システムバイオロジーによる癌放射線治療モデル

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23656170
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 但野 茂 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50175444)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2013-03-31
• Keywords: システムバイオロジー / バイオメカニクス / 力学アナロジー / 放射線治療モデル / シミュレーション

Research Abstract

○臨床データとしてのＸ線CT画像から得られた腫瘍の三次元形状データから内部要素を組み込んだ腫瘍のソリッドモデルを作成した。腫瘍領域のCT値分布により、モデル内の平均質量、密度、質量分布を算出した。○ソリッドモデルから腫瘍の三次元有限要素モデルを作成した。これには医療画像解析ソフト(Analyze)と有限要素法ソフト（ANSYS、所有）のインターフェースを作成した。○有限要素解析の境界条件等を整理し、有限要素モデルの各要素の支配方程式として、放射線照射ー細胞死滅率関係式を定式化する。またそれらの関係から細胞死滅率と腫瘍領域体積減少率の関係を導いた。○放射線量と等価な外力を負荷させた場合の変形縮小解析を行った。ＬＱモデルの修正と係数の放射線医学的意味を整理した。○上記の照射前有限要素モデルを計算し、照射後の三次元形状モデルと一致させるための力学条件と要素パラメータを同定するための方法を検討した。○治療による放射線パラメータ（放射線量、照射時間、照射間隔、照射速度、照射密度、発症領域、周囲状況、等）を縮小に関係する因子として整理する。また、力学パラメータおよび要素パラメータと放射線パラメータの関連を整理した。○バイオインフォマティクス解析に基づく分子細胞情報と放射線治療効果シミュレーションのパラメータおよび治療パラメータについて相互の関連性を解析した。○本研究ではシステムバイオロジーの観点から放射線による癌化および癌細胞死滅のメカニズムを解明し、力学アナロジーに基づくモデルで実際の放射線治療効果シミュレーションを行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

交付申請書記載の計画項目は、ほぼ計画通り実施している。

Strategy for Future Research Activity

交付申請書通りに実施予定である。○固体変形の力学関係式とのアナロジーにより放射線治療効果の定式化を行う。○先に作成した三次元形状モデルに腫瘍の放射線に対する感受性，および癌細胞の死滅と腫瘍形状変化の関係を表すパラメータを設定する。○汎用の有限要素解析ソフトウェアを用いて放射線治療効果のシミュレーションを行う。○バイオインフォマティクス解析に基づく分子細胞情報と放射線治療効果シミュレーションのパラメータおよび治療パラメータについて相互の関連性を解析する。○本研究ではシステムバイオロジーの観点から放射線による癌化および癌細胞死滅のメカニズムを解明し、力学アナロジーに基づくモデルで実際の放射線治療効果シミュレーションを行う。両者の結果と臨床データのパラメータ解析を組み合わせることにより、臨床に則したシミュレーションが高精度に可能となる

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

本研究は、計算機利用したシミュレーションとモデル開発が主体のため、予想外にそれらにかかる経費が少なく済んだ。そのため次年度に\770,600が繰り越しとなった。次年度当初予算\900,000とあわせて、次年度は\1,670,600が研究費として支出可能となった。その内訳は以下の通りである。物品費\450,000、旅費\600,000、人件費・謝金\400,000、その他\220,600