2020 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
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18K07671
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| Research Institution | Aichi Medical University |
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Principal Investigator |
大宝 和博 愛知医科大学, 公私立大学の部局等, 客員研究員 (20452146)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| 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 / 脳血管障害 / 硬膜動静脈瘻 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1)経動脈的塞栓術先行後の定位照射追加における線量計算精度の向上：塞栓物質の中でもNBCAに比べエチレンビニルアルコールコポリマー(Onyx)使用例では画像アーチファクトが顕著なため標的決定、線量計算精度において難があったが、塞栓後の選択的回転血管造影cone-beam CT画像(CBCTA)のsubtraction像を作成し塞栓前のCBCTAと統合し包括的に参照することにより残存病変の視認性が向上することを明らかにした。また塞栓物質と周囲アーチファクトをそれぞれ描画し、その組成と物理密度の両者をそれぞれ塞栓物質と脳組織相当に上書きした上でモンテカルロ法あるいは線形ボルツマン輸送方程式を応用した線量計算アルゴリズムを用いた線量計算により不均質補正(線量計算)の精度が向上することを明らかにした。
2)直交2方向2D-DSA(digital subtraction angiogram)画像の3次元画像への統合：俯瞰性に優れ時間分解能が高く病態の4次元的な血行動態・血管構築把握に優れた2D-DSAを病変の三次元的形状と局在脳組織の視認性に優れたMRI画像、MRA(MR angiogram)、CBCTAなど三次元画像への高精度な統合法：定位的頭部固定枠装着での物理ローカライザーを介した間接的な画像重ね合わせではなく、物理ローカライザーを介さずに2D-DSA画像を3次元画像へ直接重ね合わせる機能を有するアップデートされたソフトウェアを使用し、直交2方向選択的2D-DSAペア画像と経静脈的CTA、MRA、選択的CBCTA画像との統合精度を評価した（過去に定位照射施行した症例画像を匿名化し使用）。半数以上で回転誤差を含む統合精度は良好であったが、3次元画像で頭蓋骨に近接する血管や病変の抽出不良例を認めた。また外頚動脈から導入動脈を有する例や頭蓋外病変(頭蓋頸椎移行部)で統合誤差を認めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
1)塞栓術先行例での検討：特に画像アーチファクトが顕著なOnyx使用例、希であるが近位血管に金属コイル使用例など治療計画CTで顕著な画像アーチファクトを呈する例での標的描画精度、線量計算精度の向上に向けて検討を進めた。塞栓後のCBCTAと造影前のCBCTとのsubtraction像を作成し、さらに塞栓前のCBCTAとも統合し複数画像を同時に並列で参照することにより残存病変の視認性が向上した。また塞栓物質と周囲アーチファクトをそれぞれ構造描画し、その組成と物理密度の両者をそれぞれ塞栓物質(金属含む)と脳組織相当に上書きした上でモンテカルロ法(XVMC)あるいは線形ボルツマン輸送方程式応用線量計算アルゴリズムでの線量計算により不均質補正(線量計算)の精度が有意に向上した(CT値変更なしやpencil beam相当の線量計算に比し)。
2)選択的2D-DSA全フレームペア画像を物理localizerを介さずに3D画像へ直接重ね合わせる機能を有するupgradeされたソフトウェアを半年間試用する機会を得た。過去の治療例の画像を匿名化し統合精度を検討した。従来2D-DSA全フレームのうち1-2フレームの選択的統合であったが全フレームを統合し繰り返し参照することが可能で血管構築、結構動態の把握に有用であった。多くの例でMRAとの統合精度は良好であったが、血管の選択性、微小血管描出能の点でCBCTAが優れ2D-DSAとの統合が望ましい。脳動静脈奇形など半数以上で回転誤差を含む6D統合精度は良好であった。特に硬膜動静脈瘻など骨に近接する血管(主幹動脈など)、病変(nidus)、頭蓋外(外頚動脈系など)から栄養される病変等で、CBCTAにおける抽出能が不十分なため、統合精度に負の影響を及ぼす例を認めた。統合精度良好例では関心領域の2D、3D双方の共有が可能で病態把握向上に有用であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
1年研究期間を延長させて頂き2D-DSAの三次元画像、特にCBCTAへの統合の精度向上とその臨床的意義の評価に関しさらに研究を進める予定である。1)2D-DSAの通常の正側面2方向で病変と正常血管が重なる視認性不良例で、斜位(tube angulation, 20度など)で取得した画像の統合精度の検討、2)CBCTAとの統合でソフトウェアによる骨に近接・隣接する正常血管や病変の視認性、抽出力が低下し、その結果統合精度の誤差につながる問題点について改善策を検討、3)特にシャント量が多く速い病態における2D-DSAの時間分解能向上のため血管撮影装置の特性に応じた至適な画像取得条件(秒あたりフレーム数など)を検討、4)物理ローカライザーを介さず診断用2D-DSAを3D画像に直接統合できる技術の臨床的意義について検討する。3)については、塞栓術先行例、特にOnyxや多量のNBCA塞栓例などで標的描画に有用であったCBCTAのsubtraction画像を代用することで統合精度が向上するか検討する。現在国際的にCBCTA等3D画像における時間分解能の向上、4次元標的定義を目指した検討が進められているが、病態に応じた2D-DSAの至適取得条件に基づく全フレームの統合参照により3D画像上での血行動態、時間分解能を有する4次元標的定義に基づく更なる高精度化が可能か検討を進める。
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| Causes of Carryover |
2D-DSA画像のCBCTAへの統合にあたりCBCTAの一部の血管、病変の視認性、抽出能が低下する問題を改善するために必要なソフトウェアの改良、新規ソフトウェアの導入のための経費に充てる予定である。また予定より遅れている研究成果の学会発表、論文化のため旅費、英文校閲費、掲載費等に充てる予定である。
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