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2020 年度 実施状況報告書

深層学習を用いたinterplay効果予測による4次元放射線治療計画法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K08022
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) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード強度変調放射線治療 / 呼吸性移動 / 放射線治療精度 / 深層学習
研究実績の概要

本研究では、強度変調放射線治療で腫瘍の呼吸性移動と照射の時間変化が及ぼすインタープレイ効果の影響を迅速に評価する方法を開発することを目的としている。
初年度は肺がんの三次元的な呼吸性移動を迅速に評価する方法を開発した。エリアディテクタCTを用いて撮影したダイナミック4次元CTの画像から作成した2次元のシネ画像に対してオプティカルフローのアルゴリズムを用いて動体解析を行い、腫瘍の動きを解析した。この結果を用いて腫瘍の中心を通る冠状断、矢状断のシネ画像を作成し、三次元的な腫瘍の動きを迅速に評価する方法を開発した。本成果は国際学会で発表した。
また異なるアプローチとして、非剛体レジストレーションを用いて腫瘍の三次元動体を解析した。ダイナミック4次元CTの各位相から次の位相への変形ベクトルを解析し、腫瘍の軌道を三次元に解析することができた。
さらに、各治療における臓器位置が重要となる子宮頸がん腔内照射においても、治療精度を担保するためのシステムを開発した。治療計画データから独自に三次元線量計算を行い、治療の妥当性を評価するソフトウェアを開発した。本研究成果は国際学会で発表予定である。
また、シミュレーションの結果の妥当性を正確に評価できる方法が必要である。ガフクロミックフィルムは線量分布の評価法として広く用いられている。特に大きい照射野ではフラットベッドスキャナの位置による不均質の影響が線量分布に現れてしまう。本研究では、我々が開発したデュアルチャンネル法についてスキャナの不均質を補正する方法を開発した。これにより、今後システムが完成したときに実際にリニアックで照射したときの測定結果とシミュレーションを比較することが可能となった。

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

これまでの研究成果で、腫瘍の三次元的な動きを解析する技術を完成させた。実際に4次元放射線治療計画のシステムを開発するためには個々の患者について呼吸情報や腫瘍の動きの振幅情報を得る必要がある。そのために必要な技術を開発することができた。
また深層学習をもちいた線量分布予測についても順調に開発が進んでいる。予測にはIMRT/VMATのMLC照射野形状を抽出し、更にそのデータを用いて線量計算したセグメントごとの線量分布データを作成する必要がある。そのために必要なソフトウェアの開発も完了した。また患者データについても、病院内の倫理委員会で承認を得ることができ、予定数の臨床データを収集することができた。

今後の研究の推進方策

深層学習を用いた線量分布の予測にはU-netを用いる。照射野形状を入力、線量分布を出力としてネットワークに学習させ、照射野形状から線量分布を予測させる。線量分布は4断面程度を想定しており、その間は内挿により補間する。出力された線量分布を各ガントリー角度から円柱状の仮想ファントムに投影・補正することにより、三次元的な線量分布を得る。
この方法が完成すれば、各セグメントの線量分布を呼吸性移動に合わせてシフトさせることにより、インタープレイ効果をシミュレーションすることが可能になる。

次年度使用額が生じた理由

現在投稿準備中であるオープンアクセス誌の論文について、掲載費用の支払い予定が次年度になったため、次年度使用額が生じた。その論文の掲載費用に使用する予定である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Technical Note: Characteristics of a microSilicon X shielded diode detector for photon beam dosimetry2021

    • 著者名/発表者名
      Akino Yuichi、Okamura Keita、Das Indra J.、Isohashi Fumiaki、Seo Yuji、Tamari Keisuke、Hirata Takero、Hayashi Kazuhiko、Inoue Shinichi、Ogawa Kazuhiko
    • 雑誌名

      Medical Physics

      巻: 48 ページ: 2004-2009

    • DOI

      10.1002/mp.14639

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of raster scanning IMRT using a robotic radiosurgery system2021

    • 著者名/発表者名
      Shiomi Hiroya、Akino Yuichi、Sumida Iori、Masai Norihisa、Oh Ryoong-Jin、Ogawa Kazuhiko
    • 雑誌名

      Journal of Radiation Research

      巻: 62 ページ: 364~373

    • DOI

      10.1093/jrr/rraa136

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Correction of lateral response artifacts from flatbed scanners for dual-channel radiochromic film dosimetry2021

    • 著者名/発表者名
      Akino Yuichi、Shiomi Hiroya、Isohashi Fumiaki、Suzuki Osamu、Seo Yuji、Tamari Keisuke、Hirata Takero、Mizuno Hirokazu、Ogawa Kazuhiko
    • 雑誌名

      Journal of Radiation Research

      巻: 62 ページ: 319~328

    • DOI

      10.1093/jrr/rraa124

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterization of a microSilicon diode detector for small-field photon beam dosimetry2020

    • 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 / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evaluation of the Differences Between Measurements in Multiple Institutions and Calculation Modeled by Representative Beam Data in Prostate VMAT Plan2020

    • 著者名/発表者名
      GOTO HIRONAO、MIZUNO HIROKAZU、AKINO YUICHI、ISONO MASARU、TANAKA YOSHIHIRO、MASAI NORIHISA、YAMAMOTO TOSHIJIRO、KOIZUMI MASAHIKO
    • 雑誌名

      In Vivo

      巻: 34 ページ: 1503~1509

    • DOI

      10.21873/invivo.11937

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Repositioning accuracy of a novel thermoplastic mask for head and neck cancer radiotherapy2020

    • 著者名/発表者名
      Fukao Mari、Okamura Keita、Sabu Shotaro、Akino Yuichi、Arimura Takehiro、Inoue Shinichi、Kado Ryoko、Seo Yuji
    • 雑誌名

      Physica Medica

      巻: 74 ページ: 92~99

    • DOI

      10.1016/j.ejmp.2020.05.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collection and analysis of photon beam data for Varian C-series linear accelerators: a potential reference beam data set2020

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Yoshihiro、Mizuno Hirokazu、Akino Yuichi、Isono Masaru、Masai Norihisa、Uta Erika、Yamamoto Toshijiro
    • 雑誌名

      Physical and Engineering Sciences in Medicine

      巻: 43 ページ: 889~901

    • DOI

      10.1007/s13246-020-00885-0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Commissioning of total body irradiation using plastic bead bags2020

    • 著者名/発表者名
      Akino Yuichi、Maruoka Shintaro、Yano Katsuyuki、Abe Hiroshi、Isohashi Fumiaki、Seo Yuji、Tamari Keisuke、Hirata Takero、Kawakami Manabu、Nakae Yoshiki、Tanaka Yoshihiro、Ogawa Kazuhiko
    • 雑誌名

      Journal of Radiation Research

      巻: 61 ページ: 959~968

    • DOI

      10.1093/jrr/rraa072

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Characterization of microSilicon diode detector for electron beam dosimetry2020

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Akino, Masateru Fujiwara, Akari Kaneko, Takashi Masutani, Hirokazu Mizuno, Fumiaki Isohashi, Osamu Suzuki, Yuji Seo, Keisuke Tamari, Kazuhiko Ogawa
    • 学会等名
      第119回 日本医学物理学会学術大会
  • [学会発表] Evaluation of respiratory phase shifts between lung tumor and external marker motions using a 320-slice dynamic volume 4D-CT2020

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Akino, Osamu Suzuki, Hiroya Shiomi, Fumiaki Isohashi, Yuji Seo, Keisuke Tamari, Takero Hirata, Kazuhiko Ogawa
    • 学会等名
      2020 Joint AAPM COMP Meeting
    • 国際学会

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公開日: 2021-12-27  

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