額は，論文の校正費，および投稿料として使用する計画である．
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