Development of correction methods for setup error due to flexion, extension and rotation of cervical/thoracic vertebrae in radiotherapy

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23K07169
• Research Institution: The Tazuke Kofukai
• Principal Investigator: 宮部 結城 公益財団法人田附興風会, 医学研究所 保健・健康研究部, 主任研究員 (60522505)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Keywords: 画像誘導放射線 治療 / セットアップエラー / 位置補正

Outline of Annual Research Achievements

2方向X線画像から椎体の変形を検出する手法として、個々の椎骨、頭蓋骨、下顎骨を個別に識別するプログラムの開発を行った。同時に、変形検出プログラムの精度を評価するための検証用ファントムを開発した。主な適用部位となる頭頚部癌と食道癌を想定し、頭蓋骨から頸椎にかけてのX線に対して不透過な人工骨ファントムで作成した。下顎の開閉および各椎体は連結しながらも可動させることができ、任意の角度での屈曲・伸展・回旋を再現できることを確認した。また、開発手法の適用部位拡大のため前立腺がんや子宮頸がんの骨盤部への照射を想定して、腰椎から骨盤にかけても同様のファントムを作成した。
プログラムの開発および臨床評価に利用するために、2方向X線画像とCBCT画像を同時に取得した臨床症例データの収集を行った。CBCT画像から椎体、後頭骨、下顎骨の位置を解析し、変形量を測定するとともに、投与される線量分布への影響の評価を進めている。また、臨床症例データを研究利用するため医の倫理委員会に申請を行い承認を得た。
椎体の変形による線量分布の変化を評価するために2方向X線画像から検出した変形量に基づいて仮想CTを作成するプログラムの開発を計画しているが、仮想CTに求められる精度や許容誤差の基礎データを得るために、各ボクセルに割り当てられるCT値、物質の種類と密度、および現在臨床使用されている各線量計算アルゴリズムの組み合わせによる計算線量の違いを解析した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

プログラムの開発、検証用ファントムの作成、臨床症例データの収集、いずれも概ね計画通りに進展している。

Strategy for Future Research Activity

引き続き2方向X線画像から椎体変形を検出するプログラムの開発と臨床症例データの収集と解析を進めるとともに、作成したファントムを用いた検証実験を行っていく。
当初計画では、フィージビリティスタディとしてX線以外に光学システムにより得られる患者体表面情報および圧力センサにより得られる寝台や患者固定具に加わる力の分布情報を利用した椎体の変形検出手法の検討を予定していたが、圧力センサは治療用の高エネルギーX線照射により故障や誤作動を生じる可能性があることや得られる情報が限られることから、臨床利用しやすく成果が得やすいと考えられる光学システムに絞って検討を行うことにする。また、仮想CTを用いた線量分布評価手法の開発を前倒しで進め、臨床症例データを用いた開発プログラムに精度検証を同時に行うことで作業の効率化を図る。

Causes of Carryover

設備備品費として開発・データ収集用にPCおよびハードディスクの購入を計画していたが、本年度は以前の研究費で購入したPCとハードディスクで代用可能であったため購入を見合わせた。データの収集が進み容量も多くなってきていることから、次年度での購入を計画している。