三次元原体照射における自動再計画システムの開発

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K19224
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 金井 貴幸 山形大学, 医学部, 助教 (40764139)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 放射線治療 / 適応放射線治療 / Cone-beam CT / 自動再計画 / 変形画像位置合わせ

Outline of Annual Research Achievements

根治的放射線治療では、治療期間中に患者の体型の変化、腫瘍の縮小や増大、腫瘍周辺の正常臓器の位置の変化が生じるため、あらかじめマージンを付加した上で照射を行うことでこれらの影響を補償している。そこで、治療期間中に患者や腫瘍の変化に応じ治療計画の修正を頻回に行う適応放射線治療により、このマージンを縮小し、正常組織への線量低減と腫瘍線量の担保が可能になると考えられる。
本研究は、三次元原体照射の治療計画を患者位置合わせ用のcone-beam CTを用いて再計画するソフトウェアを開発し、適応放射線治療を簡便に行うためのシステムを構築することを目的とする。三次元原体照射は本邦で行われている放射線治療の7割以上を占めることから、本研究で開発したシステムを現在行われている放射線治療の多くに用いることができる。また、三次元原体照射は強度変調放射線治療に比べ計画自体が単純であるため、事前の線量検証も不要である。そのため、患者位置合わせ用のcone-beam CTを撮像したその場で修正した治療計画を照射することが可能であると考えられる。
平成29年度はまず、体内の変形量を多葉コリメータに対し適用するアルゴリズムの修正を行った。これにより、患者の変形に合わせた多葉コリメータ位置の修正を適切に行うことができた。
次に、治療中の腫瘍の縮小や患者の体型変化を適切に推定するための変形画像位置合わせ技術の開発を行った。従来、変形画像位置合わせは3次元的な画像情報に基づいて位置合わせを行うが、今回、治療の進行具合という時間軸を追加することで、4次元的な画像位置合わせを可能とするアルゴリズムを開発した。Cone-beam CTは画質が悪いため、画像変形の際に過変形や異常変形が発生しやすいが、開発されたアルゴリズムは画像の過変形や異常変形を抑制することが可能であった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初、開発した位置合わせアルゴリズムは4次元的な情報を扱うために計算量が増大し、位置合わせに3時間を超える時間を要していた。これをアルゴリズムの変更により1時間程度まで短縮したが、未だ適応放射線治療を行う上での時間的なボトルネックになり得る時間である。

Strategy for Future Research Activity

開発した位置合わせアルゴリズムは未だ計算時間が長大なため、変形のパラメータ調整や最適化アルゴリズムの変更により、更なる計算時間の短縮を図る。また、過変形ファントムを作成し、開発した多葉コリメータ自動修正アルゴリズムや画像変形位置合わせアルゴリズムが正しく動作するか検証を行う。また、患者画像を用いて同様に、今回開発したシステムの検証を行う。

Causes of Carryover

プログラム開発に時間を要し、平成29年度に予定していたファントム制作を行うことができなかったため、次年度使用額が生じている。実験用の過変形ファントムの製作及び実験結果の解析に使用する予定である。