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書き出し

放射線治療中の前立腺がんの動きに対する予測照射制御の実現可能性

速見, 文菜 東北大学

2023.03.24

概要

【目的】
放射線治療においては,治療効果の向上と正常組織の副作用低減のために標
的への精密照射が重要である.本研究で対象とする前立腺がんは腸管ガスの移
動や直腸の蠕動などによって複雑に変動するため,精密照射の実現には照射中
における動きの対策が必要である.動きの対策として標的の位置・形状の変化を
計測し,それに応じて照射野を制御する技術がある.これらを構成する計測・制
御システムには1秒弱程度の時間遅れがあり,標的と照射野にずれを生じさせ
るため,その補償が必要となる.時間遅れ補償には標的の動きの予測が有用と考
えられる.しかし,前立腺がんの動きに明瞭な規則性が見出しにくいことに起因
して,遅れ補償に効果のある予測とそれに基づく照射制御の実現可能性は未だ
示されていない.一方,動きに共通するような特徴を見出し,それを活用するこ
とができれば,時間遅れ補償に有効な予測とそれに基づく照射制御が可能にな
ると考えられる.本研究では,前立腺がんの動きに応じた予測照射制御の実現に
向け,動きの時系列的特徴を表現する統計的時系列モデルを導入し,その予測に
基づく照射制御の効果を明らかとすることを目的とした.
【方法】
放射線治療中に取得された前立腺がんの左右・頭尾・背腹方向の3軸の並進・
回転運動からなる6自由度の時系列のオープンデータ4件を対象とした.これ
ら対象時系列データに含まれる予測に寄与可能な時系列成分として中長期的な
変動傾向であるトレンド成分に着目した.そして,これらトレンド成分の将来変
動を表現・予測しうる基本的な統計的時系列モデルとして時系列差分処理を併
用した自己回帰(Autoregressive: AR)モデルに基づく予測法を用いて各対象時
系列データにおける予測性能を検証する実験を行った.AR モデルの比較対象と
して現状のシステムに相当する遅れ補償なしと従来の予測法のひとつである等
速度モデルに基づく方法による予測も実施した.各方法の予測長は時間遅れ補
償に十分な 1 秒先とした.予測は前立腺がんの動きの6自由度それぞれ個別に
行った.
また,各手法に基づき照射制御を行った場合に生じる位置ずれの影響抑制に
必要なマージンサイズを算出することで時間遅れ補償の効果について検討した.
具体的に,前立腺がんの動きの予測結果に基づき,遅れ補償なし制御,等速度モ
デル・AR モデルの予測制御による照射体積と標的体積との位置関係をシミュレ
ーションし,照射体積による標的体積のカバー率(標的カバー率)と必要マージ
ンサイズとを評価した. ...

この論文で使われている画像

参考文献

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3874-3900 (2006)

45

研究業績

国内会議

口頭発表(査読無)

1. 速見文菜,市地慶,本間経康,“放射線治療における前立腺がんの動きの自

己回帰モデルによる予測”,計測自動制御学会東北支部 第 334 回研究集会,

計測自動制御学会東北支部,2021 年 9 月 17 日

2. 速見文菜,市地慶,張暁勇,本間経康,“放射線治療中に動く前立腺がんへ

の予測照射制御の有効性評価”,第 56 回 日本生体医工学会東北支部大会,

日本生体医工学会東北支部,2022 年 11 月 26 日

国際会議

ポスター発表(査読有)

3. Ayana Hayami, Kei Ichiji, Noriyasu Homma, “Predictability of Prost

ate Tumor Motion by Using Autoregressive Model for Real-Time Ad

aptive Radiation Therapy”, AAPM 2022 64th Annual Meeting & Ex

hibition, American Association of Physicists in Medicine, July 10th,

2022

受賞歴

4. 計測自動制御学会東北支部 第 334 回研究集会,優秀発表奨励賞,計測自動

制御学会東北支部,2021 年 9 月 17 日

46

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