放射線治療中におけるリアルタイム腫瘍追跡システムの実現に向けた研究開発

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当該年度ではシミュレーションによって放射線治療中におけるリアルタイム腫瘍追跡システムの実現可能性の検討を行った。実臨床を正確に再現するシミュレーションを行うため、先ず治療用X線照射装置に実装可能な対向型PET装置の体系を作成し、既存の動体追跡アルゴリズムを用いて点線源における追跡精度を評価した。その結果対向型PET装置垂直方向における動体追跡のRMS誤差は約3.2 mm という結果が得られ、これは実臨床で要求されている追跡精度(2 mm 以下)を満たしていないことが示された。既存の追跡アルゴリズムは検出器を点として扱うLOR(Line of response)解析を利用しており、本研究ではそれが原因で追跡精度が低下していることが明らかになった。したがって検出器サイズと検出効率を考慮したVolume of response (VOR)解析による追跡アルゴリズムを開発した。開発したアルゴリズムを用いた結果、RMS誤差は0.78 mmと大きく向上し実臨床で要求されている追跡精度を満たす結果が得られた。また本研究で開発したVOR解析の方法は動体追跡アルゴリズムだけではなく、一般的なPET装置を用いた画像再構成に利用することで画質の向上を見込める可能性がある。一方、検出器内部における放射線の検出位置が同定可能であるDOI(Depth-of-interaction)検出器を用いることで、既存の追跡アルゴリズムにおいても追跡精度が向上することがシミュレーションによって示された。本研究では異なる時間特性を持つシンチレーション検出器を積層したDOI検出器の研究開発を行い、97%以上の精度で4層を弁別可能なDOI検出器の開発に成功した。開発した4層DOI検出器は対向型PET装置における追跡精度向上だけではなく、一般的な小型PET装置などにも応用可能である。