前立腺がん外部放射線治療に おける最適体位に関する研究

別紙様式１

修 士 学 位 論 文

前立腺がん外部放射線治療に おける最適体位に関する研究

平成 25 年 1 月 11 日 提出

首都大学東京大学院

人間健康科学研究科 博士前期課程 人間健康科学専攻 放射線科学域 学修番号：11897605

氏 名： 岡野 智行

（ 指導教員名： 齋藤 秀敏 ）

別紙様式３

平成２４年度 博士前期課程学位論文要旨

注： １ページあたり 1,000 字程度（欧文の場合は 300 ワード程度）で、本様式１～2 枚（A4 版）程度とする。

前立腺がんは男性固有で高齢者に発生しやすいがんである。前立腺がんの治療法は手術 が圧倒的な割合を占めていたが、放射線治療と内分泌療法の併用は、手術療法と同等の成 績が得らており、標準治療となりつつある。前立腺がんの制御のためには 72 Gy を超える ような高線量投与が必要である。そのため、強度変調放射線治療(IMRT)や画像誘導放射線 治療(IGRT)など最新の照射技術が開発され、高精度な放射線治療が求められている。

前立腺がんの治療は、患者セットアップの容易さから、仰臥位により治療を行っている 施設が多数を占める。しかし過去の研究において、腹臥位が正常組織に与える線量を低減 できるとの報告もあり、腹臥位を選択し放射線治療を行っている施設も存在する。

骨盤内臓器は可動性があることから、体位を変換すると臓器の位置や形状は変化する。

前立腺の体位変化による移動の論文は存在するが、それらは、金マーカなどを挿入して前 立腺のみの移動を検討したものであった。そのため骨盤内臓器が照射中にどのように変化 するかを明らかにする必要がある。

本研究はマーカ挿入など侵襲性を伴わず前立腺の位置を非侵襲的に確認できる MRI を用 いて、骨盤内臓器の interfractional および intrafractional motion を、体位ごとに解析し 明らかにした。それにより、前立腺がん外部放射線治療における最適体位を導きだし、放 射線治療の精度向上に寄与することを目的とする。

Intrafractional motion の一部である前立腺の呼吸性移動は部位によって異なり、精嚢部

分が一番大きく動き、前後、頭尾方向に動き、左右方向にはほとんど動かない。腹臥位に 対して仰臥位での変位量は小さい。骨盤内臓器の変位についは膀胱容積の増加によって引 き起こされる。膀胱容積の増加により前立腺の位置は仰臥位、腹臥位ともに背尾側に変位 したが、膀胱容積の変化と前立腺の動きには体位による有意差はなかった。膀胱容積の変 化による前立腺の変位は、照合時間や照射時間を短縮することで、抑えることができる。

Interfractional motion は仰臥位に対し、腹臥位での変位量は小さい結果となった。理由

として腹臥位の場合、前立腺が恥骨の上に位置することで固定され、直腸ガスの影響を受 けづらいためである。

これらから、骨照合のみで放射線治療を行う場合は、治療計画時の位置再現性を考え、

腹臥位の方が適していると考えられる。ただし、呼吸による動きのマージンを仰臥位より も大きく取る必要がある。また IGRT による臓器の重心や辺縁位置を治療時に取得できる ような場合は、前立腺照合を行うことで Interfractional motion が解消されるため、呼吸性 移動が小さい仰臥位を選択した方が、精度の高い治療につながることが明らかになった。

学位論文題名 （注：学位論文題名が欧文の場合は和訳をつけること）

前立腺がん外部放射線治療における最適体位に関する研究

学位の種類： 修士（放射線学）

人間健康科学研究科 博士前期課程 人間健康科学専攻 放射線科学域 学修番号 11897605

氏 名： 岡野 智行

（指導教員名：齋藤 秀敏）

平成 24 年度 修士学位論文

前立腺がん外部放射線治療における最適体位に関する研究

目次

第１章 序論

1.1 前立腺がんの放射線治療・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・1

1.1.1 前立腺がん放射線治療の腫瘍制御と有害事象・・・・・・・・・・・・・・2

1.1.2 強度変調放射線治療・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3

1.1.3 前立腺の生理的な移動・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・4

1.1.4 画像誘導放射線治療（IGRT）の有用性 ・・・・・・・・・・・・・・・・5

1.2 研究の主題・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・6

1.3 本論文の構成・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・7

第２章 本研究に用いる画像誘導装置の基礎的事項

2.1 画像の決定・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・8

2.1.1 組織分解能 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・8

2.1.2 撮像範囲・スライス厚の検討 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・8

2.1.3 pixel size の検討・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・9

第３章 interfractional motion の解析

3.1 目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・10

3.2 方法および使用機器・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・10

3.3 結果および考察 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・10

第４章 呼吸による intrafractional motion の解析

4.1 目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・14

4.2 方法および使用機器・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・15

4.3 結果および考察・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・15

第５章 尿量変化がもたらす intrafractional motion の解析

5.1 目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・18

5.2 方法および使用機器・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・18

5.3 結果および考察・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・18

第６章 IMRT における前立腺移動時の線量変化

6.1 目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・25

6.2 方法および使用機器・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・25

6.3 結果および考察・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・25

6.3.1 contouring ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・25

6.3.2 基準前立腺 IMRT プラン・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・26

6.3.3 検証プラン ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・28

第７章 総括 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・30

第８章 結語 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・32

参考文献 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・33

謝辞 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・35

倫理審査判定通知書 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・36

1

第 1 章 序論

1.1 前立腺がんの放射線治療

日本では、今や 2 人に 1 人ががんに罹患し、3 人に 1 人ががんで死亡すると推測されて いる。前立腺がんは男性固有のがんで高齢者に発生しやすい。2007 年における罹患者数

47,318 人と男性におけるがんの第 4 位、約 11%を占めているが、2020 年以降は 1 位にな

ると予想されている

。

前立腺がんの治療法はおもに、手術療法・内分泌療法・放射線療法の 3 つである。以前 は手術が圧倒的な割合を占めていた。現在では 5 年生存率は病期によって異なるが、放射 線治療と内分泌療法の併用は、手術療法と同等の成績が得らており、標準治療となりつつ ある

。

放射線治療は、図 1.1 に示すように外部照射と組織内照射があり、さらに、外部照射は 三次元原体照射（3-dimensional conformal radiotherapy ; 3D-CRT)と強度変調放射線治 療（intensity modulated radiotherapy ; IMRT）に分けられる。また組織内照射は

I を 用いた低線量率組織内照射（low dose rate ; LDR）と

Ir を用いた高線量率組織内照射

（high dose rate ; HDR）に分類される。

本論文は外部照射を対象とする。そのため以降、本論文で放射線治療を論ずる場合は、

外部照射をさすこととする。

図 1.1 前立腺がん放射線治療の分類

2

1.1.1 前立腺がん放射線治療の腫瘍制御と有害事象

前立腺がんは放射線の投与線量と局所制御率に正の相関関係が、生検の病理組織検査に基 づき認められており、72 Gy を超えるような高線量投与が必要である

。

また、前立腺がんでは高い生存率が得られていることから、外部照射を行う上で、腫瘍制 御だけでなく、有害事象についても考える必要がある。骨盤臓器の中でその耐容線量が問 題となる臓器は、直腸、膀胱、小腸そして大腿骨頭である。大腸、膀胱および大腿骨頭の 耐容線量を表 1.1 に示す

。

前立腺がん局所への投与線量は先にも述べたように 72 Gy 以上必要である。前立腺は解 剖学的に直腸と膀胱に挟まれており、周囲には大腿骨頭も存在する。臓器の体積がすべて 含まれて照射された場合 5 年で 50 % に有害事象が発生する線量（TD

）は直腸では 55 Gy 大腿骨頭では 65 Gy とそれぞれ 72 Gy を下回っている。また 5 年で 5 % に有害事 象が発生する線量（TD

）に至っては、直腸および大腿骨頭で約 50 Gy となっている。

膀胱に関しては TD

は 80 Gy 以上と高い線量であるが、前立腺の内部を通っている尿 道については、TD

は 65 Gy と 72 Gy を下回っている。そのため、有害事象を減らす ためにも直腸・膀胱と大腿骨頭はともに 70 Gy 以上照射される体積を最小に抑える必要が ある。

有害事象は、照射中から照射後 3 ヵ月以内に発生する急性のものと、それ以降に発生す る晩期のものに大きく分けられる。前立腺がんの場合、一般的に問題になるのは晩期の有 害事象であり、症状としては膀胱炎・尿路障害・直腸出血などがある

。症状は Grade 分 類されており、その中で重篤なものは Grade 3 以上で焼却術やバルーン拡張術など外科的 処置を必要とするものである。現在分類には Common Terminology Criteria for Adverse Events ver 4.0 （CTCAE ver4.0）か Radiation Therapy Oncology Group (RTOG) の分類が通常用いられている。

表 1.1 大腸、膀胱および大腿骨頭の耐容線量

1 / 3 2 / 3 3 / 3 1 / 3 2 / 3 3 / 3

大腸 55 Gy ― 45 Gy 65 Gy ― 55 Gy 閉塞・穿孔

潰瘍・瘻孔

膀胱 ― 80 Gy 65 Gy ― 85 Gy 80 Gy 膀胱萎縮・

体積減少

大腿骨頭 ― ― 52 Gy ― ― 65 Gy 壊死

有害事象

TD

TD

体積 体積

3

1.1.2 強度変調放射線治療

IMRT はリスク臓器に近接した複雑な標的体積に対しても自在に線量を調整投与する

ことができ、放射線治療の可能性を大きく広げる革新的治療法である。IMRT は 3D-CRT の進化形であり、逆方向治療計画（インバースプランニング）に基づき、空間的、時間的 に不均一な放射線強度を持つ照射ビームを多方向から照射することにより、病巣に最適な 線量分布を得る放射線療法である

。

この治療法では、標的体積とリスク臓器が非常に近い場所にある場合、線量分布を急峻に 変化させて線量差を生じさせる。これは、呼吸性の動きや、臓器の容積量の変化によって 標的体積やリスク臓器がずれた際には、想定外の部位に高線量や低線量部分ができる可能 性がある。そのため IMRT の際には高度な固定技術や、臓器の移動等を考えた放射線治療 計画が必要となってくる。

前立腺がんにおいては直腸と膀胱がリスク臓器となりその間に前立腺が存在する。

3D-CRT では標的体積の形状に合わせてマルチリーフコリメータをフィッティングするた

め、前立腺に接している直腸壁への線量を低下させることが困難であった。しかし IMRT を用いると標的体積内に強度の変調を行うことができる。図 1.2 にフルエンスマップを示 す。フルエンスとはある球の断面積あたりに粒子がどれだけ入射したかを示す量である

。

この図はカラーマップで表示され、フルエンスの大きいところは赤、小さいところは青 く表示されている。ターゲット内のフルエンスが変化している様子がわかる。さらにこれ らの強度変調ビームを多門で照射することにより、図 1.3 に示すよう前立腺の後ろにある 直腸壁への線量を抑えることが可能となっている。

(a) IMRT 正面ビームのフルエンス (b)IMRT 斜入ビームのフルエンス

図 1.2 IMRT による前立腺がん各門照射フルエンスマップ

4

図 1.3 前立腺 IMRT の前立腺および直腸部線量分布

5

1.1.3 前立腺の生理的な移動

放射線治療における臓器の移動は次の二つの要素に分類される

。

・interfractional motion… 治療期間中の移動

・intrafractional motion… 一回の照射中の移動

一般的に照射時の位置確認は、治療計画に取得した CT 画像や透視画像を基準画像とし、

照射する際に取得した画像から、骨や臓器の辺縁、前立腺にあらかじめ挿入した金マーカ の位置移動変位を確認することで行われる。

前立腺は、呼吸，直腸ガス，直腸内容物，膀胱容積，腸の蠕動運動によって移動する。

また、これらは仰臥位および腹臥位によって異なる移動をする。その理由としては重力の 影響や、呼吸時に腹部が圧迫されるかなどにより臓器自体の移動可能な範囲が限定される からである。

1.1.4 画像誘導放射線治療（IGRT）の有用性

画像誘導放射線治療（image guided radiotherapy ; IGRT）とは 2 方向以上の 2 次元照 合画像、または 3 次元照合画像に基づき、治療時の患者位置変位量を三次元的に計測、修 正し、治療計画で決定した照射位置を可能な限り再現する照合技術を意味すると定義され ている。

IGRT を施行するためには、放射線照射装置と位置照合装置が同室に設置されている必 要がある。その位置照合装置は骨格、基準マーカ、臓器の輪郭などを基に患者位置変位を 計測するための照合画像を取得できるシステムである。さらに、ソフトウェアなどを用い て基準画像と照合画像を比較し、治療寝台移動量を算出できることが必要ある。照合画像 を取得する装置としては以下の装置があげられる

。

 2 方向以上の透視が可能な装置

治療室内の設置、放射線照射装置に付属の撮影装置

Electric portal imaging device ; EPID 床（天井）埋め込み型放射線透視装置

 画像照合可能な CT 装置

治療室内に設置された CT 装置、放射線照射装置に付属のコーンビーム CT 装置 On rail CT , On board imaging ; OBI , Megavoltage CT

 画像照合可能な超音波診断装置

IGRT は照射開始前に骨格や、臓器を基準画像に合わせこむことで毎回のセットアップ エラーを最小にし、照射精度を向上させる。

Zelefsciky らは Memorial Sloan-Kettering Cancer Center にて前立腺がんに IMRT で

86.4 Gy の治療を行った患者において、IGRT を使用した IGRT 群と使用しなかった

6

Non-IGRT 群での、直腸障害および尿路障害における晩期有害事象を比較検討し報告して

いる。それによると Grade 2 以上の直腸の障害は IGRT 群では 1.0 % , Non-IGRT 群では 1.6 %であり有意な差は生じなかった。 尿路障害は 3 年で IGRT 群では 10.4 % , Non-IGRT 群では 20.0 %で有意差があった ( p =0.02)

。つまり IGRT を用いることにより有害事 象は減らすことが可能である。

1.2 研究の主題

前立腺がんの放射線治療においては前立腺局所に対して 72 Gy 以上の高線量を投与する 必要があり、正常組織の有害事象を減少させるために IMRT などの照射技術を用いること が有用である。IMRT は腫瘍と正常組織との線量勾配が大きく、照射位置精度など高精度 を求められる治療法である。

前立腺がんの治療は、患者セットアップの容易さから、仰臥位により治療を行っている 施設が多数を占める。しかし過去の研究において、腹臥位が正常組織に与える線量を低減 できるとの報告

もあり、腹臥位を選択し放射線治療を行っている施設も存在する。

骨盤内臓器は可動性があることから、体位を変換すると臓器の位置や形状は変化する。

前立腺の体位変化による移動の論文は存在するが、それらは金マーカやコイルを挿入して 前立腺のみの移動を検討したものであった

。そのため骨盤内臓器が照射中にどのよ うに変化するかを明らかにする必要がある。

本研究はマーカ挿入などを伴わず前立腺の位置を非侵襲的に確認できる MRI を用い、

骨盤内臓器の interfractional および intrafractional motion を体位ごとに解析し明らかに する。それにより、前立腺がん外部放射線治療における最適体位を導きだし、放射線治療 の精度向上に寄与することを目的とする。

これらの研究に関して、都立広尾病院 2012 年度倫理審査委員会 (受付番号 12) および首

都大学東京人間健康科学研究科、研究安全倫理審査委員会(受理番号 12062)の承認を得て

実施した。倫理審査判定通知書を 36 ページに載せる。

7

1.3 本論文の構成

本論文中の研究は磁気共鳴画像（Magnetic resonance imaging ; MRI）装置を用いて行 っている。MRI 装置とは、核磁気共鳴現象（nuclear magnetic resonance ;NMR）を利用 して生体における分子構造の磁気特性を、断層像として得る装置である。 MRI の特徴とし て、任意の断面の選択が可能、組織分解能がよい、磁気の利用により生体への被ばくがな いなどが挙げられる

。

放射線治療に用いられる画像誘導装置は、ほとんどの場合 X 線を用いているため、被ば くを生じる。

本研究では、前立腺の動きを検討すること、位置特定に前立腺と他臓器との組織分解能 が高いことが必要であるため、画像取得には被ばくのない MRI を選択した。しかし、放 射線治療計画を実際に立てるために、第 6 章にて骨盤の CT 撮影を行っている。

第 2 章において、研究に用いる MRI の基礎的事項を検討し、実験に使用する MRI 画 像のマトリックスサイズや、撮像範囲、撮像シーケンス、加算回数などを検討したので報 告する。

第 3 章において、interfractional motion の解析について報告する。前立腺の放射線治 療は一般的に 25 回から 38 回程度照射を行う。前立腺の位置が毎回同じ位置にあればよ いが、直腸や膀胱など臓器の位置が変化をきたすと考えられることから、毎回の臓器位置 の変位を検討する必要がある。また臓器の位置は、体位によっても変化することを考え、

仰臥位および腹臥位にて、前立腺の４日間 interfractional motion を MRI 画像から解析 し、どちらの体位が有効なのかを明らかにした。

第 4 章において、前立腺の intrafractional motion の一部である呼吸性移動の解析につ いて報告する。呼吸で骨盤内臓器が動き、それに伴って前立腺が変位することを確認する ため MRI 画像を用いて前立腺の変位を算出した。 仰臥位および腹臥位にて解析を行った。

第 5 章において、intrafractional motion の一部である膀胱容積の変化が前立腺および 周囲の臓器に与える影響を解析し報告する。仰臥位および腹臥位にて、膀胱容積の増加を 経時的に撮像し、膀胱容積の増加による膀胱形状の変化と、それに伴い周囲の前立腺や小 腸がどのような影響を受けるのか、またどの程度変位をきたしたのかを解析し報告する。

第 6 章において、仰臥位前立腺 IMRT 治療時に前立腺が変位した場合、線量分布がど のように変化するか実際の骨盤 CT 画像を使用し、放射線治療計画を作成した。その際の 前立腺、直腸および膀胱の線量変化について解析し報告する。

第 7 章において、本論文でおこなった研究の解析結果を総括し、論文との比較検討を 行い、考察を述べた。 さらに、 前立腺がん外部放射線治療における最適体位を導き出した。

第 8 章において、本研究により明らかとなったことを結論づけた。

8

第 2 章 本研究に用いる画像誘導装置の基礎的事項

MRI の画質は、静磁場強度、スライス厚、pixel size、加算回数、などによって変化す る。高い信号強度を得るためには、高い静磁場強度、大きな voxel size、画像の加算回数 を増やすことが求められる。実験に MRI を使用するに当たり、pixel size、スライス厚、

撮像シーケンスの検討を行った。使用機器は SIEMENS 社製 1.5T MRI Avanto、

Symphony を用いた。

2.1 画像の決定

本研究に求められる要素として、前立腺の描出と、移動量を判断するための以下の要件 を満たす画像を検討した。

静磁場強度に関しては、実験を行った 2 施設の MRI 装置が 1.5 T のみであり、検討項目 としなかった。

・組織分解能が高く前立腺の境界が確認できる画像であること。

・高分解能のために、小さな pixel size であること。

・撮像範囲は前立腺から膀胱まで撮像できること。

・スライス厚は頭尾方向にアーチファクトを発生せず、信号の低下を起こさない厚さで あること。

・膀胱容積の変化確認のための時間的項目も有すこと。

2.1.1 組織分解能

前立腺の辺縁を描出するため、前立腺組織、周囲脂肪組織、膀胱、直腸壁とのコントラ ストがついている必要がある。そのため撮像シーケンスには、水および脂肪が描出される turbo spin T2 強調画像を選択した

。

2.1.2 撮像範囲・スライス厚

膀胱上縁から前立腺下縁までを十分に撮像するためには 11 cm 程度必要である。撮像範 囲は撮影スライス厚 × 撮像枚数によって決まる。

頭尾方向に対して高分解能を求める場合薄いスライスが必要になるが、スライス厚が薄 くなるほど信号強度は低下し S/N (signal to noise)が低下し、さらに撮像枚数を多くする 必要がある。今回は 3 mm および 2 mm にて比較を行った。

図 2.1 はスライス厚 3 mm の MRI 画像 (a)の axial 像では S/N が良く前立腺辺縁が明確 に描出されている。しかし(b)に示す再構成 sagittal 像において恥骨および膀胱部分で画像 の段差が目立つ。

図 2.2 はスライス厚 2 mm の画像 (a)の axial 像では 3 mm 画像に比べ少し S/N が低下 していることが確認できる。しかし、前立腺など周囲の臓器の辺縁を描出することはでき

る。 (b)に示す再構成 sagittal 像においては、前立腺、膀胱、直腸の辺縁が滑らかに描出さ

9 れ、骨盤内臓器の位置を確認することができる。

このことより、スライス厚は 2 mm を選択し撮像枚数は 55 枚と決定した。

(a) axial 像 (b) sagittal 像 図 2.1 スライス厚 3 mm MRI 画像

(a) axial 像 (b) sagittal 像 図 2.2 スライス厚 2 mm MRI 画像

2.1.3 pixel size の検討

骨盤領域の画像を得るために撮像範囲は 230 mm に設定した。本研究では前立腺の動き をミリ単位で計測するため、pixel size は 1 mm 以下に設定した。そのため、マトリック ス数 320×320 , pixel size 0.7×0.7 mm 、 446×446 , pixel size 0.5×0.5 mm にて比較した。

同一撮像範囲であるため、マトリックス数がそのまま pixel size に関わるが、同時に信

号強度にも影響を及ぼす。最も高分解能であるマトリックス数 446×446 で撮像したが信号

強度が落ちてしまい前立腺の辺縁を判別するためのコントラストが十分に得られなかった

ため、マトリックス数 320×320 で行ったところ前立腺の辺縁を判別することは可能であっ

た。その結果撮像範囲は 230 mm マトリックス数 320×320 pixel size を 0.7×0.7 mm に

決定した。

10

第 3 章 interfractional motion の解析

3.1 目的

骨盤を形成している骨は日々変動することはない。しかし骨盤内臓器の前立腺は、直腸 内容物や、膀胱容積の変化によって位置が変化する。つまり骨盤骨は位置の変化がなくて も、 内容物の臓器位置は変化するため、 骨に対して臓器は一定の位置にいないこととなる。

治療期間内の臓器位置変位は interfractional motion に分類され、日々の位置の変化は計 画に使用した画像と治療時に取得した画像から移動量を求めることができる。骨盤内臓器 の位置関係は X 線透視装置ではコントラストが付かないため正確な位置を確認することは できない。

多くの施設において、放射線治療時に臓器の位置が把握できない場合、治療計画時の骨 の位置と、治療時に取得した骨の位置を照合して照射が行われている。これは臓器の変位 を加味していないため、同じ位置にあると仮定して治療をしていることになる。放射線治 療計画時の臓器位置と毎回の照射時の臓器位置が同じにあるかを把握するためには CT や MRI によって得られる Volume データが必要である。

今回前立腺の interfractional motion が仰臥位および腹臥位によって変化するのかを、

被ばくの問題がなく、組織分解能の高い MRI にて Volume データを取得し、解析を行う。

それにより interfractional motion はどちらの体位が少なく、治療に有効なのかを明らか にする。

3.2 方法および使用機器

前立腺の interfractional motion を検討するため、MRI (1.5T Avanto SIEMENS) を用 い T2 強調画像 , スライス厚 2 mm , pixel size 0.7×0.7 mm の条件で撮像した。4 名の対 象ボランティアに対し、 4 回、別の日に腹臥位および仰臥位にて骨盤の MRI を撮像し比較 検討した。今回の撮像に対し排尿や排便などの前処置は行わなかった。

解析には治療計画装置 Eclipse Ver6.0 (VARIAN) を用い、4 回取得した MRI 画像は初 回の画像を基準画像としてフュージョンし、骨照合を行った。取得した各 MRI 画像の前

立腺を contouring し重心を求め、基準となる前立腺重心に対し、各回の前立腺重心が座標

上、腹背(Anterior-Posterior；AP) 頭尾(superior- inferior；SI) 左右(Left-Right；LR）

方向に移動した距離を算出した。

3.3 結果および考察

仰臥位および腹臥位の各方向の interfractional motion について、表 3.1 に示す。初日

の前立腺重心に対して各回における方向移動量を示す。 a－d は対象ボランティアで SD は

3 日間のものである。患者間の移動量平均は絶対値で示す。

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(a) は AP 方向の interfractional motion を示した。仰臥位では最大 6.4 mm の変位が見

られ平均 2.6 mm の変位があった。腹臥位では最大 2.7 mm の変位が見られ、平均 1.7 mm

の変位があった。今回 AP 方向での interfractional motion は腹臥位の方が小さかった。

(b) は SI 方向の interfractional motion を示した。仰臥位では最大 3.0 mm の変位が見 られ、平均 1.0 mm の変位があった。 腹臥位では最大 2.3 mm の変位が見られ、平均 0.7 mm の変位があった。今回 SI 方向での interfractional motion は腹臥位の方が小さかった。

(c) は LR 方向の interfractional motion を示した。仰臥位では最大 2.1 mm の変位が見

られ平均 0.9 mm の変位があった。腹臥位では最大 1.1 mm の変位が見られ、平均 0.4 mm

の変位があった。今回 LR 方向での interfractional motion は腹臥位の方が小さかった。

表 3.2 に全方向体位についてまとめたものを示す。全方向において interfractional

motion は腹臥位での変位が少なかった。 SI,LR 方向では両体位とも変位は 1.0 mm 以下と

小さかった。大きく動くものは両体位とも AP 方向であった。

今回、排尿や排便などの前処置は行わなかったため膀胱や直腸容積が初日と異なること

が、前立腺の位置が膀胱内尿量の変化や直腸内のガス便による拡張の影響を受け AP 方向

に大きく変位したと考えられた。

12

表 3.1 interfractional motion (単位 mm)

(a) AP 方向

(b) SI 方向

(c) LR 方向

表 3.2 interfractional motion 各方向まとめ (単位 mm)

2day 3day 4day average SD 2day 3day 4day average SD a 0.40 1.00 -4.20 -0.93 2.84 0.50 1.00 -2.60 -0.37 1.95 b 2.90 1.90 2.10 2.30 0.53 -2.70 -2.30 -2.30 -2.43 0.23

c 3.30 4.40 2.60 3.43 0.91 1.50 2.50 2.50 2.17 0.58

d 0.70 6.40 3.50 3.53 2.85 2.30 1.70 1.80 1.93 0.32

絶対値平均

― ― ― 2.55 ―

1.73

σ ― ― ― ― 2.08 ― ― ― ― 1.04

対象 仰臥位 腹臥位

2day 3day 4day average SD 2day 3day 4day average SD a -0.20 0.80 3.00 1.20 1.64 0.50 2.30 0.50 1.10 1.04 b 1.10 2.20 0.90 1.40 0.70 0.40 0.40 1.00 0.60 0.35 c -2.40 -0.70 1.70 -0.47 2.06 -1.50 0.00 -0.50 -0.67 0.76 d -0.30 -1.10 -1.10 -0.83 0.46 -0.10 1.00 0.80 0.57 0.59

絶対値平均

― ― ― 0.98 ―

0.73

σ ― ― ― ― 1.38 ― ― ― ― 0.73

対象 仰臥位 腹臥位

2day 3day 4day average SD 2day 3day 4day average SD a 2.10 0.20 1.40 1.23 0.96 0.50 -0.40 -0.20 -0.03 0.47

b 0.20 1.00 2.10 1.10 0.95 -0.70 0.00 0.80 0.03 0.75

c -0.80 -0.20 -0.30 -0.43 0.32 0.60 0.90 0.90 0.80 0.17 d -0.70 -0.30 -1.20 -0.73 0.45 0.40 0.70 1.10 0.73 0.35

絶対値平均

― ― ― 0.88 ― ― ― ― 0.40 ―

σ ― ― ― ― 0.73 ― ― ― ― 0.48

対象 仰臥位 腹臥位

mean SD mean SD

LR 0.88 0.73 0.40 0.48

AP 2.55 2.08 1.73 1.04

SI 0.98 1.38 0.73 0.73

仰臥位 腹臥位

13

interfractional motion の確認に用いた MRI 画像を図 3.1,3.2 示す。図 3.1 は仰臥位 MRI 画像で、(a)は基準の画像、(b)は別の日に撮像した画像である。直腸容積がガスによ って拡張しているのが確認できる。(c)は前立腺部分を拡大し、基準画像の前立腺位置をピ ンク線で、 (b)に示す別の日の前立腺を黄色線で示したものである。黄色の前立腺はピンク と比較し腹側に変位しており、前立腺が直腸ガスによって腹側に押されていることが確認 された。

図 3.2 は腹臥位 MRI 画像で、(a)は基準の画像、(b)は別の日に撮像した画像である。直腸 がガスによって膨らんでいるのが確認できる。(c)は前立腺部分を拡大し、4 回の前立腺の 位置を示したものである。腹臥位では直腸容積が変化しても前立腺の位置はほとんど変位 していなかった。これは腹臥位の場合、前立腺が恥骨の上に固定され、直腸ガスに変化が 起こっても大きな影響を受けないためと考えられる。この結果から、前立腺がん放射線治

療時に interfractional motion が小さい体位は腹臥位であることが明らかになった。

(a) 基準画像 (b) 日数経過画像 (c) 前立腺拡大像 図 3.1 仰臥位 interfractional motion MRI 画像

(a) 基準画像 (b) 日数経過画像 (c) 前立腺拡大像

図 3.2 腹臥位 interfractional motion MRI 画像

14

第 4 章 呼吸による intrafractional motion の解析

4.1 目的

臓器が動く要因の一つに呼吸が存在する。人体は呼吸の吸気時に横隔膜が下がり、胸郭 および腹壁が前方（腹側）に膨らむ。健常者が呼吸を行うサイクルは 10－20 回 / 分とさ れており、1 呼吸あたり 3 秒～6 秒かかる。前立腺がん放射線治療では一般的に、自由呼 吸下で照射を行う。照射時間は方法によってまちまちであるが、10 秒～2 分程度、セット アップから含めると 15 分から 30 分程度と長く、照射中に前立腺が呼吸によって動いてい ると考えられる。しかし、その動きは明らかにされていないため骨盤内にある前立腺が呼 吸によりどのように動くのかを、MRI を用いて検討した。

呼吸を行う際、仰臥位では吸気によって容積の増した肺は、前方（腹側）に膨らむこと が可能であるが、腹臥位で呼吸を行った場合、腹側に膨らむことができず、吸気では増加 した容積で体自体が拳上される。このため、腹臥位での治療の際には体全体が動いてしま う。前立腺がんの治療体位は仰臥位で行う施設が大多数であるが、患者固定法を工夫して 腹臥位で治療を行う施設も存在する。今回、腹臥位時には、腹部への圧力を前方に逃がす ため自作の簡易型ベリーボードを使用した。

簡易型ベリーボードを図 4.1 に示す。簡易型ベリーボードは腹部の部分 A と股間の部分 B に二段階の穴があけられており、呼吸によって膨らむ腹部が腹臥位であっても深い方の 穴 A に落ち込むことにより、骨盤内に腹圧がかからないような設計をしている。この器具 を使用することで腹臥位の際に問題となる呼吸に伴う体全体の動きを抑制できる。

これにより、仰臥位だけでなく、腹臥位による体位の変化についても同等の位置精度が 実現可能と考えられたため、両体位での呼吸性移動の相違とその量について解析したので 報告する。後述の実験においても腹臥位での実験は全て簡易型ベリーボードを使用した。

図 4.1 簡易型ベリーボード

A

B

15

4.2 方法および使用機器

呼吸による前立腺の動きを確認するため、MRI（1.5T Avanto SIEMENS）を用い HASTE(half-Fourier acquisition single shot turbo spin echo) １秒スキャンで 60 秒間撮 像した。5 名のボランティアを対象とした。 撮像方向は sagittal，coronal，axial の 3 軸 とし、呼吸による AP、SI、LR 方向の移動量を仰臥位および腹臥位にて測定を行った。解 析には画像 viewer (shade quest 横河電気)を用いた。

図 4.2(a)は sagittal 像,(b) は coronal 像である。前立腺呼吸性移動の計測箇所を示す。 A は精嚢上部（以下、精嚢） 、B は内尿道孔前方、C は前立腺尖部、D は直腸壁前壁である。

(a) sagittal 像 (b) coronal 像

4.3 結果および考察

表 4.1(a)は前立腺の部位 A―D について AP 方向の変位量を示している。表中の数値は 移動量の絶対値で示しており、以降同章の数値は移動量の絶対値で示す。動きは前立腺尖 部 C が一番小さく仰臥位、腹臥位で平均 1.07 mm , 1.95 mm の変位があった。移動量は 頭側へ移行するほど大きく動いており、精嚢部 A においては仰臥位、腹臥位でそれぞれ平

均 1.95 mm , 3.7 mm の大きな呼吸性移動が見られた。 AP 方向すべての測定ポイントにお

いて呼吸性移動における前立腺の動きは腹臥位の方が大きい。

(b)は前立腺の部位 A―D について SI 方向の変位量を示している。 動きは前立腺尖部 C が

小さく仰臥位、腹臥位で平均 1.56 mm , 2.72 mm の変位があった。移動量は頭側へ移行す るほど大きく動いている傾向があり、精嚢部 A においては仰臥位、腹臥位で平均 1.95 mm,

3.50 mm の大きな呼吸性移動が見られた。SI 方向すべての測定ポイントにおいて呼吸性

移動における前立腺の動きは腹臥位の方が大きい。

Ｃ Ｃ Ｂ Ｄ

Ａ

図 4.2 呼吸による前立腺の動き計測箇所

16

(c)は前立腺の部位 C について LR 方向の変位量を示している。 LR 方向の確認では測定

点 A ,B, D は 3mm 以上 AP 方向にずれるため、 MRI coronal のスライスからはみ出る可能 性がある。そのため測定点は C のみ評価した。 呼吸性移動は仰臥位、 腹臥位で平均 0.30 mm,

0.90 mm の変位があった。

表 4.1 前立腺の呼吸による移動 (単位 mm) (a) AP 方向

(b) SI 方向

(c) LR 方向

A B C D A B C D

a 1.95 1.95 0.97 1.95 2.93 0.97 1.95 1.95

b 0.00 1.00 1.95 1.95 3.88 3.28 1.00 0.97

c 0.97 2.91 0.00 1.95 2.93 1.95 1.95 2.91

d 2.91 0.97 0.00 1.00 3.92 3.92 2.91 1.95

e 3.92 2.91 2.45 1.95 4.85 2.91 1.95 2.91

平均 1.95 1.95 1.07 1.76 3.70 2.61 1.95 2.14

SD 1.55 0.96 1.12 0.42 0.80 1.16 0.68 0.81

測定点 測定点

対象

仰臥位 腹臥位

A B C D A B C D

a 1.95 2.91 1.95 2.91 3.91 2.91 2.91 1.95

b 2.93 1.95 1.00 0.00 2.91 3.38 3.91 3.91

c 0.97 1.00 2.91 0.97 2.91 1.00 0.97 1.95

d 2.91 1.95 0.97 3.92 3.88 1.95 2.91 3.88

e 0.97 0.97 0.97 0.97 3.88 0.97 2.91 3.88

平均 1.95 1.76 1.56 1.75 3.50 2.04 2.72 3.11

SD 0.98 0.81 0.86 1.61 0.54 1.09 1.07 1.06

対象 測定点 測定点

仰臥位 腹臥位

仰臥位 腹臥位

C C

a 0.00 0.00

b 0.00 0.00

c 0.00 1.50

d 1.50 1.50

e 0.00 1.50

平均 0.30 0.90

SD 0.67 0.82

対象 測定点

17

今回の実験をまとめたものを表 4.2 (a)(b)に示す。前立腺は全ての部位が同様に動くので はなく位置によって移動量に差が存在することがわかった。移動量は AP 方向で仰臥位 2 mm 程度、腹臥位 3 mm 程度、 SI 方向で仰臥位 2 mm 程度、腹臥位 3 mm 程度であった。

同一測定部位において仰臥位に対し腹臥位が 1.5 mm 以上動いているものも存在した。

Nakamura ら

は、同様の実験において前立腺の呼吸による動きは仰臥位の方が腹臥

位に比べ有意に少ないと報告しており、 今回の実験と相違がなかった。これらのことから、

前立腺は呼吸によって動くことが経時的に撮像した MRI 画像により明らかとなり、前立 腺の呼吸性移動は仰臥位の方が少ないことがわかった。このことより放射線治療中の呼吸 動きのマージン決定では仰臥位の方がマージンを小さくできることが明らかになった。

表 4.2 呼吸性移動各方向まとめ ( 単位 mm )

(a) 仰臥位

(b) 腹臥位

mean SD Max mean SD Max mean SD Max

A 1.95 1.55 3.92 1.95 0.98 2.93 - - -

B 1.95 0.96 2.91 1.76 0.81 2.91 - - -

C 1.07 1.12 2.45 1.56 0.86 2.91 0.30 0.67 1.50

D 1.76 0.42 1.95 1.75 1.61 3.92 - - -

測定点

方向

AP SI LR

mean SD Max mean SD Max mean SD Max

A 3.70 0.80 4.85 3.50 0.54 3.91 - - -

B 2.61 1.16 3.92 2.04 1.09 3.38 - - -

C 1.95 0.68 2.91 2.72 1.07 3.91 0.90 0.82 1.50

D 3.11 1.06 3.91 2.14 0.81 2.91 - - -

測定点

方向

LR SI

AP

18

第 5 章 MRI を用いた intrafractional motion の解析

5.1 目的

前立腺の intrafractional motion には呼吸性移動や骨盤内臓器の移動があり、呼吸性移

動については本論文の第 4 章で論じた。前立腺がんの放射線治療では膀胱全体に高線量が 当たらないように蓄尿し照射を行っている施設がほとんどであるが、Static IMRT や線量 率の低い 3D-CRT では照射時間がかかるため、照射中に膀胱内尿量が増加し変化が起こ ると考えられる。 その結果骨盤内臓器の位置が変化し intrafractional motion が発生する。

過去に前立腺の intrafractional motion を体位別に報告した論文はあるが

、それら は前立腺の位置のみでの結果であり、今まで骨盤内臓器を経時的に観測し、報告したもの はない。そのため本研究では、 MRI を用いて仰臥位と腹臥位における、膀胱内尿量の時間 的変化が前立腺および周囲臓器の位置変化に及ぼす影響を解析したので報告する。

5.2 方法および使用機器

前立腺の intrafractional motion の一部である膀胱内尿量の時間的変化が前立腺および

周囲臓器の位置変化に及ぼす影響を解析するため、MRI (1.5T Symphony SIEMENS )に て T2 強調画像 , スライス厚 2 mm , pixel size 0.7×0.7 mm の条件で撮像した。ボランテ ィア 7 名を対象として、仰臥位および腹臥位で、0 分から 30 分まで 2 分 30 秒間隔で 17 回の MRI 撮像を行った。このとき膀胱内尿量を変化させるため、撮像前に排尿をし、そ

の後 300 cm

を飲水させ、撮像を開始した。経過時間ごとの MRI を治療計画装置(eclipse

Ver10.0 VARIAN)を用いて骨フュージョンし、前立腺および膀胱を contouring した。

contouring した前立腺 0 分－30 分間の体積差は仰臥位で、 0.4±0.5 cm

腹臥位で 0.4±0.9 cm

であり、contouring 精度は良好である。膀胱容積変化は contouring した画像からを 求め、各時間における膀胱容積を計測した。前立腺および周囲臓器の位置変化を臓器の重 心変位から計測した。

5.3 結果および考察

膀胱容積の時間的変化を表 5.1(a)(b)に示す。 a－g は対象ボランティア、横軸は経過時間 を示す。経過時間の単位は分である。(a)は仰臥位 (b)は腹臥位、図 5.1 には経過時間と膀 胱容積の相関を示す。

膀胱内尿量は 30 分間で 20 cm

－90 cm

の増加が見られ、仰臥位および腹臥位にてほぼ

直線的に増加した。二つの体位での尿量の増加は対応のある 2 群の平均の差の検定(pair t

test)を用い、有意差はなかった。( p ＝0.19)

19

表 5.1 時間経過による膀胱容積変化 (単位 cm

)

(a) 仰臥位

(b) 腹臥位

0.0 7.5 15.0 17.5 20.0 22.5 27.5

a 48.36 51.35 56.93 61.54 70.10 75.39 89.22

b 41.91 45.65 58.98 64.26 71.32 82.48 99.15

c 39.95 41.67 43.37 45.94 49.31 53.20 57.37

d 31.41 42.00 46.04 47.08 48.88 55.79 58.24

e 48.79 68.18 83.78 87.34 94.68 103.53 122.90

f 26.82 45.23 62.77 71.43 77.92 92.44 118.27

g 19.85 26.07 33.06 - - 37.10 43.15

経過時間　　　（分）

対象

0.0 7.5 15.0 17.5 20.0 22.5 27.5

a 46.44 53.81 57.93 58.58 63.45 66.00 71.35

b 37.39 49.19 55.81 56.73 59.93 62.12 69.42

c 38.32 40.87 48.41 53.09 53.67 58.28 60.38

d 36.48 39.49 48.67 49.02 52.61 55.97 59.66

e 40.18 55.56 72.94 84.32 90.06 104.34 124.45

f 22.28 30.15 35.48 35.60 35.86 39.26 47.11

g 21.95 26.60 32.39 35.02 36.54 - 42.13

経過時間　　　（分）

対象

20 (a) 仰臥位

(b) 腹臥位

図 5.1 膀胱容積の時間的変化

21

膀胱容積変化に伴う前立腺の intrafractional motion を表 5.2(a)(b)に示す。横軸 a－g は 対象ボランティアで、開始時の前立腺重心と 30 分後の前立腺座標重心の変位量を表示し た。各方向の移動量の大きさは絶対値で表示した。

(a)は仰臥位 30 分間での intrafractional motion を示したもので LR,AP,SI 方向に平均 0.49±0.27 , 1.40±1.44 , 1.13±0.14 mm の変位が生じた。膀胱内の尿量が増加すると前 立腺は AP および SI 方向に動くことが確認でき、SI 方向には最大で 4.2 mm の変位が見 られた。

(b)は腹臥位 30 分間での intrafractional motion を示したもので LR,AP,SI 方向に平均 0.31±0.26 , 1.76±1.69 , 1.13±0.67 mm の変位が生じた。膀胱内の尿量が増加すると前 立腺は AP および SI 方向に動くことが確認でき、AP 方向には最大で 4.7 mm の変位がみ られた。

両体位とも前立腺は膀胱内尿量の増加に伴い AP , SI 方向に変位し、変位の方向は AP では背側、 SI では尾側に変位した。これは膀胱容積が時間によって増加し前立腺を背側お よび尾側に押したためと考えられる。 Wilder らは EPID と金マーカを用いて仰臥位と腹臥 位の intrafractional motion を検討しているが、その中で、仰臥位 LR,AP,SI 方向は 0.6±

0.9 mm ,1.7±1.4 mm , 1.6±1.8 mm 腹臥位 LR,AP,SI 方向は 1.0±1.2 mm , 2.1±1.2 mm , 2.2±2.0 mm としている

。また Kitamura らは金マーカを用いた real-time tumor-tracking システムにて仰臥位および腹臥位の前立腺 intrafractional motion を検 討したが、その結果、仰臥位よりも腹臥位の方が大きく動くと結論づけた

。今回の測定 結果とは仰臥位でおおむね論文値に一致しているが、腹臥位に関しては今実験データの方 が変位は小さかった。この理由として、本実験では腹臥位撮像時ベリーボードを使用した ことにより、呼吸による変位を小さく抑えられ、全体的な intrafractional motion が小さ くなったと考えられる。

表 5.2 膀胱容積変化に伴う前立腺 intrafractional motion (単位 mm)

(a) 仰臥位

(b) 腹臥位

a b c d e f g

LR 0.70 0.40 0.40 0.30 1.00 0.40 0.20 0.49 0.27 AP 1.50 3.90 0.30 0.70 0.00 2.80 0.60 1.40 1.44 SI 0.90 4.20 0.30 0.20 0.20 1.70 0.80 1.19 1.43 平均 SD 方向 対象

a b c d e f g

LR 0.10 0.40 0.80 0.00 0.20 0.40 0.30 0.31 0.26 AP 0.80 2.10 0.70 0.40 3.30 0.30 4.70 1.76 1.69 SI 0.90 1.30 1.90 0.30 2.10 0.70 0.70 1.13 0.67

方向 対象

平均 SD

22

図 5.2 , 5.3 に経時変化した MRI 画像を示す。図 5.2 は仰臥位、図 5.3 は腹臥位であり (a)は 0 分時の画像(b)は 30 分後の画像である。経時的変化により膀胱容積が増加し、膀胱 は重力方向、頭側へと膨張している。それにより、小腸は膀胱に押され頭側に変位してい る。

表 5.3 は 0－30 分での小腸変位量を示したものである。小腸の変位は、仰臥位で最大 23.6 mm、平均 14.6 mm、腹臥位で最大 38.0 mm 平均 14.0 mm であり、対象ボランテ ィア全員で頭側へと変位した。

このことより膀胱容積を増加させることで、前立腺の放射線治療時のリスク臓器である 小腸を前立腺から遠ざけることができ線量を低減できることが示唆された。

(a) 0 分開始時 (b) 30 分の経時的変化 (a) 0 分開始時 (b) 30 分後の経時的変化 図 5.2 仰臥位 MRI 画像 図 5.3 腹臥位 MRI 画像

表 5.3 0－30 分間の小腸変位量 (単位 mm)

a b c d e f g

仰臥位 1.01 1.52 0.70 1.28 1.98 2.36 1.40 1.46 0.52 腹臥位 0.47 1.11 1.34 0.58 3.80 0.69 1.78 1.40 1.07

対象 平均 SD

体位

23

図 5.4 に仰臥位での膀胱容積変化が周辺臓器に与える影響をまとめる。赤いラインは膀 胱前壁である。 (a)は 0 分後の画像(b)は 30 分後の画像である。同章にて前述したように 膀胱容積の増加によって膀胱は頭側、重力の影響を受け背側に変形をきたす。そのため合 成方向として、②の矢印側に膨らんでいく。骨盤内で膀胱容積が増加したことにより小腸 は①矢印方向に圧排されている。骨盤内で①と②の矢印方向に圧がかかったため前立腺は

③矢印方向に変位をきたした。これに伴い直腸も背側方向に変位した。

この結果から仰臥位における膀胱容積の増加は intrafractional motion の一因であり、前 立腺の位置を尾側、背側に変位させることが確認できた。

(a) 0 分後 (b) 30 分後 図 5.4 仰臥位 膀胱容積の変化 sagittal 像

①

②

③

24

図 5.5 に腹臥位での膀胱容積変化が周辺臓器に与える影響をまとめる。赤いラインは膀 胱前壁を示す。 (a)は 0 分後の画像 (b)は 30 分後の画像である。同章にて前述したように 膀胱容積の増加によって膀胱は頭側、重力の影響を受け腹側に変形をきたす。そのため合 成方向として、②の矢印側に膨らんでいく。骨盤内で膀胱容積が増加したことにより小腸 は①の矢印方向に圧排されている。骨盤内で①と②矢印方向に圧がかかったため前立腺は

③矢印方向に変位をきたした。これに伴い直腸も背側方向に変位した。

この結果から腹臥位における膀胱容積の増加は intrafractional motion の一因であり、前 立腺の位置を尾側、背側に変位させることが確認できた。

(a) 0 分後 (b) 30 分後 図 5.5 腹臥位 膀胱容積の変化 sagittal 像

②

③

①

25

第 6 章 IMRT における前立腺移動時の線量変化

6.1 目的

本論文の第 3 章、 4 章、 5 章において、前立腺の位置は呼吸、日々の直腸ガスや内容物、

膀胱容積によって変位することを述べた。前立腺放射線治療を骨照合にて行う場合、骨盤 内臓器の正しい位置を把握することはできない。今回、放射線治療中に膀胱容積の増加に よって前立腺が変位した状態の CT 画像を用いて、 仰臥位前立腺 IMRT の治療計画を行う。

前立腺が変位した場合、骨照合での放射線治療では前立腺や膀胱、直腸への線量変化が どのようになるのかを確認した。

6.2 方法および使用機器

撮影前に 300 cm

飲水させ治療計画用 CT (東芝) にて骨盤範囲を撮影、そのままの位置

で 15 分後に同範囲を再度撮影した。撮影した 0 分と 15 分の 2 つの画像を治療計画装置 (Eclipse Ver10.0) で骨フュージョンし、両画像の前立腺、膀胱、直腸を contouring した。

その際、0 分、15 分での前立腺と直腸体積差は 1 cm

以下であり、contouring に差は無 いものとした。

0 分の CT 画像を基準とし、前立腺 IMRT 投与線量 7600 cGy のプランを治療計画装置 Eclipse Ver10.0 にて計画した。 isocenter は前立腺重心とし、 PTV は前立腺の直腸側 5 mm、

その他の方向には 8 mm として作成した。線量制約は PTV に最低線量は D

, 最高線 量は D

に設定、直腸体積 V

, V

, V

に 50 %以下 , 20 %以下 , 2 %以下 、

膀胱体積 V

, V

に 50 %以下,20 %以下とした。

※ D

とは投与線量の 95 %のことであり、今回の場合 7600 cGy×0.95 = 7220 cGy のこ とを表す。同様に D

は 7600 cGy×1.05 = 7980 cGy を表す。 V

は 4000 cGy 照射 される体積を表す。同様に V

, V

では 6500 cGy ,7500 cGy 照射される体積を表す。

基準 IMRT プランを検証プラン作成画面にて 15 分後の画像に移し、 0 分と同じ isocenter と 15 分後の前立腺重心の 2 種類の検証プランを作成、dose volume histogram

(DVH) を用いて基準プランとの比較検討を行った。

6.3 結果および考察

6.3.1 contouring

0 分と 15 分の骨盤 CT sagittal 画像を図 6.1 に示す。(a)は 0 分時の画像であり、直腸 に少しガスが認められる。膀胱容積は 93.72 cm

であった。小腸は膀胱頭側の陥没部分に あった。(b)は 15 分経過時の画像であり直腸内のガスに大きな変化はないが、前立腺の位 置は膀胱に圧排され尾側、背側に変位した。膀胱容積は 216.78 cm

と約 123 cm

増加し、

小腸の位置も頭側へ変位した。(c)は contouring 画像であり、0 分の画像に 15 分経過の前

26

立腺、直腸、膀胱を重ねた。膀胱は 0 分を青、 15 分を水色で示す。直腸は 0 分をオレンジ、

15 分をマゼンタで、前立腺は 0 分をピンク、15 分を緑で示した。フュージョン画像から もわかるように前立腺、膀胱、直腸の動きは第 5 章で述べた移動方向と一致した。

(a) 0 分時 (b) 15 分経過 (c) 臓器位置重ね合わせ 図 6.1 仰臥位での前立腺 CT sagittal 像とその contouring 図

6.3.2 基準前立腺 IMRT プラン

図 6.2 に基準となる前立腺 IMRT プランの DVH および線量分布示す。入射ビームはコ プラナーとし、均等 7 門照射としている。

(a)の DVH では、青が前立腺、緑が膀胱全体、茶が直腸全体を示している。直腸の最

大線量は 7480 cGy と 7500 cGy を下回り、 V

, V

に 22.4 % , 7.9 % とその他のパ ラメータについても線量制約を満たしている。 膀胱の最大線量は 7790 cGy で V

, V

に 35.0 % , 15.3 %とその他のパラメータについても線量制約を満たしている。 PTV に関し

ては、最小線量 7075 cGy ( D

)と一部線量制約を満たさなかったが、前立腺に対して

最小線量 D

, 最大線量 D

, 平均線量 D

と線量均一性が良いため、本研究

上このプランを容認とした。(b)の axial 像線量分布では、直腸後壁線量が 30 % 以下とな り、直腸への線量が非常に抑えられた計画であることが確認できた。

表 6.1 に基準前立腺 IMRT プランの線量制約と、線量計画結果を示す。

表 6.1 基準前立腺 IMRT プラン線量制約

実プラン

最小線量 7220 cGy 7075 cGy

最大線量 7980 cGy 7980 cGy

7500 cGy以下 体積の 2.0 %以下 0.0 %

6500 cGy以下 体積の20.0 %以下 7.9 %

4000 cGy以下 体積の50.0 %以下 22.4 %

6500 cGy以下 体積の20.0 %以下 15.3 %

4000 cGy以下 体積の50.0 %以下 35.0 %

治療計画時線量制約 PTV

直腸

膀胱

27 (a) DVH

(b) axial 像 線量分布

図 6.2 基準前立腺 IMRT プランの DVH およびその線量分布

28 6.3.3 検証プラン

図 6.3, 6.4 は基準 IMRT プランを 15 分経過した CT 画像に検証プランとして再計算さ

せたものである。先にも述べたように 15 分経過した画像では膀胱容積が増加し、それに 伴い前立腺および直腸が全体的に背尾側に変位している。

図 6.3 (a)、 (b)は isocenter を基準 IMRT プランと同じ座標にした場合の線量分布である。

15 分後における実際の前立腺位置はピンク、基準 IMRT プラン時の仮想前立腺位置は緑 で表示しているが、isocenter を基準 IMRT プランと同じ座標にしているため緑で表示し た仮想前立腺には最小線量 7918.8 cGy ( D

)と十分な線量が与えられているが、実際の 前立腺には最小線量 5076.8 cGy ( D

)と不足していることがわかる。線量分布上も、 15 分後の前立腺の位置に線量勾配の激しい部分が入ってきているのが確認できる。これらは 位置照合や照射により時間がかかってしまうと臓器の位置関係が変化し、標的体積に十分 な線量を与えられない可能性があることを示している。 (c)は基準 IMRT プランと検証プラ ンの前立腺、膀胱、直腸を relative dose DVH に表示したものである。基準 IMRT プラン は実線で検証プランは破線で示す。 15 分後の前立腺は線量均一性が悪いことがわかる。膀 胱は容量増加により前立腺があった場所に落ち込み、高線量が多く入っている。しかし頭 側にも体積が増加したことで全体としては 6460 cGy ( D

)以下の線量が当たる割合は減 少した。直腸は全体が背側に変位したことにより大幅に線量低下が見られた。 (b)の分布を みると直腸が照射範囲内に入っていないことが確認できる。

(a) axial 線量分布 (b)sagittal 線量分布

(c)同一 isocenter における基準 IMRT プランと検証プランの重ね合わせ DVH

図 6.3 同一 isocenter 検証プランの線量分布と DVH

29

図 6.4 は isocenter を 15 分後における実際の前立腺位置に移動して計算した場合の線量

分布である。図 6.3 とは異なり前立腺の線量は最低線量 7349.2 cGy ( D

)と十分な線量 が与えられている。 (b)の sagittal 像でも前立腺後壁に基準プランと同様急峻な線量勾配を 確認することができる。(c)は基準 IMRT プランと検証プランの前立腺、膀胱、直腸を

relative dose DVH に表示したものである。基準 IMRT プランは実線で検証プランは破線

で示す。標的中心に isocenter を合わせて照射した場合、前立腺と直腸は基準 IMRT プラ ンとほぼ一致した。これは骨と臓器の位置関係は変化したが、前立腺と直腸の位置関係は ほとんど変化していないためである。

膀胱においては最大線量に変化はなく、容積の増加により膀胱線量が全体的に低くなっ た。これは、膀胱体積増加によって、照射される範囲は同じであるが、全体に占める体積 の割合が小さくなったためである。

毎回骨盤内部を確認できない骨照合の放射線治療の場合、膀胱容積や直腸内容物がコン トロールできていなければ、標的やリスク臓器に対して線量の増減が起こる可能性がある ことが明らかになった。今回の実験は intrafractional motion だけでなく、 interfractional

motion においても適応できる。

以上より目的臓器を確認して照射位置を決定することができると、計画線量と同じ線量 を与える治療が可能となる。

(a) axial 線量分布 (b)sagittal 線量分布

(c)前立腺重心合わせにおける基準 IMRT プランと検証プラン の重ね合わせ DVH

図 6.4 標的合わせ isocenter 検証プランの線量分布と DVH

30

第 7 章 総括

多くの施設で前立腺の放射線治療時に選択される体位は、仰臥位であるが、その理由と して、患者の安定性がよくセットアップが容易で再現性が良いことなどが挙げられる。

骨盤内臓器は可動性があることから、体位を変換すると臓器の位置や形状が変化する。

体位変換により、標的とリスク臓器を分離することができれば、標的に対して高線量を投 与できる可能性がある。そのため、前立腺放射線治療時の体位による臓器位置変化につい て、 いくつか検討がなされている。 それらによると腹臥位にすることで標的である前立腺、

精嚢とリスク臓器である直腸との距離が離れることから腹臥位が前立腺治療に有用である とする報告がある

。

McLaughlin ら

は 3D – CRT を用いた前立腺の外部照射 において腹臥位にすることで直腸線量の低減を図ることができると報告している。実際に これらの報告から前立腺放射線治療時に腹臥位を選択している施設も存在する。しかしこ れらの報告は、治療計画時の CT や治療期間中数回の CT を用いて解析したものにすぎず、

実際に照射中臓器がどのように動いているかについては明らかにされていなかった。前立 腺の動きを確認するためには、前立腺に金マーカなどを挿入し X 線透視で確認する方法や 電磁誘導で場所を把握するシステム、一定時間 CT 撮影を行い４次元 CT にて解析する方 法など全て侵襲的である。そこで今回は非侵襲的に臓器の動きが分かる MRI を用いて前 立腺が仰臥位と腹臥位でどのように動くのか検討した。

まず、intrafractional motion として呼吸性移動、膀胱容積変化に伴う骨盤内臓器位置 変位が存在する。

呼吸性移動は本研究において仰臥位、腹臥位のいずれでも発生し、腹臥位の方がより大 きく動くことが確認された。移動は仰臥位、腹臥位の AP 方向、 SI 方向にそれぞれ 2 mm,3 mm 程度であった。この結果は MRI を同様に用いた Nakamura ら

の研究と同様で あった。また Shah ら

は前立腺内にマーカを入れ電磁誘導にて位置をリアルタイムで検

出する Calypso Localization System®を用いた結果について報告しているが、その中にお

いても腹臥位においてはドリフト幅が大きく、仰臥位よりも大きく動くという同様の結果 であった。腹臥位の方が位置変動の大きい理由として、腹臥位で呼吸を行った場合、腹部 が圧排されているため、吸気によって増加した肺が腹側に膨らむことができず、テーブル 側からの圧力によって体が挙上する方向に働いたからであると考えられる。今回、簡易型 ベリーボードを使用することで呼吸による腹圧を腹側に逃がすようにしたが、それ以上に 体全体が動いていることが確認された。これらから、呼吸性移動に関して仰臥位の方がマ ージンを小さくできることが明らかとなった。さらに、膀胱容積は経過時間とともに直線 的に増加することが解った。膀胱容積が増加すると、前立腺と直腸は仰臥位、腹臥位とも に背尾側に変位する傾向があった。そのため時間が経過すると前立腺の位置変位が大きく なる可能性が高い。前立腺の intrafractional motion は仰臥位、腹臥位ともに AP,SI 方向 でそれぞれ平均1.5 mm ,1.2 mm 程度であり、 最大で 5 mm程度変位する場合も存在した。

Tohyama ら

は仰臥位での、前立腺がん IMRT において金マーカと EPID を用い、 30 症

例の治療開始時と終了時の前立腺変位について、腹背、頭尾方向に大きく動いており、変