12 1 体幹部定位放射線治療の技術的問題点 ~ 動体追跡照射における体幹部定位放射線治療 ~ 北里大学病院江川俊幸 KITASATO UNIVERSITY HOSPITAL 1 1

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KITASATO UNIVERSITY HOSPITAL 1 1

体幹部定位放射線治療の技術的問題点

～動体追跡照射における体幹部定位放射線治療～

北里大学病院　　江川　俊幸

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KITASATO UNIVERSITY HOSPITAL

2

動体追跡照射

RTRT

Gold Marker 　　　1.5mm

・ RTRT SYSTEM MITSUBISHI

　

・LINAC MHCL-15TP MITSUBISHI

　

・位置確認透視装置 SHIMADZU

Real-time Tracking Radio Therapy

北里大学病院、動体追跡照射システム体内に使用するマーカは1.5mmの金球

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動体追跡照射とは？

◆ 病巣の近傍に金属（金）マーカを埋め込み、

呼吸による病巣の動きをマーカで捕らえ照射

◆ 病巣の動きとマーカの動きが同じであること

が前提に成り立つ照射

◆ 病巣に対しての位置精度が優れる

動体追跡照射とは病巣の近傍に金マーカを埋め込み、呼吸による病巣の動きをマーカで捕らえ、照射をおこなう方法である病巣の動きとマーカの動きが同じであることが前提に照射が成り立ち、病巣に対しての位置精度に優れた治療として有名な照射方法である

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KITASATO UNIVERSITY HOSPITAL 4

原　理（迎撃照射）

計画時マーカ位置照射時マーカ位置病巣 Beam on Beam off 原理治療計画時に基準となるマーカを設定する照射時にマーカが設定された位置に一致したときのみ、照射がおこなわれる設定した位置から離れるとビームがオフとなる追いかけながら照射をおこなう追尾照射ではなく、設定した位置で待ち伏せして照射をおこなう迎撃照射である

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動体追跡照射の流れ

No 患者診察気管支鏡・金マーカ挿入・マーカ同士の重なりに配慮し、4個挿入　40分～50分 他の治療 位置決めCT ・1日後、MDCTにて撮影　　・呼気停止、吸気停止撮影　20分～30分 治療計画 RTRT ・レーザ、治療装置、RTRTシステム ・ビーム方向の確認・線量検証　など　　　60分 ・マーカ位置確認　SDCT　10分 ・リニアックグラフィーによる位置照合　20分 ・RTRT　20分～40分 Yes ・RTRT適応か否か？・呼吸停止照射_{・3D原体照射} ・分割照射　　　・・・　　　など ・GTV(CTV)及びマーカ位置の設定　40分～60分 脱落により No 不可により No Yes Yes Yes No No QA,QC シミュレーション動体追跡照射の流れ通常の定位照射の流れとほとんど同じであるが、動体追跡照射は気管支鏡による金マーカの挿入が加わる

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◆

位置決め

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計画画像取得（位置決めCT撮影）

◆ MDCT（16列）にて撮影

　　安静呼気停止時で全肺野撮影

　　　

◆ 呼吸性移動評価

　　安静吸気停止時で全肺野撮影

　　　（吸気時、呼気時での呼吸性移動を確認）

　　

実際のRTRT照射時を想定

位置決めはMDCTにて安静呼気停止時の画像取得をおこなう一応、呼吸性移動評価のため、吸気呼気の両方を撮影し確認をおこなっている位置決めの際、重要なことは必ず実際の照射時の呼吸状態を想定した撮影が必要となる 7

(8)

アイソセンター位置の変化

◆ 治療計画時のアイソセンター位置と照射時のアイソセ

ンター位置の比較（テーブルポジションより算出）

１１．０

　２．２

　４．３

E

１４．５

１７．２

　４．８

D

　０．３

　１．９

　５．４

C

　５．０

　２．３

　０．７

B

　１．３

　６．５

　０．５

A

前後方向

頭尾方向

左右方向

※

位置決め時は照射時に比べ呼吸性移動が大きい

　声かけによる合図が原因？

計画時に決定したアイソセンター位置と照射時のアイソセンター位置を比較計画時と照射時とで、呼吸状態に違いがでている照射時より位置決め時の方が、呼吸量が大きくなっている傾向にあるこれはおそらく位置決め時に声かけによる合図で撮影をおこなっているため、深呼吸に近い状態であり、照射時の呼吸状態と違いを生じている原因になっていると考えられる

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呼吸性移動を考慮した位置決め撮影

・呼吸量モニタリング装置を使用

・照射時の呼吸状態を想定した呼吸管理

・患者自らが呼吸量をコントロールできる（患者参加型装置）

吸気呼気吸気時撮影息を吐いて止めてくださいではなく、赤い所で止めましょうと合図現在では患者参加型装置（呼吸量モニタリング装置）を使用して位置決め撮影をおこなっている “息を吐いて止めてください”という合図ではなく“赤い所で止めましょう”などと言って、患者自身に呼吸量をコントロールしていただき、患者のタイミングで撮影をおこなっているこの装置を使うことで安定した呼吸状態の維持と、照射時の呼吸状態に即した撮影をおこなうことができている

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10

◆

治療計画

(11)

治　療　計　画

◆ 基本ビーム

・5門照射（coplanar３門、non-coplanar２門）・1200cGy/day　4回　Total　4800cGy ・患側側でビーム処方を基本例スターを形成するように計画 coplanarビーム　ｎon-coplanarビーム当院では基本ビームをnon-coplanarを含めた5門照射でおこなっている（体幹部定位放射線治療の臨床試験に登録する際、当院では5門照射で登録したため、non-coplanarを含めた5門照射でおこなっている）（ここで注意することは、できる限り患側側でビーム処方を試みること、星形形成を基本に治療計画を立てる）

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治　療　計　画

◆ 治療計画：安静呼気停止時のCT画像にてPlan

　・病巣＝ GTV (CTV)

　・ GTV (CTV) ＋ IM ＋ SM ＝ PTV

　・PTV＋リーフマージン（5.0mm）＝　照射野

　　　　　　

PTVの辺縁線量を確保

（IM + SM =1.0cm）

ターゲット設定は、通常の定位照射と同様、病巣をGTV、もしくはCTVとし計画をする通常はこれにIMとSMを加えPTVとし設定するが、動体追跡照射ではIMとSM の設定が通常より小さくすることができる利点を持っている動体追跡照射の場合、照射ビームごとに位置合わせをおこなうこと、そして照射時にシステム上で、呼吸性移動のマージンを各軸方向で±3mm設定し、呼吸性移動を考慮しながらの照射となるため、当院ではIMとSMを合わせ1.0cmとして設定し、PTVとしているそして病巣の辺縁線量を考慮するため、PTVにリーフマージンを5.0mm設定し照射野としている（この照射野の中に、全てのマージンが含まれている） 12

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治　療　計　画

◆ 治療計画装置　Pinnacle

　・不均質補正にて線量計算

　・線量計算アルゴリズム

　　CC Convolution法

（Convolution/Superposition）

　・計算グリッドサイズ　2.0～2.5mm

治療計画装置にはピナクルを使用線量計算は不均質補正、アルゴリズムはコンボリューション法、計算グリッドサイズは2.0mm∼ 2.5mmでおこなっている 13

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Pinnacleの線量計算アルゴリズム

◆ PinnacleにおけるConvolutionはすべて、Convolution・Superposition法　　1次線の密度補正と1次線が入射した後に発生する散乱線（２次散乱）の密度補正を考慮して線量計算をおこなう。通常のConvolution法は、１次線の密度補正は考慮しているが、散乱線の密度補正が厳密に考慮されていない。散乱線の寄与を考慮する散乱カーネルが密度変化に対して変形されず、水中における均一カーネルを使用する。例えば肺野などのように組織→空気のような密度変化における線量計算が厳密に成されていない。　　Fast Convolve 　　1次線および２次散乱の密度補正を考慮したコンボリューション・スーパーポジション法。Adaptive Convolveに比べ、散乱線を計算する上で考慮する放射線の方向が少ないため、Adaptive Convolve に比べて線量計算の精度が落ちる。　　Adaptive Convolve　（通常の治療計画に使用）　　Fast Convolveに比べ、散乱線を計算する上で考慮する放射線の方向も多く計算され、重畳積分線量計算中において、線量グリッドが４点ごとにサンプリングされることで、計算時間が短縮される。しかし、４点ごとのサンプリングでは十分に補間しきれない部分（密度変化が激しい部分など）に関しては、自動的にCC Convolutionに切り替えて４点ごとのサンプリングではなく、線量グリッドすべての点がサンプリングされ、線量計算をおこなう。　　CC Convolution 　　重畳積分線量計算において線量グリッドの補間によるサンプリングではなく、線量グリッドすべての点をサンプリングした線量計算となる。従って、すべての線量グリッドをサンプリングすることから、最も精度よく演算されるが、線量計算時間も伸びる。日立メディコ　加藤哲裕氏から提供ピナクルの線量計算アルゴリズは表示ではConvolutionとされているが、正確にはコンボリューション・スーパーポジション法である通常のConvolution法は、１次線の密度補正は考慮しているが、散乱線の密度補正が厳密に考慮されていない。ピナクルのConvolution法は1次線の密度補正と1次線が入射した後に発生する散乱線（２次散乱）の密度補正を考慮して線量計算をおこなっているため、より正確な線量計算が可能となっている 14

(15)

15

◆

動体追跡照射

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RTRT

照射 (照射前確認）

• CT撮影で基準となるマーカ位置を確認

計画時１日目２日目３日目４日目マーカ位置に変動及び脱落があった場合、基準となるマーカを変更する必要がある基準金マーカ照射前にCTにて病巣位置とマーカ位置の位置関係を確認をおこなう動体追跡照射は基準とするマーカの位置と病巣の位置関係が一定に保てて、成立する照射方法であるため、マーカ位置が変位すれば照射位置が異なってしまうため、必ず必要となる

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17

17 17

マーカ位置の変位やマーカの脱落

治療計画時

治療初日

治療最終日

4個

２個

１個

照射期間中の脱落例計画時は4個治療当日2個治療最終日（4日目）1個何とか照射は無事終了

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照射直前確認（セットアップ位置）

• リニアックグラフィにより、アイソセン

ター位置（骨格系位置）の確認をおこな

う（正面、側面のLGを基準とする）

• アイソセンター位置確認後、透視システ

ムにて病巣位置（照射位置）を確認をお

こなう

照射開始前にリニアックグラフィにてアイソセンター位置（骨格系位置）の確認をおこない、動体追跡照射システムでの位置合わせに入る

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照射位置確認（ファントム例）

計画時マーカ位置基準マーカ位置病巣位置合わせズレ値の計算テーブル移動量セットアップ完了！照射ビームごとのセットアップを示すファントムにて説明をする各軸方向に20ｍｍズラしてセットアップしたもので説明をする →まず、アイソセンター位置のズレ値の計算をする →システムに従いデジタイズしていくと、ズレ値を治療台の移動量として表示する →ズレ値を治療台にて移動すればセットアップが完了する

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RTRT

の照射位置確認

◆照射毎ごとに位置を確認（位置合わ

せ）をおこなうため、セットアップ

エラーを小さくできる

◆但し、三次元的な位置合わせは困難

動体追跡照射は、毎回ビームごとにセットアップをおこなうため、セットアップエラーを小さくできる但し、この位置合わせはマーカと病巣の位置関係が一緒なことが前提におこなわれている

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21

◆

QA,QC

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QA,QC

◆ 位置精度に関するQA,QC

　　・アイソセンター位置の確認

　　・RTRTの計算精度

◆ 線量精度に関するQA,QC

　　・手計算、実測による評価（不均質、均質）

　　・出力の変動

◆ 照射シミュレーション

動体追跡照射のQA、QCにはメカ的な位置精度に関するQA、QCと、線量精度に関するQA、QCに分けることができる位置精度に関するものととして、動体追跡照射システムのアイソセンター位置（リニアックやレーザーも含む）の確認と動体追跡照射システムでの移動量を計算する精度確認がある線量に関しては、MU値の評価と出力の変動を確認する項目がある 22

(23)

回転中心位置と透視システム中心位置の確認

I.I

Gantry

I.I

X

I.I

Gantry

I.I

X

I.I

Gantry

I.I

X

管球位置①,② 管球位置①,③ 管球位置②,④ 金マーカ ① ② ① ③ ② ④ リニアックの回転中心位置と透視システム中心位置の確認アイソセンター位置に金球を正確に配置し、全ての透視方向（３通り）にて撮像し、中心位置を確認する

(24)

回転中心位置と透視システム中心位置の確認

◆ アイソセンター位置に直径1.5mmの金球を正確に配置し、

全ての透視方向にて撮像し、位置計測機能によって計られる

金球の三次元座標が、0±1mmであることを確認

透視位置①② 透視位置①③ X 0.3 -0.2 0.6 Z 0.1 0.5 共通垂線 0.2 0.4 透視位置②④ -0.6 0.0 0.1 0.4 Y -0.8 単位：mm 位置計測機能によって計られる金球の三次元座標が、0±1mmであることを確認するこれは、照射開始前に必ずおこななっている

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透視システムのキャリブレーション

◆ 校正用キュービックファントム

三次元座標のキャリブレーションをおこない、透視装置か

ら得られる金球の三次元座標が±１mm以内であることを確

認する

透視システムのキャリブレーション専用の校正用キュービックファントムを使用し、透視で得られた金球の三次元座標が±1mm以内であることを確認する

(26)

線量評価

◆ 手計算よるMU値の評価

　・測定ベース手計算シート使用し、RTPS算出MUと比較

　　　不均質補正時

　　　　不均質時の effect depthで計算

　　　均質補正変換時

　　　　不均質から均質に変換し、体厚のdepthで線量計算

◆ 実測によるMU値の評価

　

・均質depthおよび不均質depthで測定

MU値の評価は手計算シートと実測による検証をおこなっている 26

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27 27

線量評価（手計算との比較）

AP LPO45 RPO45 IROT90 INF30

IROT90 SUP40 不均質

均質 AP LPO45 RPO45 IROT90 INF30 IROT90 SUP40 深さ（ｃｍ）計画MU 手計算MU 線量差 5.04 5.15 279 280 0.0% 4.97 5.01 4.58 288 280 279 294 288 4.9% 285 458 14.29 401 404 280 456 0.4% 5.1% 14.78 5.95 手計算MU 線量差 0.5% 1.7% 409 283 1.8% 0.4% 0.7% 411 288 深さ（ｃｍ）計画MU 5.66 17.28 278 279 274 3.1% ◆ 任意5門（coplanar3門、non-coplanar2門）　　　　　　1200cGy（240ｃGy×5門）/day×4回　Total 4800ｃGy 不均質補正にて計算された治療計画を一度均質補正で再計算をしてMU値を算出し、両方のMU値の評価をおこなっている測定ベースの手計算シートで不均質を評価するのは困難であるため、一度、均質にすることで評価ができると考えているご覧の様に不均質と均質でDepthに大きく差がある時は、MU値に違いを生じる 27

(28)

線量評価（実測との比較）

※実測はRTPSにて決定した不均質でのdepthを使用　　　　例：Effect depth3.0cmなら水3.0cmで測定 17.28 14.29 均質 AP LPO45 RPO45 深さ（ｃｍ） 14.78 5.95 5.66 LPO45 RPO45 IROT90 INF30 IROT90 SUP40 IROT90 INF30 IROT90 SUP40 深さ（ｃｍ） 5.04 5.15 4.97 5.01 4.58 不均質 AP 実測cGy 250 241 242 255 254 実測cGy 239 237 236 241 240 線量差 3.9% 0.5% 0.9% 5.9% 5.5% 0.4% 0.1% 線量差 -0.4% -1.4% -1.5% ◆ １門あたり240cGy 実測での評価は手計算と同様、depthに大きく変化がある時は線量に差を生じる不均質の場合、実際の照射に即した線量評価が困難であるため今後の課題と考えている 28

(29)

出力の変動評価

◆ 動体追跡照射時の出力検証

マーカマーカの付いた円盤を回転させ、動体追跡照射時の出力をチェックするこれも課題の一つで、動体追跡照射時の出力を検証している

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30

30 30

体幹部定位放射線治療の

Key point

◆動体追跡照射における呼吸性移動の対策

治療時の呼吸状態を再現した、

・治療計画画像の取得（位置決めCT撮影）

・治療計画（標的設定）

・患者さまの協力が絶対不可欠

※どんな高精度で高額な機器を使用しても、患者さまの協力がな　ければ体幹部定位放射線治療は成立しない！！動体追跡照射における呼吸性移動の対策としては、治療時の呼吸状態を再現した位置決め撮影と、標的設定が重要となるそして、今回は患者さまの協力につては触れてはいないが、これも体幹部定位放射線治療をおこなう上では欠かせないポイントであることを認識して頂きたいどんな高精度で高額な機器を使用しても、患者さまの協力がなければ体幹部定位放射線治療は成立しない！！

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31

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動体追跡照射における体幹部定位放射線治療

◆固定具　　　　特に必要なし　照射毎に位置の確認ができる ◆位置決めＣＴ　照射時の呼吸状態を想定し撮影　安静呼気停止時 ◆治療計画　　　IMとSMを合わせ1.0ｃｍ　照射マージンは5.0ｍｍ　　　　　　　　毎回のセットアップと呼吸性移動に合わせた照射 ◆線量計算　　　不均質補正　Convolution／Superposition法 ◆照射　　　　　多門照射（３D）当院では５門にて照射 ◆QA、QC　　　アイソセンター中心とRTRTシステム（透視シ　　　　　　　　ステム）中心の一致確認　　　　　　　　 MU値の評価当院でおこなっている動体追跡照射の概要

12 1 体幹部定位放射線治療の技術的問題点 ~ 動体追跡照射における体幹部定位放射線治療 ~ 北里大学病院江川俊幸 KITASATO UNIVERSITY HOSPITAL 1 1

体幹部定位放射線治療の技術的問題点

～動体追跡照射における体幹部定位放射線治療～

北里大学病院 江川 俊幸

動体追跡照射

RTRT

・ RTRT SYSTEM MITSUBISHI

・LINAC MHCL-15TP MITSUBISHI

・位置確認透視装置 SHIMADZU

動体追跡照射とは？

◆ 病巣の近傍に金属（金）マーカを埋め込み、

呼吸による病巣の動きをマーカで捕らえ照射

◆ 病巣の動きとマーカの動きが同じであること

が前提に成り立つ照射

◆ 病巣に対しての位置精度が優れる

原 理（迎撃照射）

動体追跡照射の流れ

◆

位置決め

計画画像取得（位置決めCT撮影）

◆ MDCT（16列）にて撮影

安静呼気停止時で全肺野撮影

◆ 呼吸性移動評価

安静吸気停止時で全肺野撮影

（吸気時、呼気時での呼吸性移動を確認）

実際のRTRT照射時を想定

アイソセンター位置の変化

◆ 治療計画時のアイソセンター位置と照射時のアイソセ

ンター位置の比較（テーブルポジションより算出）

１１．０

２．２

４．３

E

１４．５

１７．２

４．８

D

０．３

１．９

５．４

C

５．０

２．３

０．７

B

１．３

６．５

０．５

A

前後方向

頭尾方向

左右方向

※

位置決め時は照射時に比べ呼吸性移動が大きい

声かけによる合図が原因？

呼吸性移動を考慮した位置決め撮影

・呼吸量モニタリング装置を使用

・照射時の呼吸状態を想定した呼吸管理

・患者自らが呼吸量をコントロールできる（患者参加型装置）

◆

治療計画

治 療 計 画

◆ 基本ビーム

治 療 計 画

◆ 治療計画：安静呼気停止時のCT画像にてPlan

・病巣 ＝ GTV (CTV)

・ GTV (CTV) ＋ IM ＋ SM ＝ PTV

・PTV＋リーフマージン（5.0mm）＝ 照射野

PTVの辺縁線量を確保

（IM + SM =1.0cm）

治 療 計 画

◆ 治療計画装置 Pinnacle

・不均質補正にて線量計算

・線量計算アルゴリズム

CC Convolution法

（Convolution/Superposition）

・計算グリッドサイズ 2.0～2.5mm

Pinnacleの線量計算アルゴリズム

◆

動体追跡照射

北里大学病院　　江川　俊幸

原　理（迎撃照射）

　　安静呼気停止時で全肺野撮影

　　安静吸気停止時で全肺野撮影

　　　（吸気時、呼気時での呼吸性移動を確認）

　２．２

　４．３

　４．８

　０．３

　１．９

　５．４

　５．０

　２．３

　０．７

　１．３

　６．５

　０．５

　声かけによる合図が原因？

治　療　計　画

治　療　計　画

　・病巣＝ GTV (CTV)

　・ GTV (CTV) ＋ IM ＋ SM ＝ PTV

　・PTV＋リーフマージン（5.0mm）＝　照射野

治　療　計　画

◆ 治療計画装置　Pinnacle

　・不均質補正にて線量計算

　・線量計算アルゴリズム

　　CC Convolution法

　・計算グリッドサイズ　2.0～2.5mm

　　・アイソセンター位置の確認

　　・RTRTの計算精度

　　・手計算、実測による評価（不均質、均質）

　　・出力の変動

　・測定ベース手計算シート使用し、RTPS算出MUと比較

　　　不均質補正時

　　　　不均質時の effect depthで計算

　　　均質補正変換時

　　　　不均質から均質に変換し、体厚のdepthで線量計算