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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Real-time volumetric image generation based on CT deformation driven by simultaneous monitoring of internal landmarks and object surface

Research Project

Project/Area Number 18K19887
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

宮本 直樹  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00552879)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高尾 聖心  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10614216)
富岡 智  北海道大学, 工学研究院, 教授 (40237110)
梅垣 菊男  北海道大学, 工学研究院, 特任教授 (40643193)
清水 伸一  北海道大学, 医学研究院, 教授 (50463724)
Project Period (FY) 2018-06-29 – 2021-03-31
Keywordsボリュームイメージング / リアルタイム / 体内ランドマーク / 変形レジストレーション / 医学物理
Outline of Annual Research Achievements

提案手法では、生体内の代表点を表すランドマーク位置、および生体表面を同時に、リアルタイムで測定し、あらかじめ構築しておいた数理モデルに基づき、そのタイミングにおける生体内の変形量を推定する。得られた変形量を基準アトラスデータに適用することで、生体内の三次元データをリアルタイムで得ることが可能になる。本研究の推進により、生体内部情報をボリュームイメージデータとしてリアルタイムで得ることが可能となり、医療、生命科学研究において大きなインパクトをもたらすと期待できる。
最終年度は、これまでに開発してきたボリュームイメージング技術を放射線治療における治療中の体内構造のモニタリングに応用することを想定して、ボリュームイメージの画像合成精度、および合成画像の幾何学的な精度評価として、腫瘍位置決め精度を評価した。実際の状況における使用を想定するために、放射線治療の治療計画時に得られた6名の4DCTデータを利用して検証を実施した。開発した手法では、事前の4DCTデータを学習データとして予測モデルを構築することから、学習には利用していないデータを精度検証に用いることが望ましい。そのため、4DCTに含まれる10セットのCTデータのうち8セットを学習に利用し、除いた2セットのCTデータを正解データとして検証に利用した。画像の合成精度は、正解画像と合成画像の規格化二乗平均平方根誤差(NRMSE: normalized root mean square error)として評価した。学習データおよび学習データを超える動きでの検証における画像合成精度はそれぞれ7%、11%程度であった。また、腫瘍位置の評価精度は1 mm以下であった。以上の結果は、放射線治療での応用を考えた場合、十分な精度であると考えられる。

  • Research Products

    (14 results)

All 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Clinical practice vs. state-of-the-art research and future visions: Report on the 4D treatment planning workshop for particle therapy - Edition 2018 and 20192021

    • Author(s)
      Katarzyna Czerska,Frank Emert,Renata Kopec,Katja Langen,Jamie R McClelland,Arturs Meijers,Naoki Miyamoto,Marco Riboldi,Shinichi Shimizu,Toshiyuki Terunuma,Wei Zou,Antje Knopf,Antoni Rucinski
    • Journal Title

      Physica Medica

      Volume: 82 Pages: 54-63

    • DOI

      10.1016/j.ejmp.2020.12.013

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The impact of dose delivery time on biological effectiveness in proton irradiation with various biological parameters2020

    • Author(s)
      Koki Kasamatsu,Taeko Matsuura,Sodai Tanaka,Seishin Takao,Naoki Miyamoto,Jin-Min Nam,Hiroki Shirato,Shinichi Shimizu,Kikuo Umegaki
    • Journal Title

      Medical Physics

      Volume: 47(9) Pages: 4644-4655

    • DOI

      10.1002/mp.14381

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Real-time volumetric image generation based on CT image deformation driven by displacement of internal fiducial markers2020

    • Author(s)
      Risa Hayashi,Naoki Miyamoto,Kouhei Yokokawa,Seishin Takao,Koichi Miyazaki,Kikuo Umegaki
    • Organizer
      第119回日本医学物理学会学術大会
  • [Presentation] Image registration with spatially weighted mutual information for patient setup in proton therapy2020

    • Author(s)
      Yuhei Kikkawa,Hideaki Ueda,Kikuo Umegaki,Naoki Miyamoto,Seishin Takao
    • Organizer
      第119回日本医学物理学会学術大会
  • [Presentation] 動体追跡放射線治療におけるDeep Learningを用いたX線透視画像上の非球形マーカ位置の認識2020

    • Author(s)
      阿部和貴、宮崎康一、横川航平、高尾聖心、平田雄一、梅垣菊男、宮本直樹
    • Organizer
      第39回日本医用画像工学会退会
  • [Presentation] Neural reconstruction of volumetric computed tomography from a body surface depth motion surrogate2020

    • Author(s)
      Wan Jeff,Yusuke Nomura,Naoki Miyamoto,Lei Xing,Hiroki Shirato
    • Organizer
      日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
  • [Presentation] スポットスキャニング陽子線治療における可変ゲーティング法を用いた線量誤差の低減2020

    • Author(s)
      横川航平,宮本直樹,高尾聖心,松浦妙子,田中創大,清水伸一,白土博樹,梅垣菊男
    • Organizer
      日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
  • [Presentation] simulative IMRTを用いた早期声門部癌に対する放射線治療における甲状腺線量の検討2020

    • Author(s)
      出倉康裕,安田耕一,湊川英樹,大塚愛美,鈴木隆介,宮本直樹,鈴木崇祥,対馬那由多,加納里志,本間明宏,清水伸一,青山英史
    • Organizer
      日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
  • [Presentation] The changes of expiration position in Real-time image-Guided Proton Therapy for liver cancer2020

    • Author(s)
      Yuto Matsuo,Naoki Miyamoto,Taeko Matsuura,Masaya Tamura,Norio Katoh,Daisuke Abo,Shinichi Shimizu,Hidefumi Aoyama,Hiroki Shirato,Seishin Takao
    • Organizer
      日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
  • [Presentation] 陽子線治療の適応的治療を支援する実績線量分布評価システムの開発2020

    • Author(s)
      井田頼子,小橋啓司,宮本直樹,宮崎康一,西岡健太郎,安田耕一,加藤徳雄,松浦妙子,高尾聖心,青山英史,橋本孝之,清水伸一
    • Organizer
      日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
  • [Presentation] Dosimetric comparison of proton beam therapy and photon VMAT in patients with multiple small sized liver tumors: A preliminary study2020

    • Author(s)
      Yusuke Uchinami,Norio Katoh,Ryusuke Suzuki,Hiroshi Taguchi,Koichi Yasuda,Seishin Takao,Naoki Miyamoto,Taeko Matsuura,Shinichi Shimizu,Hidefumi Aoyama
    • Organizer
      日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
  • [Presentation] Real-time adaptive radiotherapy with internal fiducial markers and real-time-imaging technique2020

    • Author(s)
      Naoki Miyamoto
    • Organizer
      日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
    • Invited
  • [Presentation] Synthetic fluoroscopic image generation for tracking accuracy validation of marker-less tumor tracking in radiotherapy2020

    • Author(s)
      Koichi Miyazaki,Takaaki Fujii,Toru Umekawa,Naoki Miyamoto,Kikuo Umegaki
    • Organizer
      2020 AAPM Annual Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gated Proton Imaging using Fiducial Marker and X-ray Fluoroscopy2020

    • Author(s)
      Sodai Tanaka,Naoki Miyamoto,Yojiro Shimada,Teiji Nishio,Takaaki Yoshimura,Seishin Takao,Yuto Matsuo,Shinichi Shimizu,Taeko Matsuura
    • Organizer
      2020 AAPM Annual Meeting
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-12-27  

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