線量体積制約に基づき高精度・高速演算を実現する強度変調放射線治療計画法の開発

• 研究課題/領域番号: 15K06110
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 吉永 哲哉 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学系), 教授 (40220694)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 強度変調放射線治療計画 / 最適化問題 / 微分方程式 / 非線形問題 / 強度変調放射線治療

研究成果の概要

高精度・高速演算を実現する強度変調放射線治療（IMRT）計画法の開発を目的として，線量体積制約に基づく評価関数に対して acceptable（許容）の概念を新しく導入し，acceptable な IMRT 計画逆問題を解決するための非線形ハイブリッド力学系を提案した．状態に応じて離散事象が発生する区分的微分方程式系に対して共通リアプノフ関数を定義し，最適解の漸近安定性を理論的に証明することに成功した．連続時間系に乗法的離散化を用いることで，実用的な演算速度を与える反復法も提案した．臨床例を模擬した数値実験を通して，与えられた線量体積制約を厳密に満たすIMRT計画を求めることが可能となった．

研究成果

• [雑誌論文] Remarkable similarities of two pairs of stable and saddle canards in a van der Pol oscillator under extremely weak periodic perturbation (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagata Yuta、Inaba Naohiko、Sekikawa Munehisa、Endo Tetsuro、Fujimoto Ken’ichi、Yoshinaga Tetsuya
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2018 号: 1 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1093/ptep/ptx172
  • NAID: 120006980530
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Continuous Analog of Accelerated OS-EM Algorithm for Computed Tomography (2017)
  • 著者名/発表者名: Tateishi Kiyoko、Yamaguchi Yusaku、Abou Al-Ola Omar M.、Yoshinaga Tetsuya
  • 雑誌名: Mathematical Problems in Engineering 巻: 2017 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1155/2017/1564123
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multivalued Discrete Tomography Using Dynamical System That Describes Competition (2017)
  • 著者名/発表者名: Kojima Takeshi、Ueta Tetsushi、Yoshinaga Tetsuya
  • 雑誌名: Mathematical Problems in Engineering 巻: 2017 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1155/2017/8160354
  • NAID: 120006814110
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discrete-Time Dynamic Image Segmentation Using Oscillators with Adaptive Coupling (2016)
  • 著者名/発表者名: Mio Kobayashi and Tetsuya Yoshinaga
  • 雑誌名: International Journal of Modern Nonlinear Theory and Application 巻: 5:2 号: 02 ページ: 93-103
  • DOI: 10.4236/ijmnta.2016.52010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Continuous analog of multiplicative algebraic reconstruction technique for computed tomography (2016)
  • 著者名/発表者名: Kiyoko Tateishi, Yusaku Yamaguchi, Omar M. Abou Al-Ola, Takeshi Kojima and Tetsuya Yoshinaga
  • 雑誌名: Proc. SPIE 9783, Medical Imaging 2016: Physics of Medical Imaging 巻: 9783 ページ: 97834Q-97834Q
  • DOI: 10.1117/12.2214598
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Noise reduction in computed tomography using a multiplicative continuous-time image reconstruction method (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusaku Yamaguchi, Takeshi Kojima and Tetsuya Yoshinaga
  • 雑誌名: Proc. SPIE 9783, Medical Imaging 2016: Physics of Medical Imaging 巻: 9783 ページ: 97834T-97834T
  • DOI: 10.1117/12.2216439
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Robustification of a Nonlinear Dynamical System with a Stability Index and a Matrix Inequality (2015)
  • 著者名/発表者名: Oishi Yasuaki, Mio Kobayashi and Tetsuya Yoshinaga
  • 雑誌名: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration 巻: 8:3 号: 3 ページ: 209-213
  • DOI: 10.9746/jcmsi.8.209
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dose-volume constrained optimization in intensity-modulated radiation therapy treatment planning (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Tanaka, Ken'ichi Fujimoto and Tetsuya Yoshinaga
  • 雑誌名: Journal of Inequalities and Applications 巻: 1 号: 1
  • DOI: 10.1186/s13660-015-0643-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] A novel method of dose-volume-constrained and equivalent-uniform-dose-based optimization in intensity-modulated radiation therapy treatment planning (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Yoshinaga
  • 学会等名: European Congress of Radiology 2018
  • 国際学会
• [学会発表] An attempt to enlarge basin in discrete tomographic dynamics with a competitive term (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Kojima, Tetsushi Ueta and Tetsuya Yoshinaga
  • 学会等名: 2018 RISP International Workshop on Nonlinear Circuits, Communications and Signal Processing
  • 国際学会
• [学会発表] Tomographic Image Reconstruction via Chi-Square Minimization (2018)
  • 著者名/発表者名: Yusaku Yamaguchi, Takeshi Kojima and Tetsuya Yoshinaga
  • 学会等名: 2018 RISP International Workshop on Nonlinear Circuits, Communications and Signal Processing
  • 国際学会
• [学会発表] A novel image reconstruction method based on minimization of Hellinger distance (2017)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Yoshinaga
  • 学会等名: European Congress of Radiology 2017
  • 発表場所: Austria Center Vienna (Wien, Austria)
  • 年月日: 2017-03-01
  • 国際学会
• [学会発表] Applying dynamical method of discrete tomography to X-ray CT imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Keita Nakahama, Takeshi Kojima and Tetsuya Yoshinaga
  • 学会等名: International Forum of Medical Imaging in Asia
  • 発表場所: Tenbusu Naha (Naha, Okinawa)
  • 年月日: 2017-01-20
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of metal artifact reduction using dynamical image reconstruction in X-ray CT (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusaku Yamaguchi, Omar M. Abou Al-Ola, Shintaro Harano, Takeshi Kojima and Tetsuya Yoshinaga
  • 学会等名: International Forum of Medical Imaging in Asia
  • 発表場所: Tenbusu Naha (Naha, Okinawa)
  • 年月日: 2017-01-20
  • 国際学会
• [学会発表] 非自律系非線形微分方程式に基づく磁気共鳴画像再構成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口 雄作, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 日本放射線技術学会第73回総会学術大会
• [学会発表] ヘリンガー距離の最小化に基づく動的再構成法のX線CT画像への適用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池田 大輔, 水田 希咲, 山口 雄作, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 日本放射線技術学会第73回総会学術大会
• [学会発表] 非線形微分方程式を用いた断層画像再構成とアナログ電子回路 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉永 哲哉
  • 学会等名: 平成29年電気学会電子・情報・システム部門大会
  • 招待講演
• [学会発表] ガウス写像結合系にみられる分岐現象の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林 美緒, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 平成29年電気学会電子・情報・システム部門大会
• [学会発表] 一般化 Hellinger 距離の最小化に基づくCT画像再構成, (2017)
  • 著者名/発表者名: 工藤 萌, 山口 雄作, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 第40回日本生体医工学会中国四国支部大会
• [学会発表] Hellinger 距離の最小化に基づくCT画像再構成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水田 希咲, 山口 雄作, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 第39回日本生体医工学会中国四国支部大会
  • 発表場所: 徳島大学 (徳島県徳島市)
  • 年月日: 2016-10-15
• [学会発表] 微分方程式を用いた離散トモグラフィのX線CT画像への適用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中濵 寿太, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 第39回日本生体医工学会中国四国支部大会
  • 発表場所: 徳島大学 (徳島県徳島市)
  • 年月日: 2016-10-15
• [学会発表] 非線形微分方程式を用いた非デカルト・サンプリングのための磁気共鳴画像再構成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口 雄作, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 第44回日本磁気共鳴医学会大会
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ (埼玉県さいたま市)
  • 年月日: 2016-09-09
• [学会発表] 逐次CT画像再構成アルゴリズム構築の新しいアプローチ (2016)
  • 著者名/発表者名: 立石 貴代子, 山口 雄作, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 医用画像情報学会(MII)平成28年度年次(第175回)大会
  • 発表場所: 大阪市立大学 (大阪府大阪市)
  • 年月日: 2016-06-11
• [学会発表] 非線形微分方程式に基づく磁気共鳴画像再構成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口 雄作, 森 美智子, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 医用画像情報学会(MII)平成28年度年次(第175回)大会
  • 発表場所: 大阪市立大学 (大阪府大阪市)
  • 年月日: 2016-06-11
• [学会発表] 連続時間 CT 画像再構成法を用いた金属アーチファクト削減の効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 原野 真太郎, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 第111回日本医学物理学会学術大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 (神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2016-04-14
• [学会発表] 微分方程式を用いた離散トモグラフィ画像再構成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中濵 寿太, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 第111回日本医学物理学会学術大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 (神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2016-04-14
• [学会発表] 微分方程式を用いた離散トモグラフィ画像再構成法の数値実験による検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中濵 寿太, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 島根県診療放射線技師会平成27年度春季学術大会
  • 発表場所: 島根県済生会江津総合病院 (島根県江津市)
  • 年月日: 2016-03-06
• [学会発表] Noise reduction in computed tomography using a multiplicative continuous-time image reconstruction method (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusaku Yamaguchi, Takeshi Kojima and Tetsuya Yoshinaga
  • 学会等名: 2016 SPIE Medical Imaging
  • 発表場所: San Diego (USA)
  • 年月日: 2016-02-27
  • 国際学会
• [学会発表] Continuous analog of multiplicative algebraic reconstruction technique for computed tomography (2016)
  • 著者名/発表者名: Kiyoko Tateishi, Yusaku Yamaguchi, Omar M. Abou Al-Ola, Takeshi Kojima and Tetsuya Yoshinaga
  • 学会等名: 2016 SPIE Medical Imaging
  • 発表場所: San Diego (USA)
  • 年月日: 2016-02-27
  • 国際学会
• [学会発表] 非線形微分方程式を用いた離散トモグラフィ (2015)
  • 著者名/発表者名: 中濵 寿太, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 第38回日本生体医工学会中国四国支部大会
  • 発表場所: 広島市立大学 (広島県広島市)
  • 年月日: 2015-11-28
• [学会発表] 金属アーチファクト削減のための連続時間 CT 画像再構成法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 原野 真太郎, 兒島 雄志, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 第38回日本生体医工学会中国四国支部大会
  • 発表場所: 広島市立大学 (広島県広島市)
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] 線量体積制約の最適化に基づく強度変調放射線治療計画法の有用性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中 義浩, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 第110回日本医学物理学会学術大会
  • 発表場所: 北海道大学 (北海道札幌市)
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] 連続時間CT画像再構成法とその乗法的離散化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 立石 貴代子, 山口 雄作, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 第110回日本医学物理学会学術大会
  • 発表場所: 北海道大学 (北海道札幌市)
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] 雑音低減のための乗法的連続時間CT画像再構成法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山口 雄作, 吉永 哲哉
  • 学会等名: 第110回日本医学物理学会学術大会
  • 発表場所: 北海道大学 (北海道札幌市)
  • 年月日: 2015-09-19
• [備考] 医用画像機器工学分野
  • URL: http://www.tokushima-u.ac.jp/med/culture/iyo_gazokiki/index.html