2021 Fiscal Year Annual Research Report
Research and development about helium and proton hybrid system with proton CT and Immuno-radiotherapy
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19H03591
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
白土 博樹 北海道大学, 医学研究院, 教授 (20187537)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 直樹 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00552879)
高尾 聖心 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10614216)
梅垣 菊男 北海道大学, 工学研究院, 特任教授 (40643193)
茶本 健司 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (50447041)
Nam JinMin 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (60414132)
小野寺 康仁 北海道大学, 医学研究院, 准教授 (90435561)
松浦 妙子 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90590266)
西岡 健太郎 北海道大学, 医学研究院, 助教 (80463743)
橋本 孝之 北海道大学, 医学研究院, 准教授 (60400678)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ヘリウム線治療 / 陽子線CT / 免疫放射線治療 / 4次元分割照射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
①小型ヘリウム・陽子線混合治療装置の関しては、エネルギー可変超電導加速器に関しては設計がほぼ終わり、常伝導タイプに比べて重量はヘリウム線加速器の1/5、陽子線の1/2程度を、超電導回転ガントリーは、回転半径・軸長が常伝導陽子線とほぼ同等、磁場切り替え速度は4倍を目指し、回転速度も2～3倍を目指すべきことが判明した。
②③④高エネルギー陽子線CTと陽子線２ビーム透視による動体追跡を可能とするためには、陽子からヘリウムに短時間で加速粒子を加速できる新たな混合加速方式、軌道切り替えのための新たな電磁石が必要と判断し、その仕様を検討した。本件は、知財化を目指すことになった。陽子線CTを用いた治療計画において、陽子線の飛程を計測するためには、イメージのノイズや散乱による不確実性を把握する必要があり、そのために、深層学習を用いる方法を考案した。治療中の陽子線CT画像が体内の臓器の動きで不鮮明になるリスクが高いことから、自損の動体追跡陽子線治療装置の透視と治療ビームの両ログファイルを用いて体内線量分布を検証する方法を考案した。
⑤免疫チェックポイント阻害と放射線の相乗効果を最大にするための最適なLETに関する研究では、照射後のROSとミトコンドリア関係の実験を行い、将来的に患者免疫状態の把握に資する知見を得た。将来的に患者免疫状態の可視化が可能となることを織り込んで、放射線治療による体内免疫状態の変化を治療計画に取り込み、個別化された高精度放射線治療を実現する放射線治療システムを考案し知財化を目指すこととなった。
高精度放射線治療のTherapeutic Windowに関して、2次元治療、3次元治療、4次元治療で異なっていることを理論的に考察を加え、鳥観図と線量分布を用いて示すことに思い至った。
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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
小型ヘリウム・陽子線混合治療装置に関しては、産学連携で超電導磁石を利用した加速器の小型化の要素技術の設計が終了し、短時間でのエネルギー変更の基本設計を終え、次年度の特許化を目指すことができた。高エネルギー陽子線CTに関する研究では、加速粒子のエネルギーを短時間で変更できる設計、人体を透過する陽子線を用いた画像撮像に関する仕様検討が進んだ。陽子線２ビーム透視による動体追跡では、ビームラインを２つ用意する案が浮上し、その特許性を検討することとなった。免疫治療と放射線治療の併用に関しては、京都大学での既存の研究成果から新たな免疫賦活・阻害経路の考慮・係数値を加え、免疫賦活を目指した適切な4次元放射線治療計画に向けたプログラムソフトを作成し、過去の動物実験データに当てはめ、優れた予測が可能であることが示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
①②③④陽子線/ヘリウム線治療の小型化、高エネルギー陽子線治療に必要と判明した仕様に基づき、コストパフォーマンスと世界的な陽子線・炭素線治療の健康保険適応状況に即した制作計画を考案する。状況が変化している場合には、それに即した設計変更、それ男に伴う新たな知財を考案する。
⑤抗腫瘍免疫応答を考慮した放射線生物モデルの完成度をさらに高め、腫瘍に浸潤する細胞障害性T細胞CTL、免疫チェックポイント阻害剤との併用で、CTLの増殖率や減衰率の変調が起きることを表現可能にしていく。既存の小動物への照射実験の発表データを予測し得るかを定量的に検討する。その結果を関連学会にて発表する。
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