• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実績報告書

標的の非均質性と動きを考慮したロバストな陽子線スキャニング治療技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H05235
研究機関北海道大学

研究代表者

梅垣 菊男  北海道大学, 工学研究院, 教授 (40643193)

研究分担者 清水 伸一  北海道大学, 医学研究院, 教授 (50463724)
松浦 妙子  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90590266)
宮本 直樹  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00552879)
高尾 聖心  北海道大学, 大学病院, 助教 (10614216)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード医学物理学 / 粒子線治療 / 放射線治療計画
研究実績の概要

平成28、29年度の研究成果に基づき、実際の臨床における標的マーカの呼吸性移動データを用い、陽子線照射スポット位置誤差の統計的/確率的評価に基づく線量分布解析、ロバスト性評価技術を開発した。また、標的移動と陽子線ビーム照射方向との相関を考慮し、一方向、多方向照射に対応した照射ゲーティングの方法、4次元線量分布最適化方法を開発した。線量誤差を考慮したがん病巣と重要臓器(Critical Organ)のロバストな線量分布評価方法を開発し、標的がん病巣線量・正常臓器線量ならびに照射効率(治療時間)のトレードオフスタディの方法を検討した。
(1)スポットスキャニングの特徴を活かした標的目標線量分布の設定と照射方法 :実際の臨床における標的マーカの呼吸性移動データを用い、ゲーティングで生じるスポット位置誤差の確率的/統計的評価を実施した。その結果に基づき、線量分布誤差低減と照射効率向上の観点でロバストなスキャニング線量分布形成方法を提案した。また、生物学的効果等を考慮した一方向、多方向照射陽子線線量分布形成法に基づくロバストな治療計画策定方法を検討した。
(2)動く標的の空間移動方向とビーム照射方向を考慮した線量分布最適化方法 :実際の臨床における標的マーカの呼吸性移動をモデル化し、移動方向と照射ビームの方向の相関に基づいて、4次元線量分布誤差を統計的に評価し、線量分布誤差を低減する陽子線特有の照射ゲーティング法による線量分布最適化方法を提案した。
(3) 臨床的観点からの治療計画最適化とトレードオフスタディの実現:位置誤差の確率的/統計的評価に基づき、線量誤差と照射効率(治療時間)をパラメータとしたトレードオフスタディの方法を開発した、臨床データを用いて比較検討した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題に対する研究計画に対応する平成30年度の進捗状況を以下に要約するが、いずれも当初の年度研究計画に沿って目標の研究結果が得られており、順調に進展している。
・位置決め誤差、呼吸等で移動する動きの誤差等、種々の要因による位置誤差と、粒子線照射装置の持つ特有な非等方線量誤差等を統計的に評価する方法を開発し、線量分布誤差低減と照射効率向上の観点でロバストなスキャニング線量分布形成方法を提案すると共に、IMPTの考え方をもとに生物学的効果も考慮した線量分布最適化も実施している。
・動く標的の動きに対して、移動方向をビーム照射方向とスキャ ニング平面方向に分解した新たなモデルに基づき、統計的/確率的誤差評価、照射効率を推定する方法を提案した。
・これらの検討結果に基づいて、呼吸等で移動するがん病巣と隣接臓器の線 量分布、照射効率(治療時間)に対するトレードオフスタディの方法を提案した。

今後の研究の推進方策

本研究は、北海道大学病院陽子線治療センターを主な研究実施場所として、関連する北大病院医学物理部、工学研究院量子理工学部門、医学研究院放射線医学分野が協力し、医工連携体制で実施している。また、陽子線治療におけるIMPT治療計画、陽子線治療特有の動体追跡ゲーティング照射法を開発するため、すでにX線治療でIMRT、動体追跡を実施している北大病院放射線部とも連携して研究を推進している。今後もこれらの密接な連携を通じて 課題を解決し、実用化していく。また、国内はもとより、米国医学物理学会、米国/欧州放射線腫瘍学会、スタンフォード大学との共同研究等において、さらなる海外の研究者との交流、情報交換を実施し、研究内容を推敲すると共に、北大の陽子線治療装置の最大の特徴である、呼吸などによる標的の移動を計測してゲーティング照射する動体追跡装置を活用し、特徴的な研究を推進すると共に、その結果を世界に発信していく予定である。

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 9件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Stanford University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Stanford University
  • [雑誌論文] A Literature Review of Proton Beam Therapy for Prostate Cancer in Japan2019

    • 著者名/発表者名
      Hoshina R M, Matsuura T, Umegaki K, Shimizu S
    • 雑誌名

      Journal of Clinical Medicine

      巻: 8 ページ: E48

    • DOI

      10.3390/jcm8010048

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A novel range-verification method using ionoacoustic wave generated from spherical gold markers for particle-beam therapy: a simulation study2019

    • 著者名/発表者名
      Takayanagi T, Uesaka T, Kitaoka M, Unlu M B, Umegaki K, Shirato H, Xing L, Matsuura T
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 ページ: 4011

    • DOI

      10.1038/s41598-019-38889-w

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] An Analytical Dose-Averaged LET-Calculation Algorithm Considering the Off-Axis LET Enhancement by Secondary Protons for Spot-Scanning Proton Therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Hirayama S, Matsuura T, Ueda H, Fujii Y, Fujii T, Takao S, Miyamoto N, Shimizu S, Fujimoto R, Umegaki K, Shirato H
    • 雑誌名

      Medical Physics

      巻: 45 ページ: 3404-3416

    • DOI

      10.1002/mp.12991

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of Energy Absorption by Clustered Gold Nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Kwon J, Sutherland K, Makarova A, Matsuura T, Hashimoto T, Peng H, Toshito T, Umegaki K, Shirato H, Shimizu S
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B

      巻: 429 ページ: 34-41

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2018.05.033

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Motion management in particle therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Mori S, Knopf A C, Umegaki K
    • 雑誌名

      Medical Physics

      巻: 45 ページ: e994-e1010

    • DOI

      10.1002/mp.12679

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Prostate position deviation during real-time-image gated spot-scanning proton therapy (RGPT) for prostate cancer2018

    • 著者名/発表者名
      Tamura H, Shimizu S, Nishioka K, Hashimoto T, Yoshimura T, Matsuo Y, Matsuura T, Takao S, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      115th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Yokohama, Japan
  • [学会発表] A study on the influence of changing the motion recognition rate on the dose accuracy of spot-scanning proton therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Sodeta T, Matsuura T, Takao S, Hirayama S, Kanehira, T, Miyamoto N, Shimizu S, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      115th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Yokohama, Japan
  • [学会発表] Development of the DVH prediction method considering dose distribution in proton therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Hiyama Y, Takao S, Matsuura T, Hirayama S, Shimizu S, Shirato H, Umegaki K
    • 学会等名
      115th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Yokohama, Japan
  • [学会発表] An investigation of biological impact caused by using a collimator in pencil beam scanning proton therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Ueno K, Matsuura T, Takao S, Hirayama S, Ueda H, Yoshimura T, Matsuo Y, Umegaki K
    • 学会等名
      115th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Yokohama, Japan
  • [学会発表] Development of an analytical dose-averaged LET calculation method using a dual-LET-kernel model for spot-scanning proton therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Hirayama S, Matsuura T, Ueda H, Fujii Y, Fujii T, Takao S, Miyamoto N, Shimizu S, Fujimoto R, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      115th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Yokohama, Japan
  • [学会発表] Time-dependent weighted reconstruction method with insufficient projection data for mobile target2018

    • 著者名/発表者名
      Motoi S, Tomioka S, Umegaki K, Miyamoto N
    • 学会等名
      115th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Yokohama, Japan
  • [学会発表] Development of Time Saving Daily QA Measurement Tool for Spot scanning system2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada T, Takayanagi T, Takao S, Matsuura T, Hirayama S, Fujii T, Umegaki K
    • 学会等名
      Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG) 57th Annual Conference, Cincinnati, USA (2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of analytical dose-averaged LET calculation algorithm for spot-scanning proton therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Hirayama S, Matsuura T, Ueda H, Fujii Y, Fujii T, Takao S, Shimizu S, Fujimoto R, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG) 57th Annual Conference, Cincinnati, USA (2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a Prediction Method for Dose-Volume Histogram of Organ at Risks for Treatment Planning in Proton Beam Therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Hiyama Y, Takao S, Matsuura T, Hirayama S, Fujii T, Shimizu S, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      AAPM 60th Annual Meeting & Exhibition, Nashville, USA
    • 国際学会
  • [学会発表] Real-Time Volumetric Image Generation with CT Image Deformation Driven by Displacement of Internal Fiducial Markers2018

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto N, Matsumoto N, Suzuki R, Takao S, Matsuura T, Fujii T, Hirayama S, Tomioka S, Shimizu S, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      AAPM 60th Annual Meeting & Exhibition, Nashville, USA
    • 国際学会
  • [学会発表] A Study On the Influence of Changing the Motion Recognition Rate On the Dose Accuracy of Spot-Scanning Proton Therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Sodeta T, Matsuura T, Takao S, Hirayama S, Kanehira T, Miyamoto N, Nishioka K, Kato N, Shimizu S, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      AAPM 60th Annual Meeting & Exhibition, Nashville, USA
    • 国際学会
  • [学会発表] An Investigation of Biological Impact Caused by Edge-Scattered Protons in Pencil Beam Scanning Proton Therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Ueno K, Matsuura T, Takao S, Hirayama S, Ueda H, Matsuo Y, Yoshimura T, Shimizu S, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      AAPM 60th Annual Meeting & Exhibition, Nashville, USA
    • 国際学会
  • [学会発表] Real-Time Volumetric Image Generation with CT Image Deformation Driven by Displacement of Internal Fiducial Markers2018

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto N, Matsumoto N, Suzuki R, Takao S, Matsuura T, Fujii T, Hirayama S, Tomioka S, Shimizu S, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      116th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Morioka, Japan
  • [学会発表] 4D-CBCT technique with fiducial marker-position to reconstruct a volumetric image just before the treatment proton beam delivery in RGPT2018

    • 著者名/発表者名
      Fujii T, Takao S, Shimizu S, Matsuura T, Miyamoto N, Hirayama S, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      116th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Morioka, Japan
  • [学会発表] Lateral profile validation procedure utilizing simplified Monte Carlo calculation based on log data for patient specific QA of proton beam therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada T, Takayanagi T, Fujimoto R, Takao S, Kobashi K, Shimizu S, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      116th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Morioka, Japan
  • [学会発表] A study of checking method for Water-Equivalent Thickness change using CBCT in Proton Therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Unno S, Fujii T, Ueda H, Fujita Y, Takao S, Umegaki K
    • 学会等名
      116th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Morioka, Japan
  • [学会発表] Evaluation of Dosimetric Error for Real-Time Motion Tracking Irradiation for Scanning Directions in Proton Beam Therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Ishida K, Miyamoto N, Yokokawa K, Umegaki K
    • 学会等名
      116th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Morioka, Japan
  • [学会発表] Development of interactive image registration method between planning CT and CBCT for proton therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Fujita Y, Takao S, Ueda H, Fujii T, Unno S, Yasuda K, Shimizu S, Umegaki K
    • 学会等名
      116th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Morioka, Japan
  • [学会発表] Clinical feasibility of target tumor localization algorithm using multiple fiducial markers for Real-time Tumor-tracking Proton Therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Arai Y, Miyamoto N, Ueda H, Umegaki K
    • 学会等名
      116th Scientific Meeting of JSMP (Japanese Society of Medical Physics), Morioka, Japan
  • [学会発表] Big Data Analysis of Treatment Process Time for the Real-time-image Gated-spot-scanning Proton-beam Therapy (RGPT) System2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshimura T, Shimizu S, Hashimoto T, Katoh N, Inoue T, Nishioka K, Matsuura T, Takao S, Tamumra M, Tamura H, Horita K, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      The 60th Annual meeting for American Society for Radiation Oncology (ASTRO), San Antonio, USA
    • 国際学会
  • [学会発表] Intensity-modulated Proton Therapy with Dose Painting based on Hypoxia Imaging for Nasopharyngeal Cancer2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuda K, Takao S, Matsuo Y, Yoshimura T, Tamura M, Minatogawa H, Dekura Y, Matsuura T, Onimaru R, Shiga T, Shimizu S, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      The 60th Annual meeting for American Society for Radiation Oncology (ASTRO), San Antonio, USA
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of Beam Delivery Times and Dose Rates for the Treatment of Mobile Tumors Using Real Time Image Gated Spot-Scanning Proton Beam Therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Shimizu S, Yoshimura T, Katoh N, Inoue T, Hashimoto T, Nishioka K, Takao S, Matsuura T, Miyamoto N, Ito M. Y, Umegaki K, Shirato H
    • 学会等名
      The 60th Annual meeting for American Society for Radiation Oncology (ASTRO), San Antonio, USA
    • 国際学会
  • [備考] 北海道大学大学院工学研究院量子理工学部門量子ビーム応用医工学研究室

    • URL

      http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/qsre/QSciEngjp/

  • [産業財産権] 粒子線治療システム2018

    • 発明者名
      梅垣菊男、藤井祐介、安藤竜弥、他4名
    • 権利者名
      梅垣菊男、藤井祐介、安藤竜弥、他4名
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-086846

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi