3-Dimensional High-resolution Estimation of Dose Distribution from Sparsely Measured Data under Respiratory Displacement

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04079
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 近藤 克哉 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (00295750)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小野 康之 鳥取大学, 医学部附属病院, 主任診療放射線技師 (90839599)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 線量分布 / 解像度 / サンプリング / 呼吸性移動 / コンピュータ断層撮影

Outline of Annual Research Achievements

R4年度は以下の事項を行った．(a)被ばく線量を抑えるため少ない角度サンプリング数のもとでのコーンビームおよびパラレルビームのプロジェクションデータから再構成を行い，それぞれについてデータ補間により画質改善を行い評価した．データ補間は機械学習を用い取得データの内挿により計算した．また(b)がん領域の形状を再現するためのキーとなる角度で鮮明な分布を得る目的で，コーンビームおよびパラレルビームについて，角度範囲の収集区間を限定（部分収取）して再構成を行い画質評価した．
(a)について線量分布の画像の質が改善された結果が得られている．とくに(b)について線量分布画像の質は補間により改善されるものの高周波成分の再現が弱く改善余地があるため，(a)(b)について適正なデータ補間が成されるよう実用上での画質評価も加味して改良を進めている．
また，(c)撮影時の呼吸性移動を伴う場合の画質改善のため，疑似腫瘍を含む模型（ファントム）を呼吸性移動を模擬した環境下で計測して，呼吸性移動を伴うファントムのコーンビームCTデータ，および呼吸性移動の動きデータを用いた．呼吸性移動の下では再構成した像が劣化するため，動きデータと撮像データを同期し，あわせてサンプリング間隔のあいた部分を内挿することで動きによる画質劣化の低減を進めた．
(c)の実験について，画像誘導放射線治療に用いる4次元（時間・空間）コーンビームCTの撮影時間短縮に有用であることが期待され実用的となるよう行った．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

分担者は病院勤務のため，新型コロナの状況のもとで11月までの打ち合わせを含む往来を控えた．実用上での画質評価として進めるべき作業が残されているが，呼吸性移動のある場合について当初の計画通り計測を実施でき，この下での再構成像の評価が可能となった．やや遅れてはいるが，撮影時間の短縮のもとで実用上支障のない線量分布の推定が期待でき，被ばく線量低減可能なセンシングに向け進捗している．

Strategy for Future Research Activity

呼吸性移動を加味した実用的な手法を目指して進める．R4年度の結果から実用的に高周波成分の再現が弱く改善余地があるため，適正なデータ補間などアルゴリズムを改良する．また呼吸性移動を模擬した環境下での疑似腫瘍を含むファントムの撮像データを用いて，R4年度に続きサンプリング間隔のあいた部分を内挿することで動きによる疑似腫瘍形状・サイズの画質劣化の低減を図ることを計画している．
これらの実用上の画質評価も加味した適正サンプリング数の導出，腫瘍領域の形状を再現可能な角度範囲に限定した収集区間での再構成，呼吸性移動を加味した画質改善によって，撮影時間を短縮して被ばく線量を低減できるよう進める．