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放射線治療法に対する統計科学的アプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 16K12397
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 統計科学
研究機関北海道大学

研究代表者

水田 正弘  北海道大学, 情報基盤センター, 教授 (70174026)

研究分担者 伊達 広行  北海道大学, 保健科学研究院, 教授 (10197600)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード分割照射 / 治療計画 / 制約条件付最適化問題 / IBED / ASF / Therapeutic Window / 腫瘍制御確率 / 正常組織障害発生確率 / 危険臓器 / 生存モデル / 制約付き最適化問題
研究成果の概要

悪性腫瘍に対する有力な治療法の1つとして放射線治療法がある。現在、陽子線治療や定位照射などの発達により、ミリメートル単位で正確な照射が可能になっている。そのような状況で最適な照射計画を構築するための基礎理論を検討した。多くの場合、放射線治療は数回から30回程度まで分割して実施する。最適な照射回数を見つけるための数理的モデルの研究は十分ではない。研究代表者および研究分担者は、分割照射が妥当である場合の数理的な条件を提唱している。これを実践的な理論にするために、放射線に対する腫瘍および正常臓器の影響モデルを検討した。さらに、それらのモデルのもとで、理論的に最適な照射計画の構築法を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

腫瘍に対する放射線治療は、クオリティ・オブ・ライフの観点からも治療効果の観点からも有効な方法である。通常、複数回の照射による分割照射が実施されている。適切な照射回数について、多くの臨床的研究が発表されているが、理論構築は遅れている。本研究では、「腫瘍に大きなダメージを与えながら、同時に正常臓器への障害を最小にする」という原則を統計科学の立場から数理モデルで記述し、最適な照射回数および線量を導出した。本研究成果を基に、今後、臨床的な研究を進めることで、効果的で、効率的な放射線治療法の開発が可能になる。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Investigation of dose-rate effects and cell-cycle distribution under protracted exposure to ionizing radiation for various dose-rates2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Matsuya, Stephen J. McMahon, Kaori Tsutsumi, Kohei Sasaki, Go Okuyama, Yuji Yoshii, Ryosuke Mori, Joma Oikawa, Kevin M. Prise, Hiroyuki Date
    • 雑誌名

      Scientific Reports 8: 8287 (2018)

      巻: 8 号: 1 ページ: 8287-8287

    • DOI

      10.1038/s41598-018-26556-5

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Integrated Modelling of Cell Responses after Irradiation for DNA-Targeted Effects and Non-Targeted Effects2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Matsuya, Kohei Sasaki, Yuji Yoshii, Go Okuyama and Hiroyuki Date
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1038/s41598-018-23202-y

    • NAID

      120006463569

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Estimation of the radiation-induced DNA double-strand breaks number considering cell cycle and absorbed dose per cell nucleus2018

    • 著者名/発表者名
      R. Mori, Y. Matsuya, Y. Yoshii, H. Date
    • 雑誌名

      Journal of Radiation Research

      巻: 印刷中 号: 3 ページ: 253-260

    • DOI

      10.1093/jrr/rrx097

    • NAID

      120006488426

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comparison of the average surviving fraction model with the integral biologically effective dose model for an optimal irradiation scheme2018

    • 著者名/発表者名
      Takagi Ryo、Komiya Yuriko、Sutherland Kenneth L、Shirato Hiroki、Date Hiroyuki、Mizuta Masahiro
    • 雑誌名

      Journal of Radiation Research

      巻: 59 号: suppl_1 ページ: i32-i39

    • DOI

      10.1093/jrr/rrx084

    • NAID

      120006469010

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Present developments in reaching an international consensus for a model-based approach to particle beam therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Prayongrat Anussara、Umegaki Kikuo、van der Schaaf Arjen、Koong Albert C、Lin Steven H、Whitaker Thomas、McNutt Todd、Matsufuji Naruhiro、Graves Edward、Mizuta Masahiro、Ogawa Kazuhiko、Date Hiroyuki、Moriwaki Kensuke、Ito Yoichi M、Kobashi Keiji、Dekura Yasuhiro、Shimizu Shinichi、Shirato Hiroki
    • 雑誌名

      Journal of Radiation Research

      巻: 59 号: suppl_1 ページ: i72-i76

    • DOI

      10.1093/jrr/rry008

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Change in Plasma Total, Esterified and Non-esterified Capric Acid Concentrations during a Short-term Oral Administration of Synthetic Tricaprin in Dogs2017

    • 著者名/発表者名
      SHRESTHA Rojeet、HIRANO Ken-ichi、SUZUKI Akira、YAMAGUCHI Satoshi、MIURA Yusuke、CHEN Yi-Fan、MIZUTA Masahiro、CHIBA Hitoshi、HUI Shu-Ping
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 33 号: 11 ページ: 1297-1303

    • DOI

      10.2116/analsci.33.1297

    • NAID

      130006199351

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Statistical and Mathematical Models for Radiotherapy2018

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Mizuta
    • 学会等名
      7th German-Japanese Symposium at TU Dortmund University
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ビッグデータとモデルの関係性について2018

    • 著者名/発表者名
      水田正弘
    • 学会等名
      2018年度統計関連学会連合大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Cell surviving fraction model for multi-fractionated radiotherapy considering cancer stem cells (CSCs)2018

    • 著者名/発表者名
      S. Naijyo, Y. Matsuya, H. Date
    • 学会等名
      The 5th meeting of educational symposium of radiation and health (ESRAH)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Effects of X-rays energy spectrum and electron track structure on DNA damage.2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Yachi, Y. Yoshii, Y. Matsuya, H. Date
    • 学会等名
      The 5th meeting of educational symposium of radiation and health (ESRAH)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Estimation of biological effect on normal and tumor cells in IMRT2018

    • 著者名/発表者名
      T. Miyao, Y. Matsuya, H. Date
    • 学会等名
      The 5th meeting of educational symposium of radiation and health (ESRAH)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Cell responses of lung cancer after exposure to X-rays following in-field and out-of-field configuration2018

    • 著者名/発表者名
      C. Yu, Y. Matsuya, M. Ishikawa, H. Date
    • 学会等名
      The 18th AOCMP & The 16th SECOMP
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Micro- and nano-dosimetric analyses of the energy deposition by ionizing radiations2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Yachi, Y. Yoshii, Y. Matsuya, H. Date
    • 学会等名
      The 18th AOCMP & The 16th SECOMP
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Two stage variable selection approach to detect Gene×Environment interactions for Genome Wide Association Study (GWAS)2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Iijima, Yoichi M. Ito and Masahiro Mizuta
    • 学会等名
      2016 International Conference for JSCS 30th Anniversary in Seattle
    • 発表場所
      Seattle Central Library (米国・シアトル市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] New Therapeutic Windows in Modern Radiotherapy2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiko Mizuta
    • 学会等名
      Medical Science and Engineering Symposium Model-based Approach: NTCP & TCP
    • 発表場所
      Hokkaido University (北海道・札幌市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Meta-Analysis With Symbolic Data Analysis And Its Application For Clinical Data2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Takagi, Hiroyuki Minami, and Masahiro Mizuta
    • 学会等名
      10th Conference of the IASC-ARS/68th Annual NZSA Conference
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Meta-Analysis and SDA2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Mizuta
    • 学会等名
      6th SDA Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Symbolic approach for big data, mini data, and neo big data2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Mizuta
    • 学会等名
      ISI
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] メタ分析におけるシンボリックデータ解析法の利用について2017

    • 著者名/発表者名
      水田正弘
    • 学会等名
      2017年度統計関連学会連合大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 放射線照射後の細胞生存率曲線の検討 -細胞生存率モデルとパラメータ決定法の違いが及ぼす 影響-2016

    • 著者名/発表者名
      山田 亮太,木村 尭朗,松谷 悠佑,伊達 広行
    • 学会等名
      第112回日本医学物理学会学術大会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター(沖縄県・宜野湾市)
    • 年月日
      2016-09-08
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Assessment in evaluation function for radiation therapy planning2016

    • 著者名/発表者名
      Ryo Takagi, Yuriko Komiya, Hiroyuki Minami and Masahiro Mizuta
    • 学会等名
      The 4th Workshop in Statistics, Hokkaido University and Korea University
    • 発表場所
      Korea University (韓国・ソウル市)
    • 年月日
      2016-06-21
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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