2022 Fiscal Year Final Research Report

Marker-less volume imaging technique for real-time tumor tracking radiation therapy

Research Project

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Project/Area Number	20H03612
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 52040:Radiological sciences-related
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	Miyamoto Naoki 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00552879)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	田中創大国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所物理工学部, 主任研究員 (00826092) 高尾聖心北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10614216) 富岡智北海道大学, 工学研究院, 教授 (40237110) 松浦妙子北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90590266) 清水伸一北海道大学, 医学研究院, 教授 (50463724)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	ディープラーニング / ボリュームイメージング / マーカーレス / リアルタイム / 呼吸性移動対策 / 医学物理
Outline of Final Research Achievements	In this study, a method to synthesize volumetric images that are equivalent to 3D CT images from 2D X-ray fluoroscopic images in real-time without any landmarks such as fiducial gold markers inside the body has been developed for application in radiotherapy for cancer that moves inside the body due to respiration. In the evaluation using patient data, it was confirmed that the proposed method can evaluate the location of tumor with an accuracy of about 2 mm, and that the image synthesis accuracy required for dosimetric simulation in the body due to therapeutic radiation can be obtained. A new beam irradiation control technique using volumetric imaging was proposed, and dosimetric simulation showed an improvement in the tumor control probability (TCP), demonstrating the effectiveness of the proposed method.
Free Research Field	放射線治療
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究では、従来は難しかったリアルタイムでの3次元画像合成技術を開発し、特に放射線治療における応用可能性を示した。これにより、体内で動くがんに対しても高精度な放射線の照射が可能になると期待でき、例えば、十二指腸や胃が近接するような難治性の膵臓がんに対しても、安全に従来より多くの放射線を投与することが可能となり、治療成績の向上を期待できる。今後到来する超少子高齢化社会において、生活の質の向上に寄与できるものと考えられ、研究開発の社会的意義は大きいと考えられる。また、体内の動きに関する新しい知見が得られる可能性もあり、放射線治療時の各臓器の動態解析など新たな学術的展開も期待される。