成果報告書詳細
管理番号20110000000132
タイトル平成19年度~平成21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MMRT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
公開日2011/6/29
報告書年度2007 - 2009
委託先名株式会社アキュセラ
プロジェクト番号P07022
部署名バイオテクノロジー・医療技術開発部
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。これにより、当初の計画である動きのある病巣に対する1mmφ~10mmφ照射野での4π治療基本性能は、治療計画システム、動体追跡装置、治療装置(加速器システム搭載のロボットシステム)にて実現した。(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 ・動体追跡装置制御ソフトウェアにDICOM~RT規格に準拠したプロトコルを用いた治療計画情報(患者ID、プランID、体輪郭情報など)の受け渡しを可能とする機能を付加した。 ・動体追跡装置とロボット治療システムの情報通信を行うことにより、動体追跡装置側での治療準備確認やインタ~ロックなどの情報をリアルタイムに受け渡すことが可能となった。 (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 ・電子銃の小型化、パルストランス部の小型化、加速管の軽量化を行い、軽量小型化した加速器を開発し、温度上昇・応力発生の両面からの問題は生じないことを確認した。 ・ミニマムリスク放射線治療装置に対して、治療用ロボットア~ムの動作を制御し、必要なタイミングで必要な強度のX線を照射する制御機構を組み込んだ。 ・加速器から出力されるX線の線量を測定する薄型構造のイオンチェンバ~を開発し、プライマリ~コリメ~タ~に組み込み、それを用いて出力線量の制御を行えるようにした。 ・小型軽量化した加速器に可変コリメ~タを組み込み、ロボットに搭載した。(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 ・治療計画システムからの金マ~カの位置情報をもとに、動体追跡装置で検出する金マ~カを用いて患者位置合わせを自動化した。 ・治療時の異常事象を検知し、治療を停止させるインタ~ロック機能を構築した。また、ロボットヘッドの反対側に治療ビ~ムの透過を防止するビ~ムストッパの機能を組み込んだ。(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 ・マイクロビ~ムによる動体追跡照射に対する治療計画システムにおいて、最適な方向、最適な強度を自動的に決定するインバ~スプラン機能を実装した。 ・治療計画の実行結果として治療用制御情報を作成し、動体追跡装置、治療システム、ロボット治療台に、送信できるようにした。治療用制御情報のデ~タ形式は放射線治療の共通規格であるDICOM~RTを採用した。(5)ミニマムリスク放射線治療用治療システムの開発 ・開発した動体追跡装置、加速器システム、ロボットシステム、治療計画システムを、放射線照射が行えるシ~ルドル~ム実験施設に組み立て統合を実施した。 ・駆動装置を有する動体ファントムを使用した治療モデル(肺野を想定)を用いて治療計画を作成し、その制御情報をもとに動体追跡装置を用いたミニマムリスク放射線治療が実施出来ることを確認した。 試作した放射線治療システムの操作性、性能、安全性を高めることにより、臨床使用が可能な放射線治療システムの実現を目指す。
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, is accomplished.  a. Tumor Tracking System for Minimum Risk Radiation Therapy: Add the function of transferring treatment plan information, such as the patient ID, plan ID, and body contour to the tumor tracking control software using DICOM-RT standards compliant protocol. Establish the system of transferring the information of treatment ready signal and interlock in real time for tumor tracking system by communicating between the tumor tracking and robotic treatment systems. b. Development of an X-ray Micro-Beam System uses Electron Linear Accelerator: Developed a miniaturized electron gun, a miniature pulse transformer, a compact accelerator, and experimentally verified the performance in terms of heating and stress view points. Developed a control mechanism for the minimum risk radiation treatment system, by introducing on time, accurate X-ray beam delivery system that will coordinate with the robot motion. Developed a variable collimator built in the accelerator head. Developed a compact ion chamber for measuring dose rate of high energy X-ray generated by the accelerator that enables to control X-ray output. c. Development of the Robotic Minimum Risk Radiation Therapy System: Developed an automatic patient position set up system by using the position of gold markers detected by the tumor tracking device based on the treatment plan system. lso, completed development of a beam stopper located on the other side of the accelerator head that will prevent the leakage radiation. d. Development of a Treatment Planning System for the Minimum Risk Radiation Therapy:  Implemented the inverse planning features for the treatment planning of the micro-beam irradiation system that automatically determine the best direction and the intensity of the treatment beam.  e. Development of a prototype system for the Minimum Risk Radiation Therapy: ・Complete assembly of a prototype system by integrating the tumor tracking system, the accelerator system, the robot system, and the treatment planning system inside the experimental radiation shield room. We will pursue to complete the new radiation treatment system for clinical use by improving its maneuverability, performance, and safety.
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