生物画像情報と四次元放射線治療を統合した個別化放射線治療法の開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25253078
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 平岡 眞寛 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (70173218)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐治 英郎 京都大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (40115853) ; 富樫 かおり 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90135484) ; 溝脇 尚志 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (90314210) ; 松尾 幸憲 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (80456897) ; 吉村 通央 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (40597936) ; 中村 光宏 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (30584255) ; 小久保 雅樹 公益財団法人先端医療振興財団, その他部局等, その他 (90283605) ; 澤田 晃 京都医療科学大学, 公私立大学の部局等, 教授 (80543446)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 四次元放射線治療 / 低酸素 / 腫瘍動態評価 / 動体追尾照射

Outline of Annual Research Achievements

強度変調放射線治療（intensity-modulated radiation therapy: IMRT）は、広く臨床現場に普及しつつある先端放射線治療技術である。IMRTは従来法では不可能であった多様かつ良好な線量分布の実現が可能であり、放射線治療によるがん治療成績の飛躍的向上が期待されている。　しかしながら、本治療の最大の課題の一つは標的の動きに弱いことである。本研究では、この課題を根本的に解決するため、各部位における腫瘍の動体解析をもとに動体追尾IMRT技術を改良・発展させる。この技術をIMRTが得意とする低酸素環境などの生物情報を利用した放射線治療計画ならびに照射技術に統合させることにより、個々のがんの形状、動き、性状に合わせた究極の個別化放射線治療を実現させる。本研究では、この世界初となる革新的な放射線治療の基盤ならびに応用研究を実施する。
動物実験による低酸素領域、細胞周期動態のイメージングについての検討を終了し、臨床における低酸素イメージングの実践に移行した。FMISO PETによる悪性腫瘍内低酸素領域の撮影プロトコール作成を開始し、既報論文による検討を重ね、薬剤投与量、化学放射線治療前後の撮像タイミング、撮像回数について決定した。すでに当院倫理委員会にて同プロトコールを提出済みであり、現在承認待ちの状態である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

A 放射線治療計画における生物・機能画像情報の有用性の評価（平岡、吉村、佐治、富樫）
原発性肺癌に対して体幹部定位放射線治療を施行した157人において治療前CTを評価し、間質性肺疾患（ILD）のCT所見が治療後の肺臓炎発症頻度に関与するという結果が示された。肺臓炎リスク低減のためには、従来より知られている肺照射体積を低減させることに加えて、治療前画像でILD所見を評価する必要性があることが分かった。また、肺癌に対して体幹部定位放射線を施行した15症例で、治療前に取得したFDG-PETや拡散強調MRIと治療予後について検討したところ、FDGの取り込みが多く拡散係数が低い症例は有意に予後が悪いことが示された。腫瘍径や性別等の既知の因子に加えて機能的画像が予後予測に有用であると示唆された。FMISO PETにて、化学放射線療法前後における悪性腫瘍内の低酸素領域の経時的変化、撮像タイミングを検証するプロトコールを作成した。現在当院倫理委員会にて審査中である。倫理委員会承認後、速やかに症例の集積を開始する予定である。
B 腫瘍動態評価と生物・機能画像の4次元化法の確立（松尾、溝脇）
呼吸同期FDG-PET/CTの撮像を14例（延べ19例）の膵臓癌症例で行った。RPM システムを用いた呼吸同期FDG-PET/CTの撮像法が複数の症例で安定して可能であることが確認された。高精度放射線治療計画における呼吸同期FDG-PET/CTの有用性を検討中である。
C 動体追尾SIB-IMRT治療の実現に向けた基盤技術の開発（小久保、澤田、中村）
動体追尾同時ブースト強度変調放射線治療（SIB-IMRT）治療計画用の高精度4次元線量計算モジュールを開発した。また、動体追尾SIB-IMRT治療の品質保証のための動体ファントムを開発した。これにより、動体追尾SIB-IMRTの4次元線量計算を可能とし、その線量計算も可能とするシステムが構築した。

Strategy for Future Research Activity

A 放射線治療計画における生物・機能画像情報の有用性の評価（平岡、吉村、佐治、富樫）
今年度よりFMISO PETによる低酸素イメージングを開始する。新規導入されたPET CTを使用するため、まずは至適投与量、撮像回数、タイミングなどの条件検討を詳細に行いながら、症例集積を目指す。また、放射線治療計画に有用なPET用低酸素領域画像化において最適なプローブを新規薬剤を含めて引き続き検討する。同時に臨床での低酸素イメージングを目指した低酸素応答因子（HIF）の活性を用いた新規PETプローブの開発を継続する。さらに、開発中のヒト移植腫瘍において放射線治療の感受性に大きく関与する細胞周期を具視化できるような、in vivo イメージングの動物モデルでの有用性について確認し、臨床応用に向けたプローブ開発について検討する。
B 腫瘍動態評価と生物・機能画像の4次元化法の確立（松尾、溝脇）
呼吸同期FDG-PET/CT撮像を膵臓癌に対して行い、腫瘍の動態を正確に把握することで、腫瘍周囲の正常臓器への不要な放射線照射を避ける方法、非呼吸同期撮像に対する有用性の有無を検討する。臓器全体の動態観察が位相ずれによるアーチファクトレスで実現できるArea Detector CTを用いた、腫瘍の呼吸性移動量および変形量評価も継続する。肺癌に対して４次元CBCTを撮影して放射線治療中の腫瘍動態を明らかにする。新たに前立腺の動きが機能画像情報を用いた治療計画における線量分布に与える影響を評価する。複数の体内マーカー留置例において、治療中のマーカー動態を評価する。
C 動体追尾SIB-IMRT治療の実現に向けた基盤技術の開発（小久保、澤田、中村）
動体追尾SIB-IMRT治療計画の高速化を図るべく、プログラムコードの最適化や並列処理を導入する。また、動体ファントムを用いて動体追尾SIB-IMRT治療の品質保証を複数症例に対して実施する。

Research Products

• [Journal Article] Improvement of registration accuracy in accelerated partial breast irradiation using the point-based rigid-body registration algorithm for patients with implanted fiducial markers (2015)
  • Author(s): Minoru Inoue, Michio Yoshimura, Sayaka Sato, Mitsuhiro Nakamura, Masahiro Yamada, Kimiko Hirata,
  • Journal Title: Medical Physics Volume: 42（4） Pages: 1904-1910
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1118/1.4915534
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Impact of pretreatment interstitial lung disease on radiation pneumonitis and survival after stereotactic body radiation therapy for lung cancer. (2015)
  • Author(s): Ueki N, Matsuo Y, Togashi Y, Kubo T, Shibuya K, Iizuka Y, Mizowaki T, Togashi K, Mishima M, Hiraoka M.
  • Journal Title: J Thorac Oncol Volume: 10 Pages: 116-25
  • DOI: 10.1097/JTO.0000000000000359.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Survival outcomes after stereotactic body radiotherapy for 79 Japanese patients with hepatocellular carcinoma. (2015)
  • Author(s): Yamashita H, Onishi H, Murakami N, Matsumoto Y, Matsuo Y, Nomiya T, Nakagawa K.
  • Journal Title: J Radiat Res Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1093/jrr/rru130
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pretreatment modified Glasgow Prognostic Score predicts clinical outcomes after stereotactic body radiotherapy for early-stage non-small cell lung cancer. (2015)
  • Author(s): Kishi T, Matsuo Y, Ueki N, Iizuka Y, Nakamura A, Sakanaka K, Mizowaki T, Hiraoka M.
  • Journal Title: Int J Radiat Oncol Biol Phys: Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1016/j.ijrobp.2015.02.018.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dosimetric evaluation of the Acuros XB algorithm for a 4 MV photon beam in head and neck intensity-modulated radiation therapy (2015)
  • Author(s): Hirata K, Nakamura M, Yoshimura M, Mukumoto N, Nakata M, Ito H, Inokuchi H, Matsuo Y, Mizowaki T, Hiraoka M.
  • Journal Title: J Appli Clin Med Phys Volume: in press Pages: in press
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Baseline correction of a correlation model for improving the prediction accuracy of infrared marker-based dynamic tumor tracking (2015)
  • Author(s): Akimoto M, Nakamura M, Mukumoto N, Yamada M, Tanabe H, Ueki N, Kaneko S, Matsuo Y, Mizowaki T, Kokubo M, Hiraoka M
  • Journal Title: J Appli Clin Med Phys Volume: 16 Pages: 14-22
  • DOI: 10.1120/jacmp.v16i2.4896
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interfraction Positional Variation in Pancreatic Tumors using Daily Breath-hold Cone-beam Computed Tomography with Visual Feedback (2015)
  • Author(s): Nakamura M, Akimoto M, Ono T, Nakamura A, Yano S, Nakata M, Itasaka S, Mizowaki T, Shibuya K, Hiraoka M.
  • Journal Title: J Appli Clin Med Phys Volume: 16 Pages: 108-16
  • DOI: 10.1120/jacmp.v16i2.5123
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of the correlation-modeling period on the prediction accuracy of infrared marker-based dynamic tumor tracking using the gimbaled x-ray head of the Vero4DRT (2015)
  • Author(s): Nakamura M, Akimoto M, Mukumoto N, Yamada M, Tanabe H, Ueki N, Matsuo Y, Mizowaki T, Kokubo M, Hiraoka M
  • Journal Title: Phys Med Volume: 31 Pages: 204-9
  • DOI: 10.1016/j.ejmp.2015.01.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intra- and interfractional variations in geometric arrangement between lung tumours and implanted markers. (2014)
  • Author(s): Ueki N, Matsuo Y, Nakamura M, Mukumoto N, Iizuka Y, Miyabe Y, Sawada A, Mizowaki T, Kokubo M, Hiraoka M.
  • Journal Title: Radiother Oncol Volume: 110 Pages: 523-8
  • DOI: 10.1016/j.radonc.2014.01.014.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local effect of stereotactic body radiotherapy for primary and metastatic liver tumors in 130 Japanese patients. (2014)
  • Author(s): Yamashita H, Onishi H, Matsumoto Y, Murakami N, Matsuo Y, Nomiya T, Nakagawa K.
  • Journal Title: Radiat Oncol Volume: 9 Pages: 112
  • DOI: 10.1186/1748-717X-9-112.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evaluation of dynamic tumour tracking radiotherapy with real-time monitoring for lung tumours using a gimbal mounted linac. (2014)
  • Author(s): Matsuo Y, Ueki N, Takayama K, Nakamura M, Miyabe Y, Ishihara Y, Mukumoto N, Yano S, Tanabe H, Kaneko S, Mizowaki T, Monzen H, Sawada A, Kokubo M, Hiraoka M.
  • Journal Title: Radiother Oncol Volume: 112 Pages: 360-4
  • DOI: 10.1016/j.radonc.2014.08.003.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of long-term survival outcomes between stereotactic body radiotherapy and sublobar resection for stage I non-small-cell lung cancer in patients at high risk for lobectomy: A propensity score matching analysis. (2014)
  • Author(s): Matsuo Y, Chen F, Hamaji M, Kawaguchi A, Ueki N, Nagata Y, Sonobe M, Morita S, Date H, Hiraoka M.
  • Journal Title: Eur J Cancer Volume: 50 Pages: 2932-8
  • DOI: 10.1016/j.ejca.2014.09.006.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The impact of abdominal compression on outcome in patients treated with stereotactic body radiotherapy for primary lung cancer. (2014)
  • Author(s): Mampuya WA, Matsuo Y, Ueki N, Nakamura M, Mukumoto N, Nakamura A, Iizuka Y, Kishi T, Mizowaki T, Hiraoka M.
  • Journal Title: J Radiat Res Volume: 55 Pages: 934-9
  • DOI: 10.1093/jrr/rru028.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Prediction of clinical outcome after stereotactic body radiotherapy for non-small cell lung cancer using diffusion-weighted MRI and (18)F-FDG PET. (2014)
  • Author(s): Iizuka Y, Matsuo Y, Umeoka S, Nakamoto Y, Ueki N, Mizowaki T, Togashi K, Hiraoka M.
  • Journal Title: Eur J Radiol Volume: 83 Pages: 2087-92
  • DOI: 10.1016/j.ejrad.2014.07.018.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a dose verification system for Vero4DRT using Monte Carlo method (2014)
  • Author(s): Ishihara Y, Sawada A, Nakamura M, Miyabe Y, Tanabe H, Kaneko S, Takayama K, Mizowaki T, Kokubo M, Hiraoka M.
  • Journal Title: J Appli Clin Med Phys Volume: 15 Pages: 160-72
  • DOI: 10.1120/jacmp.v15i6.4961
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Accuracy of positional correction for the floor-mounted kV X-ray IGRT system in angled couch positions (2014)
  • Author(s): Koubuchi S, Takakura T, Nakamura M, Mizowaki T, Nakata M, Hiraoka M.
  • Journal Title: Radiol Phys Technol Volume: 7 Pages: 373-8
  • DOI: 10.1007/s12194-014-0275-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dosimetric comparison of Acuros XB with AAA and XVMC in stereotactic body radiotherapy for lung cancer (2014)
  • Author(s): Tsuruta Y, Nakata M, Nakamura M, Matsuo Y, Higashimura K, Monzen H, Mizowaki T, Hiraoka M
  • Journal Title: Med Phys Volume: 41 Pages: 081715
  • DOI: 10.1118/1.4890592
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Vero4DRTを用いた肝腫瘍に対する動体追尾定位放射線治療 (2014)
  • Author(s): 飯塚裕介、松尾幸憲、石原佳知、秋元麻未、田邊裕朗、高山賢二、植木奈美、横田憲治、溝脇尚志、小久保雅樹、平岡眞寛
  • Organizer: JASTRO 第27回学術大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-13
• [Presentation] Comparison of Long-term Survival Outcomes between Stereotactic Body Radiotherapy and Sublobar Resection for Stage I Non-small Cell Lung Cancer in High-risk Operable Patients: Propensity Score Match Analysis. (2014)
  • Author(s): Matsuo Y, Chen F, Hamaji M, Kawaguchi A, Ueki N, Nagata Y, Sonobe M, Morita S, Date H, Hiraoka M.
  • Organizer: Chicago Multidisciplinary Symposium in Thoracic Oncology.
  • Place of Presentation: Chicago Marriott Downtown Magnificent Mile
  • Year and Date: 2014-10-30 – 2014-11-01
• [Presentation] Comparison of Long-term Survival Outcomes between Stereotactic Body Radiotherapy and Sublobar Resection for Stage I Non-small Cell Lung Cancer in High-risk Operable Patients: Propensity Score Match Analysis. (2014)
  • Author(s): Matsuo Y, Chen F, Hamaji M, Kawaguchi A, Ueki N, Nagata Y, Sonobe M, Morita S, Date H, Hiraoka M.
  • Organizer: ASTRO’s 56th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco
  • Year and Date: 2014-09-14 – 2014-09-17
• [Presentation] Evaluation of dose distribution and tracking accuracy in dynamic tumor-tracking irradiation for liver tumors using a gimbaled linac (2014)
  • Author(s): Y. Iizuka, N. Ueki, Y. Ishihara, M. Akimoto, H. Tanabe, K. Takayama, N. Mukumoto, M. Nakamura, Y. Miyabe, S. Kaneko, Y. Matsuo, T. Mizowaki, H. Monzen, A Sawada, M. Kokubo, M. Hiraoka
  • Organizer: ASTRO’s 56th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco
  • Year and Date: 2014-09-14 – 2014-09-17
• [Presentation] A multi-centric analysis of error components in dynamic tumour tracking radiotherapy. (2014)
  • Author(s): Matsuo Y, Verellen D, Poels K, Mukumoto N, Depuydt T, Akimoto M, Nakamura M, Hiraoka M, De Ridder M.
  • Organizer: EPI2k14
  • Place of Presentation: Hotel Marselis, Aarhus, Denmark
  • Year and Date: 2014-08-31 – 2014-09-03
• [Presentation] Intensity-modulated radiotherapy following extra-pleural pneumonectomy for malignant pleural mesothelioma. (2014)
  • Author(s): Matsuo Y, Shibuya K, Okubo K, Ueki N, Nakamura M, Sonobe M, Aoyama A, Sato M, Date H, Hiraoka M.
  • Organizer: ESTRO 33
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2014-04-04 – 2014-04-08