2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of intensity-modulated radiation therapy treatment planning by actively utilizing nonlinear dynamics
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18K04169
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
吉永 哲哉 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 教授 (40220694)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 強度変調放射線治療 / 最適化問題 / 微分方程式 / 非線形問題 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強度変調放射線治療 (IMRT) 計画の問題は，照射ビーム係数に関する評価関数の最小化問題に帰着される．研究代表者は，先行研究において，線量体積制約を満たす状況を表す acceptable の概念をこの分野で新しく導入し，acceptable な解への収束が理論的に保証された非線形微分方程式系を考案した．ただし，臨床において精度の高い治療計画が要求される場合，すべての線量体積制約が acceptable とは限らない．すなわち，実現不可能な計画に対して可能な限り目標に近づけることが求められるが，通常の最適化では意図する結果は得られない．この困難な問題に対し，必ず満たすべき制約条件と，可能な限り制約に近づけたい条件に分離して定式化した最適化問題を構成し，問題を解決できるアイデアを想起した．実用化に向けた研究を行うことが本研究の目的である．
令和2年度は，臨床例に基づく実験を通して提案法の実用化に向けた研究を実施した．頭頸部に標的体積と脊髄・耳下腺のリスク組織を配置して線量体積制約と平均線量を設定し，全体が acceptable および unacceptable な治療計画に対する実験を行った．提案法が実用的な演算時間で acceptable な計画を導くことができることがわかった．さらに，全体が unacceptable な計画に対しては，残り一つの unacceptable 制約をできる限り満たす意図通りの動作が実験により確認できた．内外の研究者や医療関係者に報告し，腫瘍組織には高い線量をより正確に照射し，正常組織にはより少ない線量に抑える設計が可能となり，試行錯誤手続きを伴わずに線量体積制約を直接の評価関数とした逆問題に基づく高精度な治療計画が得られる方法として有用であると評価を受けた．提案法の理論と実験結果をまとめた論文が国際ジャーナルに掲載された．
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