Event-mixing を用いた放射線治療線量分布予測の不変的評価法の開発

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K07565
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 齋藤 明登 広島大学, 病院(医), 助教 (20528062)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 放射線治療 / 線量分布 / ガンマパス率 / event-mixing

Outline of Annual Research Achievements

本研究では放射線治療の線量分布の治療計画（線量分布シミュレーション）で計算した線量分布と実際に測定した線量分布の一致度（ガンマパス率）の絶対評価 の開発を目的としている。素粒子原子核実験で因果関係のない物理量のペアの生成に用いられるｅｖｅｎｔ－ｍｉｘｉｎｇの考え方をガンマパス率に当てはめる ことにより、ガンマパス率予測の下限値と上限値を見積もり、その範囲内でガンマパス率予測精度の評価を行う。
今年度は、昨年度収集したガンマパス率のペア（実測値と予測値）の症例数を２００まで増加し、またｔｏｌｅｒａｎｃｅを３種類（３％／３ｍｍ、３％／２ｍｍ、２％／２ｍｍ) から９種類（３％／３ｍｍ、３％／２ｍｍ、３％／１ｍｍ、２％／３ｍｍ、２％／２ｍｍ、２％／１ｍｍ、１％／３ｍｍ、１％／２ｍｍ、１％／１ｍｍ）に増やし、相関係数の上限値を与えるｏｒｉｇｉｎａｌ　ｅｖｅｎｔｓと、ｅｖｅｎｔ－ｍｉｘｉｎｇを用いて作成した相関係数の下限値を与えるｍｉｘｅｄ　ｅｖｅｎｔｓを組み合わせて、予測精度の評価スコアを定量的に与えるソフトウェアを作成した。評価対象とするガンマパス率予測モデルについては、深層学習を用いたガンマパス率予測手法導入し、実際のガンマパス率予測で実績のある手法を評価対象として本研究の開発に活用している。ここで生成される上限値と下限値はそれぞれ統計的ゆらぎを有するため、これらの影響を定量的に組み込んだ評価スコアを開発した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の研究計画では、1年目にデータ収集・ソフトウェア作成、2年目に予測手法の確立と統計的評価、3年目に複数の予測手法を用いた単一のデータの評価を行う予定となっている。2年目である今年度は予測手法の確立と統計的評価法の開発を完了した。現在までの進捗状況としては、おおむね研究計画の通りに進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

今後は3年目の開発を研究計画の通りに推進する予定である。3年目は、複数の予測手法を用いて単一データを評価し、3年分の成果を 纏めて論文発表を行う予定である。

Causes of Carryover

昨年度に続き今年度も新型コロナウイルス蔓延防止の影響により各種学会がオンライン開催となった影響により、次年度使用額が生じた。次年度は各種学会の開催方式を注視しながら本研究のこれまでの進捗について発表を行う。

Research Products

• [Journal Article] Physical and biological dosimetric margin according to prescription method for stereotactic body radiation therapy (2023)
  • Author(s): Daisuke Kawahara, Akito Saito, Yasushi Nagata
  • Journal Title: Journal of Radiation Research Volume: 64 Pages: 328-334
  • DOI: 10.1093/jrr/rrac097
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A synthesized gamma distribution-based patient-specific VMAT QA using a generative adversarial network (2023)
  • Author(s): Takaaki Matsuura, Daisuke Kawahara, Akito Saito, Kiyoshi Yamada, Shuichi Ozawa, Yasushi Nagata
  • Journal Title: Medical Physics Volume: 50 Pages: 2488-2498
  • DOI: 10.1002/mp.16210
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of different air CT numbers for IVDT on the dose distribution in TomoTherapy MVCT (2022)
  • Author(s): Shogo Tsunemine, Shuichi Ozawa, Minoru Nakao, Hideharu Miura, Akito Saito, Daisuke Kawahara, Yasuhiko Onishi, Takashi Onishi, Taiki Hashiguchi, Yoshihisa Matsumoto, Tsutomu Maruta, Yuji Murakami, Yasushi Nagata
  • Journal Title: Journal of Applied Clinical Medical Physics Volume: 24 Pages: e13835
  • DOI: 10.1002/acm2.13835
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Predictive gamma passing rate of 3D detector array-based volumetric modulated arc therapy quality assurance for prostate cancer via deep learning (2022)
  • Author(s): Takaaki Matsuura, Daisuke Kawahara, Akito Saito, Hideharu Miura, Kiyoshi Yamada, Shuichi Ozawa, Yasushi Nagata
  • Journal Title: Physical and Engineering Sciences in Medicine Volume: 45 Pages: 1073-1081
  • DOI: 10.1007/s13246-022-01172-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Image synthesis of effective atomic number images using a deep convolutional neural network-based generative adversarial network (2022)
  • Author(s): Daisuke Kawahara, Shuichi Ozawa, Akito Saito, Yasushi Nagata
  • Journal Title: Reports of Practical Oncology & Radiotherapy Volume: 27 Pages: 848-855
  • DOI: 10.5603/rpor.a2022.0093
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improved biological dosimetric margin model for different PTV margins with stereotactic body radiation therapy in homogeneous and nonhomogeneous tumor regions (2022)
  • Author(s): Daisuke Kawahara, Akito Saito, Yasushi Nagata
  • Journal Title: Reports of Practical Oncology & Radiotherapy Volume: 27 Pages: 768-777
  • DOI: 10.5603/rpor.a2022.0086
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNA strand breaks based on Monte Carlo simulation in and around the Lipiodol with flattening filter and flattening filter-free photon beams (2022)
  • Author(s): Daisuke Kawahara, Akito Saito, Hisashi Nakano, Yasushi Nagata
  • Journal Title: Reports of Practical Oncology & Radiotherapy Volume: 27 Pages: 392-400
  • DOI: 10.5603/RPOR.a2022.0067
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Transition from nucleus to medicine (2023)
  • Author(s): Akito Saito
  • Organizer: International Symposium on Nuclear Spectroscopy for Exteme Quantum Systems (NUSPEQ2023)
  • Int'l Joint Research / Invited