Development of a dose-prediction system for reducing patient's radiation dose in image-guided radiotherapy

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K15584
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 棚邊 哲史 新潟大学, 医歯学総合病院, 助教 (80743898)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 医学物理 / 被ばく線量 / 線量予測 / 患者位置合わせ / Fiducialマーカー / 画像誘導放射線治療 / 動体追跡放射線治療 / SyncTraX FX4

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、動体追跡放射線治療システムSyncTraX FX4（STX）を用いて画像誘導放射線治療の被ばく線量予測システムを開発し、患者被ばく線量を合理的に低減することである。2018年度は、頭部ファントムを用いて、放射線治療装置TrueBeamの放射線照射野中心とSTX画像中心の位置精度が0.5 mm以内であることを示し、位置合わせ1回あたりの被ばく線量は空気カーマにて1 mGy未満であることを確認した。これらの成果は、米国医学物理学会誌（J Appl Clin Med Phys, 2018）に掲載された。次に、1 mm以内の位置精度を保持する撮像条件において、被ばく線量が少ない撮像条件範囲を決定し（0.033~0.50 mGy）、第46回日本放射線技術学会（JSRT）秋季学術大会にて報告した。また、肺癌に対する動体追跡放射線治療における透視中の被ばく線量を評価し、ゲーティングウィンドウを4 mmに設定することで入射皮膚線量を100 mGy未満に低減できる可能性を日本放射線腫瘍学会第31回学術大会にて報告した。2019年度は、6名の観察者によるSTXの画質評価を施行した。観察者間の信頼度が最も高い撮像条件（60 kV/32 mAs）を決定し、第75回JSRT総会学術大会にて報告した。また、左記の撮像条件を臨床応用し、臨床的妥当性を評価した。頭部腫瘍に対して放射線治療が施行された症例群41症例506照合データを対象とし、撮像条件最適化前後の2群間で照合位置精度の比較を行い、同等の位置精度であることを日本放射線腫瘍学会第32回学術大会にて報告した。最終年度の2020年度は、これまでの成果に基づき、椎体骨転移緩和照射におけるSTXの位置照合精度を評価し、その臨床実現性を日本放射線腫瘍学会第33回学術大会にて報告した。

Research Products

• [Journal Article] Detecting MLC modeling errors using radiomics-based machine learning in patient-specific QA with an EPID for intensity-modulated radiation therapy (2021)
  • Author(s): Sakai M, Nakano H, Kawahara D, Tanabe S, Takizawa T, Narita A, Yamada T, Sakai H, Ueda M, Sasamoto R, Kaidu M, Aoyama H, Ishikawa H, Utsunomiya S
  • Journal Title: Medical Physics Volume: 48(3) Pages: 991-1002
  • DOI: 10.1002/mp.14699
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Maximum distance in single-isocenter technique of stereotactic radiosurgery with rotational error using margin-based analysis (2021)
  • Author(s): Nakano H, Tanabe S, Yamada T, Utsunomiya S, Takizawa T, Sakai M, Sasamoto R, Sakai H, Nakano T, Saito H, Ohta A, Kaidu M, Ishikawa H
  • Journal Title: Radiological Physics and Technology Volume: 14 Pages: 57-63
  • DOI: 10.1007/s12194-020-00602-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Calculated relative biological effectiveness (RBE) for initial DNA double-strand breaks (DSB) from flattening filter and flattening filter-free 6 MV X-ray fields (2021)
  • Author(s): Nakano H, Kawahara D, Tanabe S, Utsunomiya S, Takizawa T, Sakai M, Nakano T, Ohta A, Kaidu M, Ishikawa H
  • Journal Title: British Journal of Radiology Open Volume: 3(1) Pages: 1-8
  • DOI: 10.1259/bjro.20200072
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dosimetric comparison of analytic anisotropic algorithm and Acuros XB algorithm in VMAT plans for high-grade glioma (2020)
  • Author(s): Takizawa T, Tanabe S, Utsunomiya S, Nakano H, Yamada T, Sakai H, Ohta A, Saito H, Nakano T, Abe E, Kaidu M, Aoyama H
  • Journal Title: Physica Medica Volume: 73 Pages: 73-82
  • DOI: 10.1016/j.ejmp.2020.04.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Setup Error in the Single-Isocenter Technique on Stereotactic Radiosurgery for Multiple Brain Metastases (2020)
  • Author(s): Nakano H, Tanabe S, Utsunomiya S, Yamada T, Sasamoto R, Nakano T, Saito H, Takizawa T, Sakai H, Ohta A, Abe E, Kaidu M, Aoyama H
  • Journal Title: Journal of Applied Clinical Medical Physics Volume: 21:12 Pages: 155-165
  • DOI: 10.1002/acm2.13081
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Radiobiological effects of the interruption time with Monte Carlo Simulation on multiple fields in photon beams (2020)
  • Author(s): Nakano H, Kawahara D, Tanabe S, Utsunomiya S, Takizawa T, Sakai M, Saito H, Ohta A, Kaidu M, Ishikawa H
  • Journal Title: Journal of Applied Clinical Medical Physics Volume: 21:12 Pages: 288-294
  • DOI: 10.1002/acm2.13110
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 放射線治療機器の最新技術 SyncTraX FX4 (2020)
  • Author(s): 棚邊哲史、桑原亮太、栗林俊輝、高頭浩正、川口弦
  • Journal Title: RadFan 2020年12月臨時増刊号 Volume: 18(14) Pages: 14-17
• [Presentation] 新潟大学医歯学総合病院医学物理士レジデントコース：5年の成果と課題 (2020)
  • Author(s): 宇都宮悟, 棚邊哲史, 中野永, 坂井まどか, 高橋春奈, 久島尚隆, 滝澤健司, 成田啓廣, 早川岳英, 山田巧, 坂井裕則, 金沢勉, 笠原敏文, 笹本龍太, 海津元樹, 和田真一, 青山英史
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
• [Presentation] IMRT線量分布検証におけるradiomicsを用いた機械学習モデルのエラー自動判別 (2020)
  • Author(s): 坂井まどか, 中野永, 棚邊哲史, 河原大輔, 山田巧, 坂井裕則, 笹本龍太, 李鎔範, 青山英史, 宇都宮悟
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
• [Presentation] Dual-energy CTを用いた金属アーチファクト低減と線量計算への影響 (2020)
  • Author(s): 上田真敬, 中野永, 河原大輔, 成田啓廣, 能登義幸, 坂井まどか, 棚邊哲史, 青山英史, 斎藤正敏, 宇都宮悟
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
• [Presentation] 椎体骨転移緩和照射におけるSmart Alignerを用いた位置照合精度評価 (2020)
  • Author(s): 桑原亮太, 棚邊哲史, 栗林俊輝, 捧俊和, 梅津修, 宇都宮悟, 皆川有弘, 上村直史, 佐藤豊, 金子隼汰, 池田紀子, 高頭浩正, 川口弦
  • Organizer: 日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
• [Presentation] Effect of the Target Positioning Error to Dose Distributions and Tumor Control Probability for the Intracranial Stereotactic Radiosurgery (2020)
  • Author(s): 滝澤健司, 棚邊哲史, 中野永, 宇都宮悟, 田村啓和, 丸山克也, 恩田清
  • Organizer: 第76回日本放射線技術学会総会学術大会
• [Presentation] Limitation Distance in the Single-Isocenter Technique on Stereotactic Radiosurgery for Multiple Brain Metastases with Rotational Error Using a Margin-Based Analysis (2020)
  • Author(s): 中野永, 棚邊哲史, 山田巧, 宇都宮悟, 滝澤健司, 坂井裕則, 青山英史
  • Organizer: 第76回日本放射線技術学会総会学術大会
• [Presentation] Evaluation of metal artifact reduction using virtual monochromatic imaging by dual-energy CT and iterative metal artifact reduction algorithm (2020)
  • Author(s): 上田真敬, 中野永, 成田啓廣, 能登義幸, 坂井まどか, 小荒井陽花, 棚邊哲史, 青山英史, 斎藤正敏, 宇都宮悟
  • Organizer: 第119回日本医学物理学会
• [Presentation] 局所進行性非小細胞肺癌に対する心毒性低減を目的としたVMAT治療計画法の検討 (2020)
  • Author(s): 佐々木捷, 棚邊哲史, 中野永, 宇都宮悟, 太田篤, 海津元樹, 青山英史
  • Organizer: 第33回高精度放射線外部照射部会学術大会
• [Remarks] 新潟大学医歯学総合病院 放射線治療科 医学物理グループ
  • URL: http://www.clg.niigata-u.ac.jp/~medphys/index.html