2013 Fiscal Year Research-status Report
重粒子線治療患者位置決めにおける分割領域の位置ずれ定量化及び可視化に関する研究
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25461904
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
田代 睦 群馬大学, 重粒子線医学推進機構, 助教 (60447274)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 粒子線治療 / 放射線治療 / 患者自動位置決め / CT / DRR / X線画像 |
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| Research Abstract |
本研究では、重粒子線治療における位置決めの高速化・高機能化を目指し、治療計画用CT画像から生成される疑似X線画像(DRR)と照射時に撮影されるX線画像との自動位置決めソフトウェアを開発すること、さらに、画像を領域分割して行うことにより、体内各部の領域毎の位置ずれ量を定量化、可視化する機能を開発し、位置決めにおける患者位置修正を補助できるシステムを研究・開発することを目的としている。当年度は3次元CTデータからDRR画像を生成し、位置決め用正側のX線画像との画像照合による自動位置決めソフトウェアの基本部分の開発を行った。
ソフトウェアの基本構成を検討し、以下のような方法が妥当であるとの結論を得た。評価関数としては異なる種類の画像同士に対して妥当な評価が行える正規化相互相関を用いること、最適化方法としては最急降下法による下降方向の決定および黄金分割法による収束を行うこととした。また、DRRの計算回数をなるべく少なく抑えて最適化できるよう、正側2方向の2次元画像を用いてそれぞれの画像上の2方向並進および1軸回転でのマッチングを行い、x、y、z、θx、θzを最適化した上で、最後に両画像でマッチング不可能なθyについてマッチングを行い、それを収束するまで繰り返すこととした。さらに、始めから細かい動きを追う必要が無いことから、上記の最適化フローを3段階に分け、画像解像度の粗いものからステップを踏んで高解像度のマッチングが行えるようなソフトウェアとした。上記ソフトウェアを用いた試験の結果、ファントムに対するCT画像およびX線（FPD）画像に対する試験マッチングにより、並進に対して0.5mm以内、回転に対して0.3°以内の精度が得られた。比較画像同士が同一のDRRとなるような場合について同様のマッチングを行った結果、並進に対して0.2mm以内、回転に対して0.1°以内の精度が得られた。
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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
研究計画では、X線画像とDRR画像を比較して、最も一致する位置ずれ量を算出する自動位置決めソフトウェアを開発すること、および、様々な解像度や濃度分解能をもつDRRおよびX線画像を生成し、上記自動位置決めソフトウェアを用いて、位置合わせを行い、その精度を評価することである。自動位置決めソフトウェアについては試験が可能なものを開発することができており、ソフトウェアの試験を行っているところである。また解像度等の画像パラ-メータについても同時に評価試験を行う段階になっている。さらに次年度以降の予定である分割領域マッチングに関して2体積（母体積と関心体積）のマッチングを行うソフトウェアに関しても試作の段階である。
以上のことから、研究はおおむね順調に進展していると思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
自動位置決めソフトウェアに関しては、動作するものが開発された状況である。精度についてはファントム画像にておおよそ必要とされるものになっているが、同一画像を用いても正解に一致しない状況である。このような原因を追及し、ソフトウェアのバグや、あるいはアルゴリズムそのものの見直しをする必要性を検討するために、ソフトウェアの検証を進める予定である。そのために、検証をよりスムーズに進めるための最低限のユーザーインターフェースを追加具備する必要がある。したがって、上記インターフェースの実装、それを用いた試験画像によるソフトウェアの検証、さらに、様々なファントムや臨床画像を用いた検証を行う予定である。
さらに、領域分割マッチングのソフトウェアに関しても、検証を行いやすいユーザーインターフェースを導入し、複数体積のマッチングソフトウェアについてさらに検討を進める予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
解析用の計算機やソフトウェアの購入および国内外の学会参加が予定通り進められなかったため、使用額に差が生じた。
多くのデータを処理するための計算機やソフトウェア、結果を報告するための国内外学会の参加費、論文投稿にかかる費用に使用する予定である。
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[Journal Article] Technical approach to individualized respiratory-gated carbon-ion therapy for mobile organs2013
Author(s)
Mutsumi Tashiro, Takayoshi Ishii, Jun-ichi Koya, Ryosuke Okada, Yuji Kurosawa, Keisuke Arai, Satoshi Abe, Yoshiaki Ohashi, Hirofumi Shimada, Ken Yusa, Tatsuaki Kanai, Satoru Yamada, Hidemasa Kawamura, Takeshi Ebara, Tatsuya Ohno, Takashi Nakano
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Journal Title
Radiological Physics and Technology
Volume: 6
Pages: 356-366
DOI
Peer Reviewed
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