高精度放射線治療のためのCT画像ベース胸部動態シミュレーション

横隔膜の運動モデルをCT画像に基づく患者固有の形状と解剖学的知見に基づく横隔膜の運動メカニズムに即して構築した.横隔膜の筋繊維の収縮をモデル化し,腱中心部との差異も物性値の違いにより表現した.横隔膜の運動は胸郭運動と相互作用し,解剖学的知見から横隔膜下端を固定し境界条件に反映させている.提案した胸郭の運動モデルや横隔膜の動きを反映させた,肺を含む胸部全体の動態をシミュレーションした.まず,胸郭の動きと横隔膜の動きを与え,その動きから肺の最外面の運動を見積もる.この動きは肺変形シミュレーションの境界条件となる.さらに,体幹部領域の運動はそれ以外の胸部の動きから外挿する.次に,シミュレーション結果を用いて時系列CT画像(Quasi-4DCT)を構成し,実際の4DCTと比較することによってシミュレーションの妥当性を検証する.同じ位相のQuasi-4DCTと4DCT画像の差分画像を生成することにより時系列の評価を行った.時系列差分画像から,体表面,胸壁,横隔膜,背側以外の肺内部の位置は概ね良く一致した.さらに,合計3人の患者の呼気と吸気時CT画像を用いて詳細に検証した.この結果,心臓に近い領域,背側の領域,気管支上のシミュレーションの動きと実際の動きは合っていないことが確認された.一方,肺変形の運動に大きく寄与する横隔膜と胸郭の運動はよく肺変形シミュレーションに反映できていることを確認し,提案手法の有効性を確認した.以上の通り,Quasi-4DCTを用いた4次元放射線治療へ向け,基盤となるシステムの構築とシミュレーション結果の検証を行った.

横隔膜の運動モデルをCT画像に基づく患者固有の形状と解剖学的知見に基づく横隔膜の運動メカニズムに即して構築した.横隔膜の筋繊維の収縮をモデル化し,腱中心部との差異も物性値の違いにより表現した.横隔膜の運動は胸郭運動と相互作用し,解剖学的知見から横隔膜下端を固定し境界条件に反映させている.提案した胸郭の運動モデルや横隔膜の動きを反映させた,肺を含む胸部全体の動態をシミュレーションした.まず,胸郭の動きと横隔膜の動きを与え,その動きから肺の最外面の運動を見積もる.この動きは肺変形シミュレーションの境界条件となる.さらに,体幹部領域の運動はそれ以外の胸部の動きから外挿する.次に,シミュレーション結果を用いて時系列CT画像(Quasi-4DCT)を構成し,実際の4DCTと比較することによってシミュレーションの妥当性を検証する.同じ位相のQuasi-4DCTと4DCT画像の差分画像を生成することにより時系列の評価を行った.時系列差分画像から,体表面,胸壁,横隔膜,背側以外の肺内部の位置は概ね良く一致した.さらに,合計3人の患者の呼気と吸気時CT画像を用いて詳細に検証した.この結果,心臓に近い領域,背側の領域,気管支上のシミュレーションの動きと実際の動きは合っていないことが確認された.一方,肺変形の運動に大きく寄与する横隔膜と胸郭の運動はよく肺変形シミュレーションに反映できていることを確認し,提案手法の有効性を確認した.以上の通り,Quasi-4DCTを用いた4次元放射線治療へ向け,基盤となるシステムの構築とシミュレーション結果の検証を行った.