| 研究課題/領域番号 |
17K09079
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| 研究機関 | 福井県立病院(陽子線がん治療センター(陽子線治療研究所)) |
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研究代表者 |
前田 嘉一 福井県立病院(陽子線がん治療センター(陽子線治療研究所)), 陽子線治療研究所研究部門, 研究員(医学物理士) (70448025)
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| 研究分担者 |
佐藤 義高 福井県立病院(陽子線がん治療センター(陽子線治療研究所)), 陽子線治療研究所研究部門, 研究員(医師) (10464067)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 医学物理学 / 陽子線治療計画 / 前立腺治療 / インターフラクショナル移動 / 画像誘導放射線治療 / 放射線影響 / 深層学習 |
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| 研究実績の概要 |
40症例のCT画像(1520セット)について前立腺、精嚢、膀胱、直腸の輪郭情報を用いて、治療期間の臓器移動量について解析を行った。3種の画像照合方法（骨、前立腺中心、前立腺直腸境界）を模擬し、前立腺、直腸、精嚢について移動量解析を行った。その結果、昨年度に報告した10症例の結果をほぼ再現した。また、以上の解析では臓器輪郭移動量の基準画像は治療照射の約1週間前に取得した治療計画用CT画像(pCT)であった。この参照画像を治療の初日に取得した画像から20日目に取得した画像(rCT)まで変化させ、移動量の平均値と偏差の変化について解析し、再治療計画の最適時期について検討した。pCTを参照した場合では、腹側および精嚢側の直腸が参照画像の直腸と比較して腹側方向に移動する傾向が半数以上の症例で確認された。これらの症例について前立腺直腸境界照合を模擬した線量計算を行うと、直腸線量が計画時の線量を上回る場合があることが判明した。一方で参照画像をrCT画像に変えて移動量解析を行うと直腸の平均移動量が徐々に減少し、10日以後のrCT画像を参照すると日々の直腸位置や形状の一致の改善が可能であることが判った。10日以降のrCT画像によって照射計画を再作成することにより直腸線量を維持した治療ができることを線量計算によって示した。この臓器移動の特徴を理解するため深層学習を利用した研究を開始した。
治療計画装置によって決定した照射機器パラメータに従ってrCT画像上で効率的に線量計算を行うソフトウェア(Axion4S)を購入し、当院の陽子線治療装置の技術仕様にカスタマイズした開発を行った。治療計画装置とAxion4Sの線量分布の一致について様々な照射条件について検証及び調整を行い、研究に利用できる品質を確保した。上記研究結果の線量計算はAxion4Sを用いて効率的行った。
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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
線量計算ソフトウェア(Axion4S)の開発および検証・調整を年度内に完了した。また、このAxion4Sを効率的に使用するため、画像レジストレーション、照射位置補正や線量解析を半自動的に実施できるソフトを構築し、多くの画像上で線量計算及び解析を実施できる環境を構築した。
前立腺がん症例については計画どうり40症例の臓器移動量解析を実施し、昨年度報告した10症例による解析結果の検証や臓器変化の規則に応じた適合（再）治療計画について検討を行った。規則性検討では精嚢側直腸の腹側方向への移動に着目し解析を行った。その結果、照射10日以降の再計画は直腸線量をより安定化するというpreliminaryな結果を得た。しかし、この結果についてはより多くの症例による線量検証が必要であり継続して解析を行う。また、その現象の解剖学的因子を調べるため、深層学習を利用した因子抽出を試みている。ここでは40症例について匿名化した画像データと臓器輪郭の教育データを生成し計算環境を整えてこの解析を行っている。また、当初の計画にはないが、このデータ(1520セット）を利用して、最近注目されている深層学習による臓器の輪郭生成技術の開発を他大学工学部と協力して行っている。深層学習のネットワーク選別による輪郭精度解析や患者個別条件について検討している。
肝臓がん症例については約15症例についての肝臓輪郭を生成し、肝臓変形の定量化やその変形が与える陽子線飛程や線量分布の変化について解析を行ってきた。肝臓の変形については肝臓形状が様々であるため、その定量化方法についての方針を検討している。また、肝臓がん治療の場合、陽子線ビームの照射方向や病巣位置によって陽子ビームの飛程が大きく変化(3mm~25mm)する。従って、治療計画時に設定する飛程マージンの算出方法について検討を継続して行っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
前立腺がん40症例の臓器移動量と適合（再）治療計画に関する研究成果は2019年度4月に開催した117回日本医学物理学会において報告（口頭発表）した。また、6月中旬にある第58回世界粒子線国際会議(英国マンチェスター)においても報告する予定（ポスター発表）である。今後、本研究について線量解析の症例数の重ねて臓器移動の因子分析や適合治療計画条件及び計画シナリオについて検討し、Medical Physics等の論文誌への論文投稿を行う。肝臓がんについては昨年度から継続して肝臓形状変形の定量化と陽子線治療計画時におけるマージン評価法についての検討を行い、その成果についてMedical Physics等の論文誌への投稿を計画する。DIR(Deformed Image Registration)による積算線量を解析し照射毎に生ずる線量変化が積算線量に与える影響を評価する方法を検討して、In-room CTを利用した陽子線施設における線量監視の項目や条件について検討する。
9月に開催される日本医学物理学会においてIn-room CTを備えた粒子線施設の研究者を集めて研究会を開催し、本研究課題の成果や各施設の講演を企画して、運用方法の検討や適合治療へ向けた技術やシステム開発について議論する。
深層学習による臓器輪郭の自動生成技術の研究は、さらにデータを蓄積し大学と連携して推進する予定である。特に、当院で取得される日毎の画像データは臓器の３次元的な形状とその時間的変化について調べることができる。過去のデータから臓器の時間的変化についての特徴量を抽出し、未来に生じる臓器変化、それに伴う線量変化を予測する方法について検討したいと考える。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
線量計算ソフトウェアの見積額(2,100,000)に対して請求額の減額が生じたため。次年度における研究雑費（ノートパソコン、または、ハードDISK）の購入に使用する予定である。
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