2015 Fiscal Year Annual Research Report
陽子線CT画像取得システムと体内レンジ計算精度に関する研究
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15H04912
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
西尾 禎治 広島大学, 医歯薬保健学研究院(医), 特任教授 (40415526)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
株木 重人 東海大学, 医学部, 講師 (00402777)
小澤 修一 広島大学, 医歯薬保健学研究院(医), 特任准教授 (20360521)
中村 哲志 国立研究開発法人国立がん研究センター, 中央病院, 医学物理士 (20638374)
阿蘇 司 富山高等専門学校, 電子情報工学科, 教授 (30290737)
中川 恵一 東京大学, 医学部附属病院, 准教授 (80188896)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 陽子線CTシステム / 陽子線体内レンジ計算精度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在の陽子線治療では、実際の患者体内での陽子線レンジや線量計算においてＸ線CT画像データ由来の計算精度の悪化が問題にあり、大きなレンジマージンを付加した高い線量集中性を十分に活かし切れていない治療になっている。そのため、治療で利用する陽子線を利用した陽子線CT画像の取得とその画像を考慮した治療計画による陽子線レンジの計算精度検証の研究は高品質な陽子線治療を患者へ提供する上で非常に重要である。本研究では陽子線CT画像取得法を確立するために、陽子線CT画像を取得するための陽子線照射位置と残余エネルギーを計測するシステムの製作、得られた計測データから陽子線CT画像を作成する画像再構成アルゴリズムの研究開発、撮影された陽子線CT画像を用いた物理及び臨床的観点での線量分布及びレンジ検証によりＸ線CT画像に起因する陽子線レンジの計算精度を比較評価を行うことである。
本年度の研究では、「陽子線CT画像取得システムの基本設計・構築」、「陽子線CT画像を作成する画像再構成アルゴリズムの研究開発」、「陽子線CT画像活用線量・レンジ計算及び比較検証機能の研究開発」及び「陽子線CT画像を用いた物理及び臨床的線量分布・陽子線レンジ計算精度検証」を実施した。
計測システムの基本設計と基本製作、それを用いた陽子線照射実験を実施した。実験より得られたデータより開発したプロトタイプの画像再構成アルゴリズムを検証した。簡易的レンジ比較検証機能を用いることで、陽子線CT画像を活用することでレンジ計算を実施した。
本年度の研究開発を予定通りに実施することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
陽子線CT画像取得システムの基本設計・構築：陽子線照射位置及びエネルギーを計測するシステムにプラスチックシンチレーター（PL）検出器と冷却CCDカメラ用いて構築した。シミュレーション計算と実測結果から、本計測システムのPL検出器を厚みを5cm、大きさ20cm×20cmの板状の物を選定した。PL検出器、冷却CCDカメラ、シンチレーション光の反射鏡等のレイアウト、タイムスタンプ付きシンチレーション光量画像データ、被写体回転角度データ及び陽子線照射モニターデータ収集系を含め陽子線CT画像取得システムの基本設計を決定した。
陽子線CT画像を作成する画像再構成アルゴリズムの研究開発：陽子線CT画像取得システムにより、被写体の通過前後の陽子線照射位置及びエネルギーの計測データを用いた画像再構成アルゴリズムの考案を行った。被写体へ通過前後の陽子線照射位置とエネルギー計測データ、被写体回転位置データの情報から、空間位置情報ごとの陽子線阻止能分布データを計測し、水に対する阻止能計算データを組み込んだ逐次近似法の一つであるML-EM法をベースとする画像再構成法による陽子線CT画像の導出法を考案し、陽子線CT画像再構成アルゴリズムのソフトウェア開発に着手した。
陽子線CT画像活用線量・レンジ計算及び比較検証機能の研究開発：陽子線線量計算で扱えるように国産治療計画装置：jPRAPsのプラグイン機能上で整備、X線CT画像と陽子線CT画像における陽子線線量分布・レンジ比較機能の研究とソフトウェア開発に着手した。
陽子線CT画像を用いた物理及び臨床的線量分布・陽子線レンジ計算精度検証：陽子線治療において代表的な対象部位である、頭頸部、肺、肝臓、前立腺の腫瘍に対して、Ｘ線CT画像を用いた場合の陽子線線量計算結果の傾向を検証した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度のシステム研究開発結果を基盤に、以下の項目において、本システムの改良及びシステムを用いた基礎実験とデータ解析を実施する。
陽子線CT画像取得システムの改良：臨床に用いる200MeVの高エネルギー陽子線（水中レンジ約26cm）に対応できるように簡易型陽子線画像取得システムを改良する。70MeVの陽子線（水中レンジ約4cm）の照射位置及びエネルギーを計測するための5cm厚のプラスチックシンチレーター検出器に加えて、200MeVの陽子線が検出器を貫通しないために、プラスチックシンチレーターより高密度な物質である7cm厚のBGO結晶検出器が利用可能なシステムを構築する。
簡易型陽子線画像取得システムを用いた陽子線照射実験とデータ解析：改良した簡易型陽子線画像取得システムを用いて、被写体へのエネルギー、ビーム強度、CCDカメラの撮影条件、被写体材質と大きさ、被写体回転速度、を変更しながら、照射実験を実施する。陽子線照射条件と計測条件による取得データの傾向を解析する。本システムを用いた実験により、シンチレーター検出器を利用した陽子線CT画像取得法の実現性と妥当性を詳細に評価する。
陽子線CT画像を作成する画像再構成アルゴリズムの検証試験：簡易型陽子線画像取得システムによる様々な陽子線照射実験条件から得られる、被写体の照射位置に対するエネルギー損失データから画像化を行い、被写体の材質や厚みに応じた画質や画素値の性能試験を行う。
陽子線CT画像利用線量計算法と陽子線CT画像を用いた物理及び臨床的線量分布検証：陽子線照射実験によって陽子線CT画像化された被写体について、Ｘ線CT画像と陽子線CT画像による線量分布の相違を物理的及び臨床的に評価し、陽子線CT画像利用の場合の優位性を判断する。
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Research Products
(4 results)
