動的仮想現実映像表示技術の動体迎撃放射線治療への応用研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12470182
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 白土 博樹 北海道大学, 医学部・附属病院, 助教授 (20187537)
• 研究分担者: 伊福部 達 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (70002102)
• キーワード: 放射線治療 / 呼吸性移動 / セットアッブ誤差 / 動体追跡照射 / パターン認識技術 / ヴァーチャルリアリテイ / 癌治療 / 4次元治療計画

研究概要

放射線治療計画に利用可能性のあるリアルタイムヴァーチャルリアリテイ表示システムの検討を、伊福部教室に既存のOnyx2(4CPU)を用いて行った。動的仮想空間の利用のためにはデイスプレイに写しさだされた計画画像と、透視される現実空間を比較する方法が良いことがわかった。実際の治療では3次元治療計画装置から3次元的位置情報を持った画像転送を動体追跡装置に転送し、CRTデイスプレイ上に2方向からの透視画像に重なる如く、腫瘍再合成画像を重ね合わせる装置が最適と考えた。
リアルタイムレジストレーション用インターフェースとして、腫瘍内に3個の2.0mmの金マーカーを刺入し、2台のX線装置にて腫瘍が治療計画位置と比較してどのように移動・回転しているかを計算可能とした。これを既存の動体追跡照射装置に実装し、人体模型を用いてその精度を計測した。その結果、腫瘍と金マーカーの間に捻じれ・拡大/縮小がない場合には、平行移動・任意の軸周りに回転があっても腫瘍の重心位置を精度±1mmにて認識し、患者テーブルの移動により、治療計画位置に再現できることがわかった。
さらに、直線加速器のガントリー、患者テーブル、コリメーターをそれぞれ回転することで、腫瘍に対して治療計画時と同じ方向からの治療が可能となる方法を編み出し、「病巣座標軸に基づいた定位原体放射線治療」法を開発した。
さらに、1個のマーカーの動きを0.03秒毎にパターン認識技術にて自動追跡して、マーカーと腫瘍との3次元座標を動的仮想空間上で連関し、仮想空間上の腫瘍と実空間上の腫瘍位置の即時自動対応を可能とした。これにより、4名の肺癌の呼吸性移動に関して移動距離が3次元的に頭尾方向のみならず、背腹方向にも大きく動く場合もあること、左右方法の動きは心拍によるものがほとんどで小さいこと、移動パターンにはx、y、z方向で位相が異なるためヒステレーシスがあることが確認された。

研究成果

• [文献書誌] Shimizu S,: "Use of an implanted marker and real-time tracking of the marker for the positioning of prostate and bladder cancers."Int J Radiat Oncol Biol Phys. 48(5). 1591-7 (2000)
• [文献書誌] Shirato H,: "Physical aspects of a real-time tumor-tracking system for gated radiotherapy."Int J Radiat Oncol Biol Phys. 48(4). 1187-95 (2000)
• [文献書誌] Shirato H,: "Fractionated stereotactic radiotherapy for vestibular schwannoma(VS) : comparison between cystic-type and solid-type VS."Int J Radiat Oncol Biol Phys. 48(5). 1395-401 (2000)
• [文献書誌] Nishioka T,: "Three-dimensional small-volume irradiation for residual or recurrent nasopharyngeal carcinoma."Int J Radiat Oncol Biol Phys. 48(2). 495-500 (2000)
• [文献書誌] Shimizu S,: "High-speed magnetic resonance imaging for four-dimensional treatment planning of conformal radiotherapy of moving body tumors."Int J Radiat Oncol Biol Phys. 48(2). 471-4 (2000)
• [文献書誌] Shirato H,: "Four-dimensional treatment planning and fluoroscopic real-time tumor tracking radiotherapy for moving tumor."Int J Radiat Oncol Biol Phys. 48(2). 435-42 (2000)