放射線治療における照射時間を加味した新たな生物学的線量評価システムの開発

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K17227
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 中野 永 新潟大学, 医歯学総合病院, 特任助教 (20839229)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 放射線治療 / 亜致死損傷回復 / モンテカルロシミュレーション / マイクロドジメトリモデル / 照射時間 / 数理モデル

研究実績の概要

本研究課題の目的は、細胞の亜致死損傷回復といった生物現象を考慮した放射線治療における線量評価システムの開発である。本研究の目的を解決するため、これまでのモンテカルロシミュレーションと数理モデルを組み合わせる方法に加えて、常微分方程式 (ODE: ordinary differential equation) に基いた数理モデルを開発し、照射時間と細胞生存率・腫瘍体積への影響を評価した。また、ODEに基づく数理モデルを用いることで、放射線治療の物理的な線量指標から腫瘍の反応性などの放射線生物学的な計算を行うことが可能となると考えられる。2023年度は、本研究成果を複数の学会発表や論文を出版してきた。2024年度は、開発した数理モデルを別の腫瘍細胞へ応用し、照射時間と細胞生存率・腫瘍体積への影響を評価する予定である。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究の目的を解決するために新たに開発した数理腫瘍モデルを用いた研究内容の論文を複数投稿できたため

今後の研究の推進方策

2024年度は現在投稿中の１編の論文の出版を目指すとともに、より堅牢で別の腫瘍細胞への応用可能な放射線生物学的モデル構築ののための研究を続行する予定である

次年度使用額が生じた理由

購入予定のUSBメモリが2023年度は必要ではなくなったため

研究成果

• [雑誌論文] Mathematical model combined with microdosimetric kinetic model for tumor volume calculation in stereotactic body radiation therapy (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakano Hisashi、Shiinoki Takehiro、Tanabe Satoshi、Utsunomiya Satoru、Takizawa Takeshi、Kaidu Motoki、Nishio Teiji、Ishikawa Hiroyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 10981
  • DOI: 10.1038/s41598-023-38232-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Verification of Qfix Encompass? couch modeling using the Acuros XB algorithm and HypeArc? using a high-spatial-resolution two-dimensional diode array (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamada Takumi、Nakano Hisashi、Tanabe Satoshi、Sakai Tatsuya、Tanabe Shunpei、Oka Tetsuya、Sakai Hironori、Oshikane Tomoya、Nakano Toshimichi、Ohta Atsushi、Kanazawa Tsutomu、Kaidu Motoki、Ishikawa Hiroyuki
  • 雑誌名: Medical Dosimetry 巻: 48 ページ: 261～266
  • DOI: 10.1016/j.meddos.2023.06.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep learning‐based detection and classification of multi‐leaf collimator modeling errors in volumetric modulated radiation therapy (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Sae、Sakai Madoka、Ishizaka Natsuki、Mayumi Kazuki、Kinoshita Tomotaka、Akamatsu Shinya、Nishikata Takayuki、Tanabe Shunpei、Nakano Hisashi、Tanabe Satoshi、Takizawa Takeshi、Yamada Takumi、Sakai Hironori、Kaidu Motoki、Sasamoto Ryuta、Ishikawa Hiroyuki、Utsunomiya Satoru
  • 雑誌名: Journal of Applied Clinical Medical Physics 巻: 24 ページ: e14136
  • DOI: 10.1002/acm2.14136
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prediction of patient‐specific quality assurance for volumetric modulated arc therapy using radiomics‐based machine learning with dose distribution (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishizaka Natsuki、Kinoshita Tomotaka、Sakai Madoka、Tanabe Shunpei、Nakano Hisashi、Tanabe Satoshi、Nakamura Sae、Mayumi Kazuki、Akamatsu Shinya、Nishikata Takayuki、Takizawa Takeshi、Yamada Takumi、Sakai Hironori、Kaidu Motoki、Sasamoto Ryuta、Ishikawa Hiroyuki、Utsunomiya Satoru
  • 雑誌名: Journal of Applied Clinical Medical Physics 巻: 25 ページ: e14215
  • DOI: 10.1002/acm2.14215
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 新潟大学での高精度治療の現状(多発脳転移に対するシングルアイソセンタ脳定 位照射 -基礎検討から HyperArc の導入まで-) (2023)
  • 著者名/発表者名: 中野 永
  • 学会等名: 第67回臨床医学物理研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Unsupervised learning with Generative Adversarial Network for error detection in intensity-modulated radiation therapyUnsupervised learning with Generative Adversarial Network for error detection in intensity-modulated radiation therapy (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Mayumi, Shunpei Tanabe, Hisashi Nakano, Satoshi Tanabe, Motoki Kaidu, Yohan Kondou, Ryuta Sasamoto, Hiroyuki Ishikawa, Satoru Utsunomiya
  • 学会等名: 第125回日本医学物理学会学術集会
• [学会発表] Evaluation of treatment planning parameters affecting the gamma analysis based on machine learning for CyberKnife brain stereotactic radiotherapy (2023)
  • 著者名/発表者名: Sae Nakamura, Takeshi Takizawa, Satoru Utsunomiya, Hisashi Nakano, Satoshi Tanabe, Hiroya Kawamura, Tomoya Kamei, Katsuya Maruyama, Ryuta Sasamo, Kiyoshi Onda
  • 学会等名: 第125回日本医学物理学会学術集会
• [学会発表] Initial experience of tumor bed stereotactic radiotherapy for resected brain metastases in our hospital (2023)
  • 著者名/発表者名: 中野 智成, 本田 母映, 押金 智哉, 太田 篤, 海津 元樹, 中野 永, 棚邊 哲史, 石川 浩志
  • 学会等名: 第82回日本医学放射線学会総会
• [学会発表] Mathematical Model for Tumor Volume Calculation with Setup Error Using Single-Isocenter Stereotactic Radiotherapy (2023)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Nakano, Takehiro Shiinoki, Satoshi Tanabe, Toshimichi Nakano, Takeshi Takizawa, Satoru Utsunomiya, Madoka Sakai, Shunpei Tanabe, Motoki Kaidu, Teiji Nishio, Hiroyuki Ishikawa
  • 学会等名: 第125回日本医学物理学会学術集会
• [学会発表] 両側大腿骨頭置換術に対しHDR-BT単独照射を実施した2症例 (2023)
  • 著者名/発表者名: 押金 智哉, 海津 元樹, 田邊 俊平, 中野 永, 棚邉 哲史, 宇都宮 悟, 石川 浩志
  • 学会等名: 第25回小線源治療部会学術大会
• [学会発表] 当院における多発脳転移への定位照射の新たな試み (2023)
  • 著者名/発表者名: 中野 智也, 押金 智哉, 太田 篤, 中野 永, 棚邉 哲史, 海津 元樹, 石川 浩志
  • 学会等名: 第46回新潟肺癌研究会総会
• [学会発表] プログラム委員企画 プロフェッショナルに学ぶ：若き医学物理のキャリアと研究を繋ぐ (2023)
  • 著者名/発表者名: 恒田 雅人, 田中 創大, 平島 英明, 中野 永, 藤本 昂也, 河原 大輔
  • 学会等名: 第126回日本医学物理学会学術大会
• [学会発表] シングルアイソセンタ照射法におけるカウチモデリングと高解像 度二次元検出器による線量評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山田 巧, 坂井 達矢, 中野 永, 棚邊 哲史, 岡 哲也, 坂井 裕則, 金沢 勉
  • 学会等名: 第51回日本放射線技術学会秋季学術大会
• [学会発表] シングルアイソセンタ照射法の患者線量検証 におけるカウチモデリングの影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 坂井 達矢, 山田 巧, 岡 哲也, 坂井 裕則, 棚邊 哲史, 中野 永, 金沢 勉
  • 学会等名: 第51回日本放射線技術学会秋季学術大会
• [学会発表] 多発脳転移に対するSingle-socenter VMATのセットアップエラー による物理・生物学的影響の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中野 永
  • 学会等名: 日本放射線技術学会 第61回放射線治療セミナー
  • 招待講演