動体追尾放射線治療における腫瘍線量不確定性予測システムの開発

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K15802
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 秋野 祐一 大阪大学, 医学系研究科, 特任助教(常勤) (00722323)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 動体追尾照射 / サイバーナイフ / 呼吸性移動 / 小照射野

研究実績の概要

２年目までは患者の呼吸波形のログファイルを用いたサイバーナイフの追尾精度検証および患者の腫瘍の動きと胸壁の位相のずれの影響の評価方法を開発した。また小照射野の線量測定精度について多施設評価を行った。
３年目は実際の患者の呼吸波形を用いて三次元的に動体ファントムを動かし、より長時間に渡って追尾精度を評価する検討を行った。これにより、腫瘍に投与される線量をより詳細に解析することが可能になった。現在論文化の準備中である。またサイバーナイフを用いたIMRT様照射技術のシミュレーションをおこない、線量分布を改善できる可能性を示した。この成果は現在論文投稿中である。
さらに定位放射線治療で重要となるアイソセンターの精度について、多施設の評価を行った。同一機種でも施設によってカウチの回転精度が異なり、各施設において許容範囲やマージン設定を適切に行う必要があることが示された。この成果は国際論文に採択された。また小照射野の測定精度も正確な定位放射線治療にとても重要である。最新機種であるTrueBeamについて多施設のビームデータ比較を行い、検出器の選択が大きく影響していることを示した。また2019年に登場した新しいダイオード検出器の小照射野計測特性を評価した。これらについても国際論文に採択された。
深層学習を用いた仮想CTの作成について２年目から取り組んでおり、MRI画像から作成した仮想CTにより十分な精度で線量計算可能なことを示した。MRI上で精度の高い標的の同定をおこない放射線治療が可能になると期待される。また同じ技術を用いて造影CT画像から仮想非造影画像を作成する技術も開発し、患者の被曝を低減させつつ精度の高い線量計算が可能となる技術を開発した。これらも国際論文に採択された。

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

動体追尾照射の機械的な精度検証技術の開発、およびその追尾精度が放射線治療の線量分布に及ぼす影響を評価する技術開発まで完成した。実際の患者の治療データを用いて三次元動体ファントムを駆動させ、追尾照射を行いその追尾精度を評価した。当初予定していた技術の開発および臨床例を用いた評価まで順調に進んでいる。ただし現在論文作成の準備中であり、論文による学術雑誌での報告のみ遅れている状況である。
また正確に定位放射線治療を行うにあたり重要となる小照射野の線量計測精度についても多施設で評価を行い、さらに最近になって登場した新しいダイオード検出器の小照射野計測精度についても評価を行い論文に掲載された。このダイオード検出器については電子線計測の評価も行っており、現在論文投稿中である。またプラスチックシンチレータ検出器についても小照射野計測の評価を行い、学会発表を行った。その成果についても現在論文作成中である。
以上より、予定されていた技術開発や評価はすでに終了し、論文作成を残すのみである。

今後の研究の推進方策

予定されていた技術開発や評価はすでに終了している。今後は学会発表、および論文を通した研究成果の報告を順次進めていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

現在投稿中、および作成中の論文があり、オープンアクセス費用、英文校正費用が発生するため、研究期間を1年延長し、次年度使用額で成果報告を行う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of a microSilicon diode detector for small-field photon beam dosimetry (2020)
  • 著者名/発表者名: Akino Yuichi、Fujiwara Masateru、Okamura Keita、Shiomi Hiroya、Mizuno Hirokazu、Isohashi Fumiaki、Suzuki Osamu、Seo Yuji、Tamari Keisuke、Ogawa Kazuhiko
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 61 ページ: 410～418
  • DOI: 10.1093/jrr/rraa010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep learning-based virtual noncontrast CT for volumetric modulated arc therapy planning: Comparison with a dual-energy CT-based approach (2020)
  • 著者名/発表者名: Koike Y, Ohira S, Akino Y, Sagawa T, Yagi M, Ueda Y, Miyazaki M, Sumida I, Teshima T, Ogawa K
  • 雑誌名: Medical Physics 巻: 47 ページ: 371-379
  • DOI: 10.1002/mp.13925
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of detector selections on inter-institutional variability of flattening filter-free beam data for TrueBeam linear accelerators (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Y, Akino Y, Mizuno H, Isono M, Masai N, Yamamoto T
  • 雑誌名: Journal of Applied Clinical Medical Physics 巻: 21 ページ: 36-42
  • DOI: 10.1002/acm2.12766
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Small-field dosimetry of TrueBeamTM flattened and flattening filter-free beams: A multi-institutional analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Akino Y, Mizuno H, Isono M, Tanaka Y, Masai N, Yamamoto T
  • 雑誌名: Journal of Applied Clinical Medical Physics 巻: 21 ページ: 78-87
  • DOI: 10.1002/acm2.12791
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Feasibility of synthetic computed tomography generated with an adversarial network for multi-sequence magnetic resonance-based brain radiotherapy (2020)
  • 著者名/発表者名: Koike Y, Akino Y, Sumida I, Shiomi H, Mizuno H, Yagi M, Isohashi F, Seo Y, Suzuki O, Ogawa K
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 61 ページ: 92-103
  • DOI: 10.1093/jrr/rrz063
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inter-unit variability of multi-leaf collimator parameters for IMRT and VMAT treatment planning: a multi-institutional survey (2020)
  • 著者名/発表者名: Isono M, Akino Y, Mizuno H, Tanaka Y, Masai N, Yamamoto T
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 61 ページ: 307-313
  • DOI: 10.1093/jrr/rrz082
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impacts of respiratory phase shifts on motion-tracking accuracy of the CyberKnife Synchrony Respiratory Tracking System (2019)
  • 著者名/発表者名: Akino Y, Shiomi H, Sumida I, Isohashi F, Seo Y, Suzuki O, Tamari K, Otani K, Higashinaka N, Hayashida M, Mabuchi N, Ogawa K
  • 雑誌名: Medical Physics 巻: 46 ページ: 3757-3766
  • DOI: 10.1002/mp.13523
  • 査読あり
• [雑誌論文] Feasibility of virtual starshot analysis providing submillimeter radiation isocenter accuracy: A long-term multi-institutional analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Akino Y, Fujiwara M, Mizuno H, Shiomi H, Kaneko A, Isohashi F, Seo Y, Suzuki O, Otani K, Tamari K, Ogawa K
  • 雑誌名: Journal of Applied Clinical Medical Physics 巻: 20 ページ: 74-83
  • DOI: 10.1002/acm2.12715
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modalities and techniques used for stereotactic radiotherapy, intensity-modulated radiotherapy, and image-guided radiotherapy: A 2018 survey by the Japan Society of Medical Physics (2019)
  • 著者名/発表者名: Akino Y, Tohyama N, Akino K, Ishikawa M, Kawamorita R, Kurooka M, Sumida I, Nakaguchi Y, Miyaura K, Nakamura M
  • 雑誌名: Physica Medica 巻: 64 ページ: 182-187
  • DOI: 10.1016/j.ejmp.2019.07.009
  • 査読あり
• [学会発表] プラスチックシンチレータ Exradin W2 を用いたサイバーナイフ小照射野の評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋野祐一, 岡村啓太, 藤原聖輝, 塩見浩也, 井ノ上信一, 礒橋文明, 鈴木修, 瀬尾雄二, 玉利慶介, 平田岳郎, 小川和彦
  • 学会等名: 第33回高精度放射線外部照射部会学術大会
• [学会発表] Small field photon beam dosimetry of TrueBeam linear accelerators: a multi-institutional analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Akino Y, Mizuno H, Isono M, Tanaka Y, Masai N, Yamamoto T
  • 学会等名: 第117回日本医学物理学会学術大会
• [学会発表] Long term analysis of radiation isocenter accuracy using virtual starshot technique (2019)
  • 著者名/発表者名: 秋野祐一, 藤原聖輝, 水野裕一, 塩見浩也, 金子暁里, 礒橋文明, 瀬尾雄二, 鈴木修, 大谷啓祐, 玉利慶介, 小川和彦
  • 学会等名: 第118回日本医学物理学会学術大会
• [学会発表] microSiliconダイオード検出器の小照射野X線計測特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 秋野祐一, 岡村啓太, 藤原聖輝, 塩見浩也, 水野裕一, 礒橋文明, 鈴木修, 瀬尾雄二, 玉利慶介, 小川和彦
  • 学会等名: 第32回日本放射線腫瘍学会
• [学会発表] Deep learning-based virtual non-contrast CT for treatment planning : Comparison with dual-energy CT-based approach (2019)
  • 著者名/発表者名: Koike Y, Ohira S, Akino Y, Ueda Y, Miyazaki M, Sumida I, Teshima T, Ogawa K
  • 学会等名: 第118回日本医学物理学会学術大会
• [学会発表] Feasibility of synthetic CT generated from multi-sequence MR images using an adversarial network for MR-only radiotherapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Koike Y, Akino Y, Sumida I, Shiomi H, Mizuno H, Yagi M, Isohashi F, Seo Y, Suzuki O, Ogawa K
  • 学会等名: 61th Annual Meeting and Exhibition, American Association of Physicists in Medicine
  • 国際学会