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統計呼吸動体モデルを軸とした寡分割高精度放射線治療技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18H02766
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分52040:放射線科学関連
研究機関京都大学

研究代表者

中村 光宏  京都大学, 医学研究科, 准教授 (30584255)

研究分担者 中尾 恵  京都大学, 医学研究科, 教授 (10362526)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2020年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2018年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
キーワード医学物理学 / 統計呼吸動体モデル / 時空間画像データ / 適応放射線治療 / 非侵襲呼吸性移動対策 / 高精度放射線治療
研究成果の概要

呼吸性移動を伴う病変に対する寡分割高精度放射線治療では,体内臓器の状態変化に伴う線量分布への影響に加えて,体内マーカー留置に伴う侵襲性や病変の動きとの非同調性に関する問題が内在している.本研究では,これらの問題を解決すべく,膨大な時空間画像データに基づいて多臓器変位を記述した統計呼吸動体モデルの創出と統計呼吸動体モデルを用いた非侵襲呼吸性移動対策照射法の開発に取り組んだ.その結果,上腹部から骨盤領域にかけて高精度なモデル生成に成功した.また,X線画像上で目視不可能な標的に対する非侵襲呼吸性移動対策照射法への応用に向けて本モデルを拡張し,提案手法の有用性を確認した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

膨大な時空間画像データと多臓器変位の自動認識技術によって統計呼吸動体モデルを創出した研究は現時点では見当たらない.このモデルは本研究の軸であり,放射線治療における様々なシーンで活用できる.例えば,呼吸性移動対策では動体追尾照射が理想的であるが,その可否は腫瘍サイズや密度に依存するため,適用率は極めて限定的である.一方,肝癌及び膵癌に対する呼吸同期照射や動体追尾照射では,照射位置確認のために体内マーカーの留置が必須である.統計呼吸動体モデルを用いた非侵襲呼吸性移動対策照射法は呼吸性移動を伴う全ての病変に対して適用可能な技術であり,寡分割高精度放射線治療を遂行するために必須な開発項目である.

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 2件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Statistical deformation reconstruction using multi-organ shape features for pancreatic cancer localization2021

    • 著者名/発表者名
      Nakao Megumi、Nakamura Mitsuhiro、Mizowaki Takashi、Matsuda Tetsuya
    • 雑誌名

      Medical Image Analysis

      巻: 67 ページ: 101829-101829

    • DOI

      10.1016/j.media.2020.101829

    • 関連する報告書
      2021 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] Statistical shape model-based planning organ-at-risk volume: application to pancreatic cancer patients2021

    • 著者名/発表者名
      M. Nakamura, M. Nakao, N. Mukumoto, R. Ashida, H. Hirashima, M. Yoshimura, T. Mizowaki
    • 雑誌名

      Physics in Medicine & Biology

      巻: 66 号: 1 ページ: 014001-014001

    • DOI

      10.1088/1361-6560/abcd1b

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analyses of integrated EPID images for on-treatment quality assurance to account for interfractional variations in volumetric-modulated arc therapy2020

    • 著者名/発表者名
      Norimasa Matsushita, Mitsuhiro Nakamura, Makoto Sasaki, Shinsuke Yano, Michio Yoshimura, Takashi Mizowaki
    • 雑誌名

      J Appl Clin Med Phys

      巻: 21 号: 1 ページ: 110-116

    • DOI

      10.1002/acm2.12805

    • NAID

      120006892041

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Investigation of 4D dose in volumetric modulated arc therapy-based stereotactic body radiation therapy: does fractional dose or number of arcs matter?2020

    • 著者名/発表者名
      Shintani Takashi、Nakamura Mitsuhiro、Matsuo Yukinori、Miyabe Yuki、Mukumoto Nobutaka、Mitsuyoshi Takamasa、Iizuka Yusuke、Mizowaki Takashi
    • 雑誌名

      Journal of Radiation Research

      巻: 61 号: 2 ページ: 325-334

    • DOI

      10.1093/jrr/rrz103

    • NAID

      120006822527

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Impact of interfractional anatomical variation and setup correction methods on interfractional dose variation in IMPT and VMAT plans for pancreatic cancer patients: A planning study2020

    • 著者名/発表者名
      Ryo Ashida, Mitsuhiro Nakamura, Michio Yoshimura, Takashi Mizowaki
    • 雑誌名

      J Appl Clin Med Phys

      巻: 21 号: 7 ページ: 49-59

    • DOI

      10.1002/acm2.12883

    • NAID

      120006872726

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Positional repeatability and variation in internal and external markers during volumetric-modulated arc therapy under end-exhalation breath-hold conditions for pancreatic cancer patients2020

    • 著者名/発表者名
      Makoto Sasaki, Mitsuhiro Nakamura, Tomohiro Ono, Ryo Ashida, Michio Yoshimura, Manabu Nakata, Takashi Mizowaki, Naozo Sugimoto
    • 雑誌名

      Journal of Radiation Research

      巻: 61 号: 5 ページ: 755-765

    • DOI

      10.1093/jrr/rraa054

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Validation of the clinical applicability of knowledge-based planning in single-isocenter volumetric modulated arc therapy for multiple brain metastasis.2020

    • 著者名/発表者名
      Noriko Kishi, Mitsuhiro Nakamura, Hideaki Hirashima, Nobutaka Mukumoto, Keiichi Takehana, Megumi Uto, Yukinori Matsuo, Takashi Mizowaki
    • 雑誌名

      J Appl Clin Med Phys

      巻: 21 号: 10 ページ: 141-150

    • DOI

      10.1002/acm2.13022

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cone-beam CT画像の画質改善を目的とした3次元敵対的生成ネットワークの提案2020

    • 著者名/発表者名
      羽瀬 拓視, 中尾 恵, 今西 勁峰, 中村 光宏, 松田 哲也
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術報告

      巻: 156 ページ: 45-50

    • NAID

      120006890690

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] グラフ畳み込みネットワークを用いた単一X-ray 画像からの3次元臓器形状の再構成2020

    • 著者名/発表者名
      Fei Tong, 中尾 恵, 武 淑瓊, 中村 光宏, 松田 哲也
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術報告

      巻: 156 ページ: 51-56

    • NAID

      120006890688

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Performance evaluation of a newly developed three-dimensional model-based global-to-local registration in prostate cancer2019

    • 著者名/発表者名
      Mitsuhiro Nakamura, Megumi Nakao, Hideaki Hirashima, Hiraku Iramina, Takashi Mizowaki
    • 雑誌名

      J Radiat Res

      巻: 60 号: 5 ページ: 595-602

    • DOI

      10.1093/jrr/rrz031

    • NAID

      120006644066

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Accumulation of the delivered treatment dose in VMAT with breath-hold for pancreatic cancer patients based on daily CBCT images with limited field-of-view2019

    • 著者名/発表者名
      Marc Ziegler, Mitsuhiro Nakamura, Hidekaki Hirashima, Ryo Ashida, Michio Yoshimura, Christoph Bert, Takashi Mizowaki
    • 雑誌名

      Med Phys

      巻: 46 号: 7 ページ: 2969-2977

    • DOI

      10.1002/mp.13566

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Variation in target volume and centroid position due to breath‐holding during four‐dimensional computed tomography scanning: A phantom study2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Miyamae, Mami Akimoto, Makoto Sasaki, Takahiro Fujimoto, Shinsuke Yano, Mitsuhiro Nakamura
    • 雑誌名

      J Appl Clin Med Phys

      巻: 21 号: 1 ページ: 11-17

    • DOI

      10.1002/acm2.12692

    • NAID

      120006796394

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A scoring system predicting acute radiation dermatitis in patients with head and neck cancer treated with intensity-modulated radiotherapy2019

    • 著者名/発表者名
      Mitsue Kawamura, Michio Yoshimura, Hiromi Asada, Mitsuhiro Nakamura, Yukinori Matsuo, Takashi Mizowaki
    • 雑誌名

      Radiat Oncol

      巻: 14 号: 1 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1186/s13014-019-1215-2

    • NAID

      120006551754

    • 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] 動体追尾放射線治療のための複数周辺臓器の多次元特徴量に基づく膵癌変位推定法2018

    • 著者名/発表者名
      岩井 泰児, 中尾 恵, 中村 光宏, 松田 哲也
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: 118 ページ: 7-12

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 深層学習を用いた腫瘍位置予測モデルの開発2020

    • 著者名/発表者名
      中村 光宏,椋本 宜学,田邊 裕朗,飯塚 裕介,吉村 通央,小久保 雅樹,松尾 幸憲,溝脇尚志
    • 学会等名
      第33回日本放射線腫瘍学会学術大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 複数周辺臓器の形状特徴に基づく膵癌変位推定法2019

    • 著者名/発表者名
      岩井 泰児,中尾 恵,中村 光宏,松田 哲也
    • 学会等名
      第63回システム制御情報学会研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 生体医工学と医学物理学の融合がもたらす放射線治療学の新展開2019

    • 著者名/発表者名
      中村 光宏
    • 学会等名
      第58回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Computed Tomography Image Reconstruction from Neighbor Slices using 2D U-Net Convolutional Networks2019

    • 著者名/発表者名
      Shuqiong Wu,Megumi Nakao,Keiho Imanishi,Mitsuhiro Nakamura,Tetsuya Matsuda
    • 学会等名
      第38回日本医用画像工学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 統計学的手法によるマージン算定アルゴリズムの開発2019

    • 著者名/発表者名
      中村 光宏,中尾 恵,椋本 宜学,芦田 良,平島 英明,吉村 通央,溝脇 尚志
    • 学会等名
      第32回日本放射線腫瘍学会学術大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] A Preliminary Study on a Statistical Deformation Model of Multiple Organs for Reconstructing Respiratory Displacement2018

    • 著者名/発表者名
      Iwai T, Nakao M, Nakamura M, Matsuda T
    • 学会等名
      40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC'18)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Performance Evaluation of 3D Model-Based Global-To-Local Deformable Surface Registration of Multi Organs in Prostate Cancer2018

    • 著者名/発表者名
      Nakamura M, Nakao M, Hirashima H, Iramina H, Mizowaki T
    • 学会等名
      AAPM2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 呼吸性変位を表現可能な複数臓器の統計的変位モデル構築の試み2018

    • 著者名/発表者名
      岩井 泰児, 中尾 恵, 中村 光宏, 松田 哲也
    • 学会等名
      第57回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 前立腺領域における三次元モデルに基づく大域的-局所的位置合わせアルゴリズムの性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      中村 光宏, 中尾 恵, 平島 英明, 伊良皆 拓, 溝脇 尚志
    • 学会等名
      第32回高精度放射線外部照射部会学術大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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