成果報告書詳細
管理番号20110000000927
タイトル平成22年度成果報告書 基礎研究から臨床研究への橋渡し促進技術開発/橋渡し促進技術開発 X線マイクロビーム加速器による次世代ミニマムリスク型放射線治療システムの研究開発(継続研究)
公開日2011/8/30
報告書年度2010 - 2010
委託先名株式会社アキュセラ
プロジェクト番号Q05013
部署名バイオテクノロジー・医療技術部
和文要約本研究は、従来放射線治療の対象とならなかった早期に発見される体積1cm3 レベルの動く臓器にある患部を含む患部について治療を可能とするために、動体追跡の技術の応用とX線加速器によるマイクロビーム照射技術および産業用ロボットの医療への応用技術を統合した次世代ミニマムリスク型放射線治療システムを確立することをテ~マとした。19年度及び21年度の3年間で、その要素である動体追跡装置、加速器システム、ロボットシステムおよび治療計画システムを確立し、それぞれの要素を統合した試作システムを完成させた。この試作システムに対して、22年度は、試作システムの要素である動体追跡装置、加速器システム、ロボットシステム、治療計画システムの持つ技術的な課題の解決見通しをつけ、薬事申請への道筋を付けた。(1)ミニマムリス放射線治療のための動体追跡装置の開発・動いている金マーカの位置に対して、マーカ追跡の時間間隔を小さくすることで、ゲート照射時の空間的なマーカ位置精度を向上させた。・動体追跡装置のX線透視画像取得パルスを可変制御とすることにより、患者へのX線被曝量の低減をはかった。・DICOMサーバーを構築し、DICOM通信による患者IDの検索、マーカ位置の読み込み機能等を実装し、データベースとの情報の受け渡しが可能となり、データベースを介して迎撃照射に必要なマーカ位置の読み込み等をおこなうことが可能となった。・ロボット治療台の位置合わせにおいて、動体追跡装置で検出した金マーカの位置とCT撮像の金マーカの位置の相異補正に対して、3次元補正アルゴリズム改善により補正精度を向上させる。 (2)エネルギ~可変電子加速器によるX線マイクロビ~ムシステムの開発・漏洩X線の測定及び分析結果から得られた加速特性の改良方針を明確にした。・金マーカを用いた動体追跡装置に同期したX線を腫瘍の位置に精度よく照射するために、動体追跡装置からの同期信号に対しX線発生の時間の遅れを最小化する試験評価を実施した。・実機のビーム試験を通して製作したイオンチェンバーの評価を実施し、十分な精度でX線の線量測定が可能との結論を得た。また、イオンチェンバーアンプの応答も問題なく、リアルタイムの線量測定は可能であることが分かった。 (3)ロボット型ミニマムリスク放射線治療システムの開発・加速器システム搭載の小型治療用ロボットの治療ノードでの位置、および姿勢を正確に測定。・治療時のベッド位置に、ヘッド上で人体を包含する直方体領域をキューブ干渉領域として安全領域を設定し安全性の評価を実施した。人体領域に対して、ベッド上のエリアセンサーとキューブ干渉領域の2重の安全対策を設置することで治療時の安全性を向上する目途を得た。・ロボット治療台の位置合わせにおいて、動体追跡装置で検出した金マーカの位置とCT撮像の金マーカの位置の相異補正に対して、3次元補正アルゴリズム改善により補正精度を向上させた。 (4)ミニマムリスク放射線治療用治療計画システムの開発・治療計画サブシステムのリメイクによるCT画像と既存治療計画のDICOM~RTデータによるミニマムリスク放射線治療の治療計画が容易に行えるようになり、治療計画の性能改善と画面表示の改善により評価の環境が改善された。(5)ミニマムリスク放射線治療用治療システムの開発・当システムの薬事申請に結びつけるために、調査・検討を実施した。今後薬事承認のための必要事項に基づいたプロセスを検討・実現していく。
英文要約The main objective of this research is to establish a new technology of next generation, minimum risk radiation therapy system for treatment of early stage, deep seated tumors of volume less than 1cc within the moving organs. The new method is based on the technology of combining the real time tumor motion tracking, the compact accelerator, the micro-beam generation and the advanced robotics. We have completed the development of a prototype system by integrating the motion tracking system, the accelerator system, the robot system and the treatment planning system. In this way, the initial objective of performing the 4πirradiation in the treatment planning, the tumor tracking, and the treatment system(robotic system with accelerator head), is accomplished and verified by using a moving phantom, that simulating lung movement. We are confident in obtaining the necessary regulatory approval, since we have solved most of the very basic technical difficulties in motion tracking, compact accelerator design and manufacturing, robotics, and treatment planning. a. Tumor Tracking System for Minimum Risk Radiation Therapy: Accuracy of spatial marker positioning was improved by reducing the tracking interval of gold markers. The exposure dose to a patient was reduced by controlling the pulses for the fluoroscopic imaging of tumor tracking system .The improved operation of a tumor tracking system through a DICOM database was achieved. As for adjusting the patient positioning in the treatment, the accuracy was improved by using the three-dimensional revised algorithm.b.Development of an X-ray Micro-Beam System uses Electron Linear Accelerator: The improved accelerator design objectives were obtained from the measurement of X-rays leak and the analysis. The experimental evaluation was completed for minimizing the time delay between the X-ray generation and the synchronized marker position signals. The possibility of precisely measuring the dose rate in real time manner using the newly developed ion chamber was confirmed. c. Development of the Robotic Minimum Risk Radiation Therapy System: The robot position and posture in the treatment node were able to measure precisely. The safety level during the treatment was improved by setting up the area sensors near the patient couch and by introducing the double safety measures in the cube interference domain. d. Development of a Treatment Planning System for the Minimum Risk Radiation Therapy:The treatment planning can be easily performed by using the revised treatment plan subsystem of the DICOM-RT data plan for the minimum risk radiation therapy using a CT image. Furthermore, evaluation environment was improved by obtaining the performance improvement of the treatment plan and the screen display. e.Development of a prototype system for the Minimum Risk Radiation Therapy: We have continued the research in the advanced radiation treatment system for clinical use by improving its maneuverability, performance, and safety. We will further continue the study of required process for regulatory approval.
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