2017 Fiscal Year Annual Research Report
Real-time tumor-tracking arc therapy for stereotactic body radiotherapy
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17H04115
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
宮本 直樹 北海道大学, 大学病院, 助教 (00552879)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鬼丸 力也 北海道大学, 大学病院, 助教 (80374461)
富岡 智 北海道大学, 工学研究院, 教授 (40237110)
鈴木 隆介 北海道大学, 大学病院, 助教 (00400052)
前田 憲一郎 北海道大学, 大学病院, 特任助教 (20790827)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 動体追跡放射線治療 / 呼吸性移動対策 / 回転照射 / 体幹部定位 / 医学物理 / 体内マーカ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
体幹部定位照射のさらなる寡分割化の潮流があり、より安全で高精度な治療技術が必要となってくると考えられる。本研究では、次世代の体幹部定位照射として、高線量率回転照射と、体内の腫瘍位置に基づいて治療ビームを制御する動体追跡照射技術を組み合わせた動体追跡回転照射の基盤技術の研究開発を進める。これにより、治療時間を大幅に短縮し、かつ患者にとって負担の少ない適切で安全な治療の実現につながると期待できる。
平成29年度は、 (1) 回転照射に対応した一方向X 線透視による動体追跡に関するアルゴリズム開発、(2) 画像処理による散乱線アーチファクトの除去に関するアルゴリズム開発、(3) 最適位置決めによる照射効率の最大化に関するアルゴリズム開発、の3つの研究開発を軸にして研究を進めた。（１）については、画像認識のランダムエラーに起因する測定誤差を抑えるフィルターを開発し、これまで課題となっていたイメージング方向の誤差を低減することに成功した（第114回医学物理学会、2017 AAPM Annual Meetingにて報告）。（２）については、帯状に発生するアーチファクトの構造に着目し、アーチファクトを含まない画像からあらかじめ帯方向に沿った画素値の平均値を求めておき、散乱線発生時はその平均との差分を除去するアルゴリズムを開発した。ファントムを対象にした実験により、効果的に散乱線を除去できることを示した。（３）については、治療の直前に体内マーカの動きを取得することを想定し、呼吸数サイクルの軌跡データを基にして、照射効率を最大化する方法を検討した。治療で得られた複数の体内マーカ軌跡データを利用し、マニュアル位置決めと照射効率を比較した結果、平均値で5%程度の照射効率の向上が得られた。
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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
基本的に申請時の実施計画に沿った研究開発を進めており、ほぼ想定通りの結果が得られていることから、現在までの研究開発の達成度は、おおむね順調に進んでいると自己評価した。平成29年度の主な成果としては、(1)一方向X 線透視による動体追跡のアルゴリズム開発、(2)散乱線アーチファクトを除去する画像処理アルゴリズムの開発、(3)照射効率を最大化するための患者位置決めアルゴリズムの開発、の3つである。それぞれ予定していたアルゴリズムを開発し、想定していた結果が得られた。加えて、（１）の開発で利用する複数のマーカの新しい利用方法として、ターゲット自体の位置を複数のマーカ位置から推定する方法も検討し、従来と比較して高精度に治療ビームを照射できることを示した。現時点までで得られた成果を学会にて報告したところである。いっぽう、（１）のアルゴリズムについては、複数のマーカの幾何学的な位置関係が大きく変形した場合、数mmの測定誤差が生じることがわかった。これは当初から予想していた傾向であり、複数マーカで形成される座標系と形状の変化に閾値を設けることで、測定誤差が大きいと予想される場合を判断できると考えている。このような課題に対する対応を含め、次年度にアルゴリズムを改良し、定量的に精度評価を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は、（１）回転照射に対応した一方向X 線透視による動体追跡：精度評価、（２）画像処理による散乱線アーチファクトの除去：性能評価、（３）最適位置決めによる照射効率の最大化：効率評価、（４）ファントムを用いた検証：評価用ファントム製作、の4項目をサブテーマとして実施する予定である。（１）については、大きな誤差の要因となる臓器の変形を複数のマーカ位置から検出するアルゴリズムを組み込み、一方向X線透視の動体追跡の安全性を向上させる。初年度から継続して取得している複数マーカの軌跡データを利用し、定量的な精度評価を実施する予定である。（２）については、1400MU/min相当の治療ビーム散乱線を実験的に再現し、加えて、人の肺および肝臓でのX線透視を模擬するために人体ファントムを利用し、開発した画像処理アルゴリズムが臨床に近い条件下でも機能することを確認し、必要に応じてアルゴリズムを改良する予定である。（３）については、照射効率の評価を進めるとともに、想定する治療法を仮定して、治療時間を見積もり、従来方法と提案方法による治療時間の比較を行う。（４）については、最終年度に実施予定の線量評価試験のために、線量分布評価用のフィルムを挟むアクリルファントムを作製し、ファントムを載せて駆動可能なプラットフォーム型の動体ファントムシステムを構築する。
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