放射線治療技術

呼吸性移動を伴う腫瘍に対する放射線治療技術に関する研究

放射線治療において呼吸性移動を伴う腫瘍に対する治療は，多くの不確定要素を含むため，高精度な治療が実施できない問題がある．我々は，この問題を解決するために，当学の機械工学科・機械システム制御工学研究室（http://ctrl.mech.yamaguchi-u.ac.jp/）と共同で，新たな放射線治療技術の開発を行っている．

  • 動体追跡装置のコミッショニングに関する研究
  • EPIDと腫瘍追跡ログを用いた動体追跡放射線治療の品質管理法の開発
  • 腫瘍モニタリングのための被ばく線量計算システムの開発
  • 動体追跡放射線治療の品質管理高度化のためのロボットファントムシステムの構築
  • 呼吸性移動を伴う腫瘍位置予測モデルの開発
  • 金属マーカを使用しない肺腫瘍追跡技術の開発
  • Visual coachingを用いた呼吸コーチングシステムの開発 (島津製作所，安西メディカル共同研究)
  • 腹部圧迫による呼吸抑制法に関する研究
  • 深層学習を用いた腫瘍追跡モニタリング被ばく線量低減に関する研究
当院に導入された動体追跡装置
動体追跡装置によるX線透視画像
人工知能が認識した肺腫瘍位置

【発表論文】

  • Evaluation of a combined respiratory-gating system comprising the TrueBeam linear accelerator and a new real-time tumor-tracking radiotherapy system: a preliminary study.
    Shiinoki T, Kawamura S, Uehara T, Yuasa Y, Fujimoto K, Koike M, Sera T, Emoto Y, Hanazawa H, Shibuya K.
    J Appl Clin Med Phys. 2016 Jul 8;17(4):202-213. Erratum in: J Appl Clin Med Phys. 2017 Jul;18(4):238.
  • Verification of respiratory-gated radiotherapy with new real-time tumour-tracking radiotherapy system using cine EPID images and a log file.
    Shiinoki T, Hanazawa H, Yuasa Y, Fujimoto K, Uehara T, Shibuya K.
    Phys Med Biol. 2017 Feb 21;62(4):1585-1599.
  • Estimation of patient-specific imaging dose for real-time tumour monitoring in lung patients during respiratory-gated radiotherapy.
    Shiinoki T, Onizuka R, Kawahara D, Suzuki T, Yuasa Y, Fujimoto K, Uehara T, Hanazawa H, Shibuya K.
    Phys Med Biol. 2018 Mar 21;63(6):065016.
  • Evaluation of the effects of motion mitigation strategies on respiration-induced motion in each pancreatic region using cine-magnetic resonance imaging.
    Fujimoto K, Shiinoki T, Yuasa Y, Onizuka R, Yamane M.
    J Appl Clin Med Phys. 2019 Sep;20(9):42-50.
  • Prediction of lung tumor motion using nonlinear autoregressive model with exogenous input.
    Jiang K, Fujii F, Shiinoki T.
    Phys Med Biol. 2019 Oct 1. doi: 10.1088/1361-6560/ab49ea.
  • A Novel dynamic robotic moving phantom system for patient-specific quality assurance in real-time tumor-tracking radiotherapy.
    Shiinoki T, Fujii F, Fujimoto F, Yuasa Y, Sera T.
    2020 Jul;21(7):16-28. doi: 10.1002/acm2.12876. Epub 2020 Apr 13.
  • Analysis of dosimetric impact of intrafraction translation and rotation during respiratory-gated stereotactic body radiotherapy with real-time tumor monitoring of the lung using a novel six degrees-of-freedom robotic moving phantom.
    Shiinoki T, Fujii F, Yuasa Y, Nonomura T, Fujimoto K, Sera T, Tanaka H.
    Med Phys.2020 Sep;47(9):3870-3881. doi: 10.1002/mp.14369. Epub 2020 Jul 28.

【受賞】

  • The American Association of Physicists in Medicine 60th Annual meeting “Best in Physics award”
    4D dynamic robotic phantom system for patient-specific quality assurance in real-time tumor-tracking radiotherapy
    T.Shiinoki, F.Fujii, K. Fujimoto, Y.Yuasa, T.Uehara, T.Sera, R.Onizuka
  • The American Association of Physicists in Medicine “Medical Physics Notable paper in the September 2020”
    Analysis of dosimetric impact of intrafraction translation and rotation during respiratory-gated stereotactic body radiotherapy with real-time tumor monitoring of the lung using a novel six degrees-of-freedom robotic moving phantom.
    Shiinoki T, Fujii F, Yuasa Y, Nonomura T, Fujimoto K, Sera T, Tanaka H.

【研究費】

  • 超高線量率四次元動体追跡照射の高精度化に向けた新しい品質管理法の開発
    文部科学省: 科学研究費補助金(若手研究(B))
  • 四次元動体追跡治療のための新型動体追跡装置による透視被ばく線量計算システムの開発
    がん研究振興財団: がん研究助成(A)
  • 四次元動体追跡放射線治療のための金属マーカを使用しない非侵襲的肺腫瘍追跡技術の開発
    新日本先進医療研究財団: がん研究助成
  • 深層学習を用いた肺腫瘍判別によるマーカーレス四次元動体追跡放射線治療の確立
    文部科学省: 科学研究費補助金(基盤研究(C))
  • ビジュアルバイオフィードバックシステムを用いた動体追跡強度変調放射線治療の確立
    文部科学省: 科学研究費補助金(基盤研究(C))
  • バイオメカニクスとロボティクスに基づく肺機能/形態融合の次世代動体追跡放射線治療
    文部科学省: 科学研究費補助金(基盤研究(C))
  • 膵癌の呼吸性移動特性の定量化のための深層学習を用いた新しい四次元ＭＲＩ構築法の開発
    文部科学省: 科学研究費補助金(奨励研究)

個別化放射線治療に向けた人工知能と医療情報を用いた技術開発

機械学習・深層学習を用いた遺伝子変異予測モデルの開発

【発表論文】

  • 医学物理の視点から見るPrecision Medicineに向けた放射線治療
    椎木 健裕， 田中 秀和．
    RadFan2020年12月号.
  • Prediction of EGFR Mutations, Subtypes, and Uncommon Mutations in Lung Adenocarcinoma Based On Machine Learning.
    Kawazoe Y, Shiinoki T, Fujimoto K, Yuasa Y, Hirano T, Matsunaga K, Tanaka H.
    AAPM 2021, 63rd Annual Meeting.
  • Predicting PD-L1 Expression Level in Non-Small Cell Lung Cancer On Computed tomography Using Machine Learning.
    T Shiinoki*, K Fujimoto, Y Kawazoe, Y Yuasa, M Kajima, Y Manabe, T Hirano, K Matsunaga, H Tanaka.
    AAPM 2021, 63rd Annual Meeting.
  • Predicting programmed death-ligand 1 expression level in non-small cell lung cancer using a combination of peritumoral and intratumoral radiomic features on computed tomography
    Shiinoki　T, Fujimoto K, Kawazoe K, Yuasa Y, Kajima M, Manabe Y, Ono T, Hirano T, Matsunaga K, Tanaka H.
    Biomedical Physics & Engineering Express 8(2) 025008-025008 2022 March 1.

    3Dプリンタを用いた放射線治療補助具の開発と臨床応用

    【発表論文】

    • Efficacy of patient-specific bolus created using three-dimensional printing technique in photon radiotherapy.
      Fujimoto K, Shiinoki T, Yuasa Y, Hanazawa H, Shibuya K.
      Phys Med. 2017 Jun;38:1-9.

    放射線診断技術

    近年の放射線治療は，医用画像を用いた画像誘導放射線治療が主流となっている．我々は，医用画像から得られる解剖学的情報だけでなく，画像処理によって得られる新たな情報を診断や治療へ応用する研究を行っている．

    4次元コーンビームCTに関する研究

    4次元コーンビームCT撮影による2次発がんリスクを推定

    【発表論文】

    • Effect of gantry speed on accuracy of extracted target motion trajectories and image quality in 4D-CBCT: Phantom study.
      Yuasa Y, Shiinoki T, Fujimoto K, Hanazawa H, Uehara T, Koike M, Shibuya K.
      Biomed. Phys. Eng. Express 3 (2017) 067001
    • Estimation of effective imaging dose and excess absolute risk of secondary cancer incidence for four-dimensional cone-beam computed tomography acquisition.
      Yuasa Y, Shiinoki T, Onizuka R, Fujimoto K.
      J Appl Clin Med Phys. 2019 Nov;20(11):57-68. doi: 10.1002/acm2.12741.

    慢性閉塞性肺疾患のイメージングバイオマーカの放射線治療への応用

    当院で体幹部定位放射線治療を行った各患者におけるCOPDのフェノタイプ

    【受賞】

    • The European SocieTy for Radiotherapy and Oncology 38, Nomination for the BEST Poster Award in the category of Physics
      Assessment of CT-based imaging biomarker of COPD in IGRT planning for lung cancer patients.
      T.Shiinoki, Y.Yuasa, K.Fujimoto

    4次元CT画像を用いた肝線維症診断イメージング技術の開発と治療への応用

    4次元CTを基にしたエラストグラフィの算出手法
    (左)CT画像　(中)造影MRI　(右)算出された肝臓機能画像

    【発表論文】

    • Estimation of four-dimensional CT-based imaging biomarker of liver fibrosis using finite element method
      K.Fujimoto, T.Shiinoki, Y.Yuasa.
      Proc. SPIE 11313, Medical Imaging 2020: Image Processing, 113130J (10 March 2020); https://doi.org/10.1117/12.2548280
    • Estimation of liver elasticity using the finite element method and four-dimensional computed tomography images as a biomarker of liver fibrosis
      K.Fujimoto, T.Shiinoki, Y.Yuasa and H.Tanaka
      Med Phys 2021 Jan 15. doi: 10.1002/mp.14723. Online ahead of print.
    • Comparing Estimated Liver Elasticity Based On the Finite Element Method to MR-Elastography for Distribution of Liver Fibrosis
      K Fujimoto, T Shiinoki, Y Yuasa, Y Kawazoe, M Yamane, T Sera, H Tanaka
      AAPM 2021, 63rd Annual Meeting.
    • Usefulness of 4DCT-Based Elasticity Map for Function Preserving Liver Radiotherapy Treatment Planning
      T Sera, T Shiinoki, K Fujimoto, Y Yuasa, Y Kawazoe, H Tanaka.
      AAPM 2021, 63rd Annual Meeting.

    【研究費】

    • 四次元CTから肝線維症を捉える革新的硬度マップ構築法の開発と放射線治療への応用
      文部科学省: 科学研究費補助金(若手研究)

    シングルエネルギーCT画像による肺・肝血流イメージング推定法の開発

    深層学習を用いたシングルエナジーCT画像による肝血流イメージング

    【発表論文】

    • Single-energy CT-based perfusion imaging in thoracic and abdominal region based on the convolution neural network
      Y. Yuasa, T. Shiinoki, K. Fujimoto, H. Tanaka.
      International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery 15(S1) 1 – 214.

    【研究費】

    • 患者個別治療効果に基づく適応放射線治療に向けた新規コーンビームCTシステムの開発
      文部科学省: 科学研究費補助金(若手研究)

山口大学大学院医学系研究科

放射線腫瘍学講座

〒755-8505 山口県宇部市南小串1-1-1

E-mail : houchi-1[at]yamaguchi-u.ac.jp

Department of Radiation Oncology

Yamaguchi University Graduate School of Medicine

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E-mail : houchi-1[at]yamaguchi-u.ac.jp

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