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2016 年度 実績報告書

放射線治療の高精度化に向けた革新的デュアルソースコーンビームCTの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16J08928
研究機関京都大学

研究代表者

伊良皆 拓  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
キーワードコーンビームCT / 動体追尾技術 / 腫瘍検出 / 三次元位置検出 / 高精度放射線治療 / デュアルエナジーCT / メタルアーチファクト低減
研究実績の概要

本研究では、デュアルソースコーンビームCT(CBCT)を用いて、①四次元CBCTのマーカーレス間接型動体追尾照射への応用、②デュアルエナジーCBCTによる臓器位置照合の高精度化を行う。
①登録症例18例に対し1-3回の4D-CBCT撮像を行い、同時に腹壁の上に置いた赤外線反射マーカにより体外の呼吸信号を得た。各透視画像上で金マーカを検出するアルゴリズムを開発・実装した。腫瘍に最も近い金マーカの動きを体内の呼吸信号とし、その金マーカと最も動きの相関が悪い金マーカを標的とした。体内及び体外の呼吸信号を、その強度及び周期を位相分けし、(体内,強度)、(体内,周期)、(体外,強度)の組み合わせによる4D-CBCT画像を作り、各位相で「真の3次元位置」と「再構成された3次元位置」の最大絶対誤差(MaxE)を求めた。頭尾方向ではMaxEの中央値の中央値で(体内,強度)が他の2つの再構成法に比べ有意に精度良く標的の三次元位置を再構成できていることが分かった。この結果を英文雑誌に投稿し受理されている
②実効原子番号測定法の開発を5×5 cm2の平面検出器を用いて実験を行った。測定物質は人体組織等価物質11種類を用い、その結果2%以内で実効原子番号を測定することができた。また2種類のエネルギーで撮像し再構成した画像を重みをつけて加算する仮想単色X線画像作成法も開発し、メタルアーチファクトの低減が可能か評価した。測定物質は直径2 cmのアクリル円柱に2本のチタン棒が挿入されているファントムで、エネルギーの組み合わせとして60-140を用いた。真値との相対誤差がゼロになる評価とコントラスト評価を組み合わせたFigure-of-merit(FoM)を提唱した。提案したFoMを用いて各エネルギーの組み合わせを評価したところ、(60,100)の組み合わせが最も適していることが分かった。

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

4D-CBCT研究については4D-CBCTの再構成精度について論文化済みであり、4D-CBCTの撮像で得られた透視画像上での標的検出についても研究を進めているため。
デュアルエナジーCBCTによる実効原子番号測定法、仮想単色X線画像作成法は基礎実験を行い放射線治療における評価指標の提案まで行っているため。

今後の研究の推進方策

①4D-CBCTからは8つの位置から得られないが、透視画像からは標的位置をより細かく知ることができる。透視画像上で標的位置を検出するアルゴリズムはすでに開発・実装しているが、角度によって標的が見えない場合標的位置を腹壁の動きから推定する必要があるため、推定アルゴリズム開発を行う。
②実効原子番号測定、及び仮想単色X線画像作成を人体用である30x40 cm2の検出器を用いて行う。現在のデータ取得法は臨床現場では実現が難しいため、現場に即したデータ取得法の開発も並行して行う。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] The accuracy of extracted target motion trajectories in four-dimensional cone-beam computed tomography for lung cancer patients2016

    • 著者名/発表者名
      Hiraku Iramina, Mitsuhiro Nakamura, Yusuke Iizuka, Takamasa Mitsuyoshi, Yukinori Matsuo, Takashi Mizowaki, Masahiro Hiraoka, Ikuo Kanno
    • 雑誌名

      Radiotherapy and Oncology

      巻: 121 ページ: 46-51

    • DOI

      http://doi.org/10.1016/j.radonc.2016.07.022

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Accuracy of Target Motion Trajectory in Four-dimensional Cone-Beam Computed Tomography for Lung Cancer Patients2016

    • 著者名/発表者名
      Hiraku Iramina, Mitsuhiro Nakamura, Yusuke Iizuka, Takamasa Mitsuyoshi, Yukinori Matsuo, Takashi Mizowaki, Masahiro Hiraoka, Ikuo Kanno
    • 学会等名
      ASTRO58
    • 発表場所
      ボストン、アメリカ合衆国
    • 年月日
      2016-09-25 – 2016-09-28
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of effective atomic number of human tissue-equivalent materials by energy-resolved computed tomography2016

    • 著者名/発表者名
      Hiraku Iramina, Mitsuhiro Nakamura, Takashi Mizowaki, Ikuo Kanno
    • 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
    • 年月日
      2016-09-08 – 2016-09-10
  • [学会発表] 胸部領域の四次元コーンビームCTによる標的の三次元動体解析2016

    • 著者名/発表者名
      伊良皆拓、中村光宏、光吉隆真、飯塚裕介、松尾幸憲、溝脇尚志、神野郁夫
    • 学会等名
      第28回放射線夏の学校
    • 発表場所
      南房総リゾートイン白浜
    • 年月日
      2016-08-02 – 2016-08-04
  • [学会発表] Target displacement evaluation for fluoroscopic and four-dimensional cone-beam computed tomography2016

    • 著者名/発表者名
      Hiraku Iramina, Mitsuhiro Nakamura, Yusuke Iizuka, Takamasa Mitsuyoshi, Yukinori Matsuo, Takashi Mizowaki, Masahiro Hiraoka, Ikuo Kanno
    • 学会等名
      ESTRO35
    • 発表場所
      トリノ,イタリア
    • 年月日
      2016-04-29 – 2016-05-03
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of breathing patterns on three-dimensional target position in X-ray fluoroscopic and four-dimensional cone-beam computed tomography imaging2016

    • 著者名/発表者名
      Hiraku Iramina, Mitsuhiro Nakamura, Yusuke Iizuka, Takamasa Mitsuyoshi, Yukinori Matsuo, Takashi Mizowaki, Masahiro Hiraoka, Ikuo Kanno
    • 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
    • 年月日
      2016-04-14 – 2016-04-17

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公開日: 2018-01-16  

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