動体追跡スポットスキャニング陽子線治療に適合した生物線量計算システムの開発

• 研究課題/領域番号: 15K09984
• 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: 放射線科学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 松浦 妙子 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90590266)
• 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: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 線エネルギー付与 / 陽子線治療 / 放射線生物効果 / 医学物理 / 生物モデル / 移動標的

研究成果の概要

本研究では、呼吸性移動腫瘍に対するスポットスキャニング陽子線治療に焦点を当て、実際に照射された物理線量分布を正確に算出するための方法論を構築した。これを、別途開発したシステムに搭載し、患者への日々の実績投与線量評価を可能にした。また、生物学的影響を含めた治療効果を評価するために、患者体内のLET分布を短時間で計算する解析アルゴリズムを開発した。一般的に用いられてきたモンテカルロ法と比較して、格段に短時間で、同程度の計算精度が達成されることを確認した。最後に、治療効果に影響する因子として線量率に着目し、体内各位置における線量率構造を算出するための仕組みを構築することで、将来的な発展に備えた。

研究成果

• [雑誌論文] An Analytical Dose-Averaged LET-Calculation Algorithm Considering the Off-Axis LET Enhancement by Secondary Protons for Spot-Scanning Proton Therapy (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hirayama, T. Matsuura, U. Hideaki, Y. Fujii, T. Fujii, S. Takao, N. Miyamoto, S. Shimizu, R. Fujimoto, K. Umegaki, H. Shirato
  • 雑誌名: Med. Phys. 巻: 掲載決定
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of Real-Time Image Gating on Spot Scanning Proton Therapy for Lung Tumors: A Simulation Study (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kanehira, T. Matsuura, S. Takao, Y. Matsuzaki, Y. Fujii, T. Fujii, YM. Ito, N. Miyamoto, T. Inoue, N. Katoh, S. Shimizu, K. Umegaki, H. Shirato
  • 雑誌名: Int J Radiat Oncol Biol Phys. 巻: 97 ページ: 173-181
  • 査読あり
• [雑誌論文] A simulation study on the dosimetric benefit of real-time motion compensation in spot-scanning proton therapy for prostate (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujii, T. Matsuura, S. Takao, Y. Matsuzaki, T. Fujii, N. Miyamoto, K. Umegaki, K. Nishioka, S. Shimizu and H. Shirato
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 58 号: 4 ページ: 591-597
  • DOI: 10.1093/jrr/rrx020
  • NAID: 120006346118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of Real-Time Image Gating on Spot Scanning Proton Therapy for Lung Tumors: A Simulation Study. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanehira T, Matsuura T, Takao S, Matsuzaki Y, Fujii Y, Fujii T, Ito YM, Miyamoto N, Inoue T, Katoh N, Shimizu S, Umegaki K, Shirato H
  • 雑誌名: Int J Radiat Oncol Biol Phys. 巻: 97(1) 号: 1 ページ: 173-181
  • DOI: 10.1016/j.ijrobp.2016.09.027
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NTCP modeling analysis of acute hematologic toxicity in whole pelvic radiation therapy for gynecologic malignancies - A dosimetric comparison of IMRT and spot-scanning proton therapy (SSPT). (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T, Kinoshita R, Onodera S, Toramatsu C, Suzuki R, Ito YM, Takao S, Matsuura T, Matsuzaki Y, Umegaki K, Shirato H, Shimizu S
  • 雑誌名: Phys Med. 巻: 32(9) 号: 9 ページ: 1098-1102
  • DOI: 10.1016/j.ejmp.2016.08.007
  • NAID: 120005972937
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluation of the relative biological effectiveness of spot-scanning proton irradiation in vitro. (2016)
  • 著者名/発表者名: Maeda K, Yasui H, Matsuura T, Suzuki M, Nam JM, Yamamori T, Inanami O, Shirato H.
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: - 号: 3 ページ: 307-311
  • DOI: 10.1093/jrr/rrv101
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optimization and evaluation of multiple gating beam delivery in a synchrotron-based proton beam scanning system using a real-time imaging technique. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamada T, Miyamoto N, Matsuura T, Takao S, Fujii Y, Matsuzaki Y, Koyano H, Umezawa M, Nihongi H, Shimizu S, Shirato H, Umegaki K
  • 雑誌名: Phys Med. 巻: 32(7) 号: 7 ページ: 932-937
  • DOI: 10.1016/j.ejmp.2016.06.002
  • NAID: 120006313432
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A nucleoside anticancer drug, 1-(3-C-ethynyl-beta-D-ribo-pentofuranosyl)cytosine, induces depth-dependent enhancement of tumor cell death in spread-out bragg peak (SOBP) of proton beam. (2016)
  • 著者名/発表者名: Maeda K, Yasui H, Yamamori T, Matsuura T, Takao S, Suzuki M, Matsuda A, Inanami O, Shirato H.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11(11) 号: 11 ページ: e0166848-e0166848
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0166848
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development and evaluation of a short-range applicator for treating superficial moving tumors with respiratory-gated spot-scanning proton therapy using real-time image guidance (2016)
  • 著者名/発表者名: Taeko Matsuura, Yusuke Fujii, Seishin Takao, Takahiro Yamada, Yuka Matsuzaki, Naoki Miyamoto, Taisuke Takayanagi, Shinichiro Fujitaka, Shinichi Shimizu, Hiroki Shirato
  • 雑誌名: Physics in Medicine and Biology 巻: 62 号: 4 ページ: 1515-1531
  • DOI: 10.1088/0031-9155/61/4/1515
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Intrafractional baseline shift/drift of lung tumor motion during gated radiotherapy with a real-time tumor-tracking system (2016)
  • 著者名/発表者名: Seishin Takao, Naoki Miyamoto, Taeko Matsuura, Rikiya Onimaru, Norio Katoh, Tetsuya Inoue, Kenneth Lee Sutherland, Ryusuke Suzuki, Hiroki Shirato, Shinichi Shimizu
  • 雑誌名: International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 巻: 94(1) 号: 1 ページ: 172-180
  • DOI: 10.1016/j.ijrobp.2015.09.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a wavelength-separated type SOF dosimeter to compensate for the Cerenkov radiation effect (2015)
  • 著者名/発表者名: Masayori Ishikawa, Naomi Nagase, Taeko Matsuura, Junichi Hiratsuka, Ryusuke Suzuki, Naoki Miyamoto, Kenneth Sutherland, Katsuhisa Fujita, Hiroki Shirato
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 56(2) 号: 2 ページ: 372-381
  • DOI: 10.1093/jrr/rru106
  • 査読あり
• [学会発表] Development of a System for Evaluating the Actual Dose Distribution in Respiratory-Gated Spot-Scanning Proton Therapy Using Real-Time Image Guidance (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuura, S. Hirayama, H. Koyano, S. Takao, T. Fujii, T. Yamada, Y. Fujii, H. Nihongi, S. Shimizu, K. Umegaki, H. Shirato
  • 学会等名: AAPM 59th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] An initial study on the increase in physical dose and dose averaged LET through collimator scattered protons was performed in spot-scanning (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuura, S. Takao, T. Fujii, S. Hirayama, K. Maeda, K. Ueno, H. Ueda, H. Koyano, K. Umegaki, H. Shirato
  • 学会等名: PTCOG56
  • 国際学会
• [学会発表] No Increase in Biological Effectiveness Through Collimator Scattered Low Energy Protons (2016)
  • 著者名/発表者名: T Matsuura, S Takao, Y Matsuzaki, Y Fujii, T Fujii, K Maeda, H Ueda, H Koyano, K Umegaki, H Shirato
  • 学会等名: 58th AAPM Annual Meeting
  • 発表場所: Washington, USA
  • 年月日: 2016-07-31
  • 国際学会
• [学会発表] An Initial Comparison Study of Motion Interplay Effects between IMPT and SFUD in Liver Real-time-image Gated, Spot-scanning Proton Beam Therapy (2016)
  • 著者名/発表者名: T Matsuura, S Takao, Y Matsuzaki, Y Fujii, T Fujii, N Miyamoto, N Kato, S Shimizu, K Umegaki, H Shirato
  • 学会等名: 55th PTCOG
  • 発表場所: Prague, Czech
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] A Comparison Study of Motion Interplay Effects between IMPT and SFUD (2016)
  • 著者名/発表者名: 松浦妙子、高尾聖心、松崎有華、藤井祐介、藤井孝明、宮本直樹、加藤徳雄、清水伸一、梅垣菊男、白土博樹
  • 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、横浜
  • 年月日: 2016-04-14
• [学会発表] Treatment of superficial liver tumors with spot-scanning proton therapy using real-time gating system-comparison between range compensation devices- (2015)
  • 著者名/発表者名: Taeko Matsuura, Seishin Takao, Yuka Matsuzaki, Yusuke Fujii, Takaaki Fujii, Naoki Miyamoto,Norio Katoh, Shinichi Shimizu, Hiroki Shirato, Kikuo Umegaki
  • 学会等名: 7th International 4D Treatment Planning Workshop
  • 発表場所: OncoRay, Dresden, Germany
  • 年月日: 2015-11-26
  • 国際学会
• [学会発表] Development of An Applicator for Treating Shallow and Moving Tumors with Respiratory-Gated Spot-Scanning Proton Therapy Using Real-Time Image Guidance (2015)
  • 著者名/発表者名: T Matsuura, Y Fujii , S Takao, T Yamada, Y Matsuzaki, N Miyamoto, T Takayanagi, S Fujitaka, S Shimizu, H Shirato, K Umegaki
  • 学会等名: 57th AAPM Annual Meeting
  • 発表場所: Anaheim, USA
  • 年月日: 2015-07-12
  • 国際学会