2014 Fiscal Year Research-status Report
待ち伏せ照射の高精度化を目的とした体内呼吸運動に基づく呼吸位相モニタの開発
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26460714
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
宮本 直樹 北海道大学, 大学病院, 助教 (00552879)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高尾 聖心 北海道大学, 大学病院, 助教 (10614216)
清水 伸一 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (50463724)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 動体追跡放射線治療 / 呼吸性移動 / 呼吸位相 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
腫瘍の近傍に留置された体内の金属マーカを利用する待ち伏せ照射は、呼吸性移動をともなう肺癌などの放射線治療に応用されている。しかし、現状のシステムでは、呼吸により運動する体内マーカの3次元位置のみをモニタしており、呼吸位相(呼気や吸気)を考慮していない。本研究では、治療計画とは異なる呼吸位相での待ち伏せ照射を防ぎ、治療の効率と精度を向上させる目的で、体内マーカの3次元位置の時系列情報から呼吸位相をモニタする方法を開発する。研究期間内に、臨床データを用いて提案手法の実現性を示し、実用レベルの完成度を目指す。治療の高精度化に加え、正確で再現性の高い位置合わせも実現できるため、治療時間を短縮できることから、患者への負担も低減できると考えられる。
平成26年度は、呼吸位相モニタの基本アルゴリズムを開発した。従来、体表面の上下運動などから呼吸位相を分割していたが、動体追跡治療で得られる体内マーカの複雑な3次元運動に対しては、体内と体外の動きの相関性の低さから、体外情報のみから評価することが困難であったため、マーカの3次元的な移動距離に基づいて呼吸位相を分割する新しい方法を検討した。300を超える実際の呼吸運動データを用いて動作検証をおこなった結果、咳などの不規則な運動を含む場合を除き、呼気から吸気までの動きを正確にトレースできており、目標としていた動体追跡治療の高精度化に応用できることを示した。開発したアルゴリズムは、治療中に発生するベースラインシフトの自動検出や、患者位置合わせの再現性の向上、さらに、追尾的照射への応用を考えることができるため、本提案のアイデアを利用する放射線治療システムとして特許申請した。また、基本的な動作検証結果について、2015年4月の第109回医学物理学会学術大会にて報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在までの研究開発の達成度は、おおむね順調に進んでいると判断している。基本的に申請時の実施計画に沿った研究開発を進めており、ほぼ想定通りの結果を得ている。具体的には、①開発アルゴリズムの評価を目的とし、動体追跡治療で得られる呼吸運動データを収集すること、②呼吸位相分割アルゴリズムを開発すること、の2点である。過去の治療で得られたデータも含め、実際の臨床で得られた300以上の体内マーカの3次元運動データを用いて、開発した呼吸位相分割アルゴリズムの動作確認を実施した結果、咳などの不規則な動きを含む一部のケースを除き、本手法により正確に呼吸位相を評価できる可能性を示すことができた。このことは、実際の治療において、治療中に発生するベースラインシフトの自動検出や、患者位置合わせの再現性の向上に応用できることを示している。また、追尾照射への応用方法も新たに考案し、動体追跡治療の高精度化を実現する一連のアイデアを特許として申請するにいたったことは、大きな成果の1つと考える。また、現時点までで得られた評価を第109回医学物理学会学術大会（2015年4月16-19日）にて報告した。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度から実施していた治療時のデータ（マーカ追跡データ、X線透視画像）収集を継続して実施し、効率のよい解析を可能とするためにデータベースを構築する。例えば、呼吸運動は肺野の場所によって傾向があり（下肺野は動きが大きいなど）、特徴毎に分類したデータで解析することにより、定量的な評価を実施でき、効率的なアルゴリズムの改善が可能となると考える。また、実際の呼吸運動に加えて、不規則な運動や、咳などの突発的な動きを再現するための動体ファントムを製作し、より不規則な運動に対するロバスト性などを評価する予定である。本アルゴリズムの利用による、患者位置決めの再現性の向上、治療時間の短縮効果などを、治療ログを利用して定量的に評価する予定である。
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| Causes of Carryover |
平成27年度に予定している動体ファントム製作において、実際の体内の透視画像を再現するための機能を追加することを考え、そのための費用増額、およびデータ保存用サーバーの導入を検討しており、それらを導入するために初年度購入備品のスペックの見直し等を実施したため、次年度使用額が発生した。具体的には、画像取得用PCのスペックを録画機能に絞り、導入予定の備品よりも価格を抑えたことが理由の1つである。また、解析に用いる画像データ収集のためにX線画像取得ボードの導入を予定していたが、録画用PCの汎用入出力ポートを利用し、ソフトウェア的に録画する機能を実装できたため、X線画像取得ボード導入の必要がなくなったため、次年度使用額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
主な使途としては、成果発表と情報収集を目的とした海外学会参加（米国医学物理学会＠アナハイム）のための旅費、評価用動体ファントムの製作費用にあてる。また、初年度から継続している治療時のデータ収集に関して、画像データを含めると1日の治療あたりに得られるデータのサイズが60GB程度になることもあることから、今後の解析をスムーズに、かつ、データへのアクセスを容易にできるよう、データサーバーを導入し、データ保存用のハードディスクの容量を増強する予定である。
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