| 研究課題/領域番号 |
16K10322
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
藤淵 俊王 九州大学, 医学研究院, 准教授 (20375843)
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| 研究分担者 |
杜下 淳次 九州大学, 医学研究院, 教授 (40271473)
藪内 英剛 九州大学, 医学研究院, 教授 (70380623)
松浦 俊治 九州大学, 大学病院, 助教 (10532856)
木下 義晶 九州大学, 大学病院, 准教授 (80345529)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 臓器線量 / モンテカルロシミュレーション / X線 |
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| 研究実績の概要 |
医療施設においてX線を用いた検査は必要不可欠なものとなっている。特に胸部単純一般撮影は頻繁に実施される検査であり、それに伴い患者の被ばくが生じる。小児は放射線感受性が成人と比較して高く、検査の際には撮影条件を適切に設定するとともに被ばく線量を評価する必要である。臓器吸収線量を評価する方法として物理ファントムを用いてガラス線量計で測定する方法があるが、ガラス線量計の読み取りにはアニーリング処理などの手間がかかる。そこで本研究では数値ファントムを開発し、モンテカルロシミュレーションにより臓器吸収線量を評価することを考えた。臨床で得られた小児CT(Computed Tomography)画像から胸部領域の臓器・組織を抽出し3次元表示した後、多数の四面体から成るテトラファントムを作成した。作成したテトラファントムをモンテカルロコードPHITSに読み込み、左右の肺、心臓、肋骨、胸骨、軟部組織の臓器吸収線量を計算した。一昨年度の段階でファントム作成方法について検討し、本年度は、最適な作成条件について、ポリゴン数、計算時間、データ容量、臓器線量、ファントム内の線量分布をパラメータとして検討を進めた。結果として、ポリゴン数を64倍変化させても臓器線量やプロファイルに大きな影響はないことが明らかになった。ただし計算時間の変化は2分の１程度であり、ポリゴン数の減少による計算時間の効率化に大きな効果はみられなかった。このことから、ポリゴン数の設定について、各臓器形状を構成するのに必要以上に極端に減少させる意義や効果は少ないことが明らかになった。
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| 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
本年度は2歳女児のCT画像ボリュームデータを用いて胸部領域の臓器 (肺、心臓、肋骨、脊柱および体輪郭)をセグメンテーションし、3次元で表示した後ポリゴンデータとして臓器形状や表面を処理した。ポリゴンデータはフリーのソフトを用いて連続四面体に変換した。また、このソフトを用いて四面体の数を変化させ、それぞれモンテカルロコードに取り込んだ。四面体の数の違いに対して相対吸収線量とシミュレーションの計算時間及び線量プロファイル, データ量の違いを比較した. 結果, データ量が減少すると計算時間は直線的に減少したが, 吸収線量に大きな差は見られなかった. 線量プロファイルについてはポリゴン数の増減により端部で差は生じるものの, 全体としてはいずれも強い相関を示した. ファントム間で線量プロファイルに大きな差が生じたのは, この位置がファントムと空気の境界面付近に相当し, 各ファントムで微妙に臓器の形状が変化して、ファントムにより組成や密度が異なり、同じ座標での吸収線量が変化してしまったことが原因と考えられる. 一方でポリゴン数が8倍や1/8倍に増減しても強い相関を示したことから, 計算時間や臓器線量を考慮すると1/8倍ポリゴンを利用することは有効と考えられる.今回の検討ではポリゴン数を変化させることで臓器のボリュームが変化してしまったことから、課題としてボリューム及び形状を極力変化させずにポリゴン数のみ変化させて比較することが挙げられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では物理ファントムを用いた実測値との比較, 検討はしておらず, 被検者が実際に受ける線量を計算したわけではないため, ３Dプリンタにより物理的なファントム作詞し、X線を照射した際の臓器線量の実測値との比較が必要である. また基準ファントムはファントム作成者が定性的に定義したものであり, 基準が異なれば計算結果が変化することも考えられる.さらにファントム作成にあたり, 1人の被検者のCTデータのみを利用しているが, より客観的に評価するためには、複数のデータを利用することで計算結果を検討すべきである. しかし複数のデータを利用してファントムを作成するにはより効率的に臓器や組織をセグメンテーションできるような方法が必要である. 今回は胸部領域のファントムを作成したが, 実効線量を算出するための全身モデルが必要である.
平成２９年度はポリゴンデータから肺野や骨など臓器ごとに3Dプリントした小児胸部のファントムを作成するために適切な３Dプリンタを類似する学会研究発表の内容や論文情報を参考にして選定し、購入した。なるべく安価で、複数の素材で出力できるもの、目的の大きさの物体を出力できるものとした。検討課題として、軟部組織の作成をどのようにするかが挙げられる。平成30度は購入した3Dプリンタを利用し、小児胸部ファントム作成について課題を解決する方法を検討して作成し、X線照射における臓器線量評価及びシミュレーションとの比較を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
3Dプリンタを購入したが、材料の素材について複数の種類から検討中であり、最小限の材料の量のみ購入した。適切な素材が決定してから、必要量を購入する。
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