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寡分割高精度放射線治療に資するデータ駆動型アプローチの創出

创建有助于大分割高精度放射治疗的数据驱动方法

基本信息

批准号：
22H03021
负责人：
中村光宏
金额：
$ 10.9万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

CBCT画像上のアーチファクトを除去する方法を開発した．膵臓癌23症例の治療計画用CT(pCT)を使用した．pCTのAxial画像中心に撮影角度が200°の回転撮影を想定した疑似投影画像(synthetic DRR：sDRR)を生成し，疑似CBCT(sCBCT)を再構成した．sCBCT画像のアーチファクトは，sDRR画像生成過程において蠕動運動の大きさや周期等を変動させることで再現した．14症例(910スライス組)のpCT-sCBCTデータのペアを学習データとして，CycleGANとpix2pixを用いてsCBCTのアーチファクト低減(AR)学習モデルを構築した．その後，学習データとは異なる9症例(585スライス組)から生成したpCT-sCBCTデータを用いて，AR処理後のsCBCT画像とpCT画像の画質評価指標(平均絶対誤差：MAE，構造的類似性：SSIM)を算出した．AR処理前のsCBCT画像のMAEおよびSSIMの中央値は60.0 HUおよび0.52であったが，CycleGANでは32.3 HUおよび0.60，pix2pixでは26.9 HUおよび0.62へと改善した．一方，非侵襲な動体追尾照射を実現する方法として，CBCT投影画像から抽出した横隔膜波形を活用した腫瘍位置予測モデル（PM）構築法を開発した．透視撮影の最初の60秒をPM構築時間とし，透視撮影から横隔膜の頭尾方向移動量を高時空間分解能で表すAmsterdam shroud(AS)信号を取得した．4D-CBCT波形の振幅と位相をAS信号により補正した後，外部呼吸信号と補正後波形からPMを構築した．撮影時間の残り10秒間においてPMの予測誤差を算出した．その結果，3次元予測誤差が3 mm以内であった割合は85.3%であった．

CBCT image removal method developed CT(pCT) was used in treatment planning for 23 cases of cancer. The Axial image center of pCT was imaged at an angle of 200° and the image was imaged at an angle of 200°.(synthetic DRR： sDRR) is generated, suspected CBCT(sCBCT) is reconstructed, sCBCT images are reconstructed, sDRR images are generated, wriggling motion and large cycle are reconstructed, 14 cases are presented. pCT-sCBCT data sets (910 categories) are used to reduce learning costs by CycleGAN and pix2pix, while pCT-sCBCT data sets are used to reduce learning costs by AR. 9 Cases of Learning Disorders (585) Image quality evaluation index of sCBCT image and pCT image after AR processing (Average absolute error: MAE, structural similarity: SSIM) Calculated. MAE of sCBCT image before AR processing is 60.0 HU = 0.52 HU = 0.60, pix 2 pix is 26.9 HU = 0.62 HU = 0.60, pix2pix is 26.9 HU = 0.62 HU = 0.62) On the other hand, the method of non-invasive dynamic rear-end irradiation is developed by CBCT projection image extraction and diaphragm waveform utilization and position prediction (PM) construction method. The amplitude and phase of the 4D-CBCT waveform are corrected after the AS signal is corrected, and the PM signal is corrected after the external respiratory signal is corrected. The error of PM prediction is calculated within 10 seconds of the residual time of capture. The error of 3-dimensional prediction is within 3 mm, and the cut is 85.3%.