2019 Fiscal Year Research-status Report
リスク臓器線量及び装置の物理干渉を考慮した全方位照射空間における照射軌道の最適化
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18K07650
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| Research Institution | Kyoto College of Medical Science |
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Principal Investigator |
澤田 晃 京都医療科学大学, 医療科学部, 教授 (80543446)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森山 真光 近畿大学, 理工学部, 准教授 (00283953)
石原 佳知 日本赤十字社和歌山医療センター(臨床研究センター), 放射線治療科部, 医学物理係長 (60709351)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 動的照射軌道 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、治療ビームの通過パス上の正常組織の有無および累積線量を基に、正常組織への照射を抑制する回転照射軌道を自動計算する手法に対して、照射軌道計算アルゴリズムのA*アルゴリズムを改良した。また、対象部位を頭部とし、頭部ファントムのCTデータを用いて照射軌道を計算した。照射軌道の計算では、各照射方向からの事前線量分布が必要であり、本実験では線源から照射方向に対して、azimuth, elevation方向に5度間隔で計算した。また、本研究の応用対象となる、強度変調放射線治療 IMRTを組み合わせた動体追尾IMRTに関して、動体ファントムとシステムのログファイルを使用した、線量と照射位置精度の検証を行った。IMRTの治療計画(ピラミッド形状、前立腺、副鼻腔、膵臓)に対して、治療寝台上に設置した動体ファントムを駆動或いは静止させ、また、照射装置の動体追尾機能のオン・オフを組合せて動体追尾機能の使用時と不使用時の状態を実装し、照射したときの評価点線量と線量分布の検証をした。更に、同時取得したシステムログファイルを解析し、動体追尾IMRT照射の予測位置誤差と照射機構の機械的位置誤差を算出した。上記について論文投稿し採択された。また、10パターンの呼吸波形を用いて、動体追尾IMRTの照射精度および線量誤差を評価した結果、生理的な変動による不規則な変化を含む呼吸においても、線量分布および照射位置精度を保てることを示した。特に、実臨床例に基づく動体追尾IMRTでは、治療可能とされる線量誤差(5%)およびγパス率(3%/2 mm)が95%以上であり、最大照射位置誤差は6.79 mmと確認できた。上記の拡張内容として、異なる治療台を有した同機種治療装置における前立腺VMATの線量を計画装置と実測で比較して、装置故障時における振替の可能性を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
危険度マップは、ガントリ角度θ,リング角度φの時に放射線のモデルと重なる点群中の点を、照射されている点として取得し、照射されている点の危険度を重みWとして、足し合わせて危険度D(θ、φ)を求めた。照射経路探索では、A*アルゴリズムを使用し、しきい値となる危険度を超えた点を壁とみなして最短経路を探索した。アルゴリズムにより導かれた最適照射経路に沿って照射した場合の線量分布を、臨床の治療計画ソフトウェアを用いて計算しDVHを算出した。脊椎を正常組織としたファントムに対して、危険度マップの照射経路探索を実行した結果、低危険度となる経路であることを確認した。また、計算経路により照射した線量が腫瘍GTVへ集中していることを確認した。DVHから腫瘍に対して必要な線量を集中し，危険臓器に対して低線量に抑えられていることを示した。動体追尾IMRTについては、評価点線量は治療計画と比較して3%以内、線量分布検証においてはγパス率(3 mm/3%, threshold 30%)が97.9%であり、静止状態と同等の結果が得られた。また、ログファイルから位置誤差は2 mm以下で、従来の静的IMRTと同等の照射精度を担保し、高精度照射が可能であることを示した。10パターンの呼吸波形による凸状の強度分布の照射野では、静的IMRTと比して、線量差率(DD)のパス率は97.59±2.06%、γパス率は全て100%となった。膵臓の臨床プランの追尾IMRTでは、DDおよびγパス率の最小値は、それぞれ96.97%、95.90%であり、最大照射位置誤差は5.40 mmとなった。非動体追尾IMRTではDDおよびγパス率の最小値は、それぞれ73.35%、39.38%であり、最大照射位置誤差は13.45 mmとなり、生理的な変動による不規則な変化を含む呼吸においても線量分布および照射位置精度を保てることが確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に引き続き、頭頚部ファントムを用いて照射軌道の最適化を行う。各照射方向からの事前線量分布の作成において、線量計算の精度や時間と、照射軌道の最適化との因果関係を調べ、最適な計算条件を導き出す。動的な照射軌道の計算に、照射装置や治療台などの機器の形状や可動領域、駆動速度を用いて、患者との3次元且つ動的な干渉の有無を実時間に検知し照射方向の適否の判定を制約条件として加えた、実用的な照射軌道の導出に取り組む。これにより、治療計画に不要な照射方向を取り除き、実臨床でのQA作業の低減が期待できる。
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| Causes of Carryover |
計画していた仕様の計算機の入手が遅れたため
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