2018 Fiscal Year Research-status Report

脳血管奇形に対するフレームレス光子線高精度照射法の精度向上と低侵襲化の検討

Research Project

Project/Area Number	18K07671
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	大宝和博名古屋大学, 医学系研究科, 准教授 (20452146)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	加茂前健名古屋大学, 医学部附属病院, 病院助教 (60706282) 伊藤善之名古屋大学, 医学部附属病院, 病院教授 (90232488)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	定位放射線照射 / 脳血管奇形 / 脳動静脈奇形 / 低侵襲治療 / 高精度放射線治療 / 脳卒中
Outline of Annual Research Achievements	従来、定位放射線照射前に改めて必須であった血管造影検査を省略し、それ以前に診断目的で施行された血管造影の際に作成された選択的経動脈的回転血管造影CBCT(cone-beam computed tomography)画像を活用し治療計画用非造影CTに統合し、さらに周囲罹患脳構造を視認描出するため3D撮影されたMRI画像を統合することにより、「局所麻酔下でのフレーム固定を回避し、樹脂性の非侵襲的マスク固定により定位放射線照射が実施可能である」ことを、新たに複数の異なる装置にて運用システムを立案し実施の可能性を検証した。本照射技術は画像誘導機能を有する光子線照射装置において普遍的に応用適用可能な技術であることが明らかとなった。リスクを伴う検査を1回回避でき、また安静保持に伴う患者負担の大幅な軽減が可能である。照射前に経動脈的液体塞栓術が施行された例では、塞栓前後の選択的経動脈的回転血管造影CBCT画像を治療計画用非造影CTへ統合し、治療計画支援システムを用いて同時に複数の画像を参照することで精度の高い標的体積描画が可能であることが明らかとなった。塞栓物質の存在など電子密度の異なる組織においてMonte Carlo相当線量計算アルゴリズムが至当であることを明らかにした。ロボット制御定位放射線照射装置（機器名Cyberknife）を用いた治療計画で最適な線量分布を得るため最適なビームの絞り（collimator）に関し検討した結果、多分割絞りより可変式円形絞りが適していることを明らかにした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 選択的経動脈的回転血管造影CBCT画像を活用し治療計画用非造影CTへの統合を軸とした低侵襲フレームレス高精度放射線照射技術を、新たにロボット制御定位放射線照射装置（機器名Cyberknife）、動態追尾可能な高精度放射線治療装置（機器名Vero4DRT）において適用可能か検討し、運用システムを立案し実施の可能性を検証した。その結果、実際の治療計画及び照射が実施可能であることを確認した。病変が塞栓物質や骨など電子密度が異なる成分に隣接する場合はPencil beam系に比べMonte Carlo相当の線量計算アルゴリズムの有用であることを確認した。ロボット制御定位放射線照射装置における線量分布向上の可能性を検討した結果、新たに使用可能となった多分割絞りは線量の集中性・原体性、平均線量の面で最適ではなく、可変式準円形絞りを適切なサイズで選択し使用するのが最適であることが判明した。
Strategy for Future Research Activity	1回照射（定位手術的照射）を安全に適用可能な病変の体積（形状）の限界を探索する。具体的には治療計画システムでの仮想計画を複数立案し線量容積ヒストグラム解析を加え検討する。機器の差異による限界閾値に関しても検討する。複数の流入、流出血管を有する血管構造が複雑な病態、病変（nidus）の形態が非常に不整形でやや分散した構造をしている場合、血流量が多く流速の早い病態（選択的経動脈的回転血管造影CBCT画像での標的決定に限界のある例）などが標的決定にあたり困難である問題点が明らかとなったが、これらの病態に対し、時間分解能を有する通常の2方向からの血管造影画像情報を治療計画へ統合することにより、血流の時間分解能を画像上に投影させることで血管構築をさらに可視化し、治療適応可能か否かの事前判断、それに基づく適応症例の拡大、より精度の高い治療計画が立案できるかを検証する。ロボット制御定位放射線照射装置を用いた治療計画（inverse plan）において異なる最適化アルゴリズムを用いることで、線量分布の改善（特に標的内に意図的な線量強弱を付するdose painting技術）、ロボット動作の効率化を図ることでの照射時間の短縮（患者負担の軽減）がはかれないかを検討する。
Causes of Carryover	実際に臨床で使用されることの多い液体塞栓物質（NBCA）を一部包含したフィルムでの線量分布検証が可能なファントムについて特注し購入を予定していたが、予算面、内容面（性能）で問題があり初年度は購入を断念した。また、初年度は学会発表、論文発表の段階までデータを総括できなかったため出張旅費等は予算未満となった。実際には初年度の検討結果、重金属を含む塞栓物質（本来は手術を前提）の使用を回避すれば、治療計画用の非造影CT画像と選択的経動脈的回転血管造影CBCT画像との適切な画像統合により、塞栓物質の画像アーチファクトを考慮した上で残存病変範囲を特定できることが判明した。ファントム購入の予算は、初年度の研究を通じて明らかとなった適用の難しい病態に対し、時間分解能を有する通常の2方向からの血管造影画像情報を治療計画へ統合するためのソフト導入の経費に充てる。より臨床的意義の高い課題に対し使用する形となる。